EP2137030A2 - Kommunikationssystem eines fahrzeugs und verfahren zum betreiben eines kommunikationssystems - Google Patents
Kommunikationssystem eines fahrzeugs und verfahren zum betreiben eines kommunikationssystemsInfo
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- EP2137030A2 EP2137030A2 EP08736118A EP08736118A EP2137030A2 EP 2137030 A2 EP2137030 A2 EP 2137030A2 EP 08736118 A EP08736118 A EP 08736118A EP 08736118 A EP08736118 A EP 08736118A EP 2137030 A2 EP2137030 A2 EP 2137030A2
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- communication system
- network
- data
- main operating
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- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
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- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
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- H04L12/403—Bus networks with centralised control, e.g. polling
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- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
- H04L12/40—Bus networks
- H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
- H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle
Definitions
- the invention relates to a communication system of a vehicle, in particular an industrial or agricultural utility vehicle.
- the communication system comprises at least two main operating components and a network.
- the vehicle and preferably at least one work function, is operable with the main operating components.
- a main operating component has an interface unit and optionally a control unit, via which the main operating component can be controlled and / or regulated. Data or information is transferable from an interface unit of a main operating component to an interface unit of another main operating component via the network.
- the present invention relates to a method for operating a communication system.
- CAN bus This is a serial bus system that has been used in the automotive and automation industries for many years.
- the CAN bus provides data transfer rates of up to a maximum of 1 Mbps under ideal conditions. Typical data transfer rates are 125 kbps, 250 kbps and 500 kbps, respectively.
- An application subarea of CAN communication in agricultural machinery represents the communication between the tractor and the device for the exchange of control commands.
- ISO 11783 or ISOBUS manufacturer-independent international standard
- the present invention is therefore an object of the invention to provide a communication system of the type mentioned and further, by which the aforementioned problems are overcome.
- a simplified architecture and / or a communication system with a higher bandwidth is to be made available.
- the communication system of the aforementioned type is characterized in that the network connecting the interface units has an Ethernet data network.
- an Ethernet data network is provided between all main operating components.
- an Ethernet data network could also exist only between selected main operating components of the vehicle.
- Vehicle suspension system in particular with active control
- a main operating component is a larger aggregate or a larger assembly having a generally greater power consumption or power output for performing an essential function of the vehicle, such as locomotion or performance of a work function.
- an inverter of an electrical generator is integrated into the network via an interface unit. Furthermore, an inverter of an electric motor is also connected via an n interface unit integrated into the network. At least between the two interface units, the network is designed as an Ethernet data network, which is in particular real-time capable, so that both the generator and the engine can be operated in coordination with each other.
- a communication system server which controls the individual interface units of the main operating components.
- the control of the individual interface units can be done centrally by means of the communication system server, which does not necessarily have to result in a star-shaped network topology.
- the Ethernet data network is designed such that a real-time data transmission can be realized.
- a real-time-capable data transmission can be present in particular if data transmission has taken place between at least two interface units within a predefinable time duration, wherein the predefinable time duration lies in a range of 10 ⁇ s to 10 ms.
- Real-time-capable data transmission can also be realized in the context of a so-called deterministic data transmission.
- data transmission takes place at predefined times. This can be provided in the form of individual data packets. Typical cycle times are around 200 ⁇ s, but they can be shorter. Within such a Cycle time, data transmission between the network subscribers is completed.
- real-time data transmission may be present when an interface unit sends data destined for at least one other interface unit.
- a maximum period of time can be predetermined by the sending interface unit.
- a maximum period of time may be predetermined in some other way.
- the receiving interface unit must receive feedback or verification of successful data transmission.
- Real-time data transmission may also be present if an interface unit sends data intended for at least one other interface unit and the data sent to the receiver has actually arrived, e.g. after a cycle time.
- Such concepts of real-time data transmission are known from the prior art for stationary applications in different configurations. Such a concept can either be adopted essentially unchanged for the application presented here or it can be adapted specifically to the present application.
- the network may be wholly or largely designed according to the specifications of the following Ethernet standards:
- Ethernet data network according to IEC SC5C (Real-Time Ethernet) is formed, can be used in an advantageous manner already certified for safety-critical applications standard.
- the interface units can communicate with each other as a client and / or server over the network. Additionally or alternatively, it may be expedient that the network has a master and at least one slave.
- the master can - in particular at predefined times - send a request data packet via the network to the at least one slave and / or to all interface units.
- known or established concepts of data transmission in the network can be used, depending on which of these concepts appears expedient for the present application.
- the frame size or the size of the data packets of the frames transmitted over the network can also be predefinable and / or variable.
- the frame size can be set variably as a function of the information to be transmitted and / or as a function of the temporal transmission density.
- the interface units communicate with each other according to a master-slave protocol over the network.
- a communication system server which drives the individual interface units of the main operating components centrally, it is expedient to configure this communication system server as the master and the interface units of the main operating components as a slave.
- the network is preferably designed such that it has a data transmission rate of at least 1 Mbit / s, preferably of 10 Mbit / s and more.
- the individual interface units can be interconnected in different ways in the network. In this case, different topologies may be expedient, it being assumed in the following that at least two interface units or three or more interface units are interconnected at least in sections in the respective topology. Particularly preferably, at least two interface units are interconnected in the form of a line topology. Additionally or alternatively, at least two interface units may be interconnected in the form of a ring topology, a tree topology, and / or a star topology.
- the ring topology is particularly advantageous because in the event of an interruption of the network at one point a data transfer is still possible over the remaining contiguous part.
- the maximum data transmission rates of individual network sections may have different values, depending on the data traffic usually to be expected between the corresponding interface units.
- the network extends to a vehicle-adaptable implement.
- the vehicle is designed in the form of an agricultural utility vehicle and in particular in the form of a farm tractor, as a working implement, for example, a plow, a round baler, a syringe, a harrow, a seeder and / or a mower in question.
- an implement in the context of the present invention is in particular a device that perform a work function and that are reversibly adapted to the vehicle can.
- the network connection between the vehicle and implement can be realized via a cable connection and / or via a radio link.
- a main operating component of the working device could be, for example, an electric motor or a converter driving this electric motor, wherein the electric motor can, for example, drive a mixing screw of a feed mixer wagon.
- the electric motor can be supplied with electrical power via supply lines, which is generated by an electric generator provided on the vehicle and made available to the feed mixer.
- the electric motor of the feed mixer wagon can be controlled or regulated in accordance with the speed of travel, the feed to be dispensed, the filling state of the container of the feed mixer wagon and further operating parameters.
- Sensor data from sensors on the implement and / or on the vehicle can also be transmitted via the network.
- Device data can be transmitted via the network, which may in particular be data relating to the registration of individual interface units on the network. Furthermore, data relating to an identification of an interface unit or identification data of interface units or main operating components or preset parameters and / or status data of these components come into consideration.
- Process data can be transmitted alternatively or additionally via the network.
- process data may be command data to a main operating component, input data from a main operating component, parameters of a main operating component, and / or sensor data.
- Particularly preferred may be control data relating to an electrical power flow between an electric generator and an electric motor, which are to be transmitted between the inverter of the generator and the inverter of the electric motor.
- both the generator and the electric motor can be arranged on the vehicle.
- the generator is arranged on the vehicle and the electric motor is arranged on a working device which can be adapted to the vehicle.
- Error messages can also be transmitted over the network.
- these may include the time of an error, the type of error, the reason for the error and / or the status of a main operating component.
- diagnostic data can be transmitted via the network, with diagnostic data in particular having operating states and / or parameters of a main operating component.
- the interface unit is based on a single-chip technology.
- the network communication and the control of the main operating component in a semiconductor device is summarized.
- this enables a compact design and, on the other hand, a largely error-free and reliable network operation, since only a few individual components have to be used.
- an interface unit can be added or removed during ongoing network operation.
- a characteristic of the network which is also referred to as "hot plug”
- the interface unit of the main operating component of the work implement may be on the vehicle network log in during ongoing network operation and in the Following are controlled via the network.
- the network in particular, in agricultural implements or tractors tools are changed frequently, so that it is not necessary, for example, to shut down the network to connect another interface unit to the network and to have only a limited range of functions of the vehicle during this time.
- At least one measure is provided with which unauthorized access to the network can be prevented.
- a measure may include a firewall, a program routine, a password query, a user rights management and / or a cryptological procedure.
- existing mechanisms or standards can be used.
- Such means are provided with which the individual components of the network can be mapped to a file system.
- Such means may in particular include routines or system components such as e.g. NFS, FPT, SFTP, RSH, SSH, Telnet, Rlogin, and / or X-Windows.
- routines or system components such as e.g. NFS, FPT, SFTP, RSH, SSH, Telnet, Rlogin, and / or X-Windows.
- the entire communication system can be represented to the outside in the form of a simple file or file system. This concept can be referred to as the "virtual server" of the vehicle.
- new and / or changed software can be centrally recorded via the communication system server.
- new firmware of individual interface units or individual main operating components In this case, it is not necessary to know the actual physical storage location of the individual data or files, since the latter is coordinated, for example, by the communication system server. A suitable addressing would be required.
- Ethernet data network is due to its property to represent a reliable and robust network, preferably for the present application for communication of individual main operating components of the vehicle via appropriate interface units suitable.
- the operating system for the individual interface units and / or the communication system server may be Unix or a single-nix derivative. This is a multitasking operating system that can also be equipped with real-time capabilities. Alternatively, Microsoft Windows or a corresponding derivative can be provided as the operating system for the individual interface units and / or the communication system server.
- GUI graphical and / or multimedia user interface
- the graphical user interface can be adapted to differently designed, widespread "look & feel" operating schemes, examples of which are known from the user interfaces of the operating systems of Microsoft Windows or Apple.Unix operating systems, and in particular Linux, provide systems under the designation KDE or as user interfaces
- KDE Kernel Deformation
- user interfaces can be individually configured so that, for example, they can also have the look and feel of the Microsoft Windows operating system.
- the communication system has an interface to at least one other network and / or industry-specific software and / or software for managing industrial or agricultural utility vehicles.
- another network may for example be the basic network of a farm with a central computer system provided there.
- industry-specific programs can be installed, which are used for the operation, management and / or statistical evaluation of the work of the farm.
- office and multimedia applications can be integrated into the network of the vehicle or communicate therewith or exchange data.
- the other network may satisfy one or more of the following network specifications:
- the communication system according to the invention has a faster data transmission and provides over the prior art - based on comparable applications - increased bandwidth available.
- Control and regulation programs for control units and / or interface units and / or main operating components can be developed more easily and faster, since simple, automated and global programming is possible without having to explicitly connect in each case with each individual control unit with a possibly special interface. It is possible to work directly on the communication log in to the system system server and from there access all components that are interconnected via the network.
- the communication system can be made up of components, network protocols and concepts that have been known for some time and that have proven themselves in technology. As a result, a secure and fast network communication is possible in particular. It is an available technology and standard components are available in high volumes at low material costs. It is possible to use certified standards especially for time-critical and / or security-relevant applications.
- the communication system is designed in particular according to one of claims 1 to 33.
- the communication system comprises at least two main operating components and a network.
- the vehicle is operated with the main operating components.
- a main operating component has an interface unit and optionally a control unit, via which the main operating component is controlled and / or regulated.
- Data is transferred from an interface unit of a main operating component to an interface unit of another main operating component via the network.
- the network connecting the interface units has an Ethernet data network.
- Fig. 1 is a schematic representation of a first
- FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a possible server configuration of the communication system according to the invention.
- Fig. 1 shows a communication system 10 of a vehicle 12.
- the vehicle 12 is in the form of a tractor, ie in the form of a agricultural utility vehicle trained.
- Fig. 1 is indicated only with the dashed border 12, which components are assigned to the vehicle 12.
- the communication system 10 includes a plurality of main operating components 14 and a network 16.
- the vehicle 12 is operable with the main operating components 14.
- an internal combustion engine 18, a transmission 20, a hydraulic system 22, a generator 24 with a generator 24 associated with the inverter 25 and several e- lectric machines, each as an electric motor or as a generator are operable.
- this is the electric machine 26 with which a fan (not shown) for the radiator (not shown) of the cooling system is driven.
- the electric machine 28 drives a compressor (not shown) of an air conditioner.
- the converter 30 provides via an electrical interface (not shown) to an adapted to the vehicle implement 40 electrical energy in the form required in each case. This may be DC or AC or AC with a predetermined frequency.
- the network 16 extends to an adaptable to the vehicle 12 working device 40, via a cable connection and / or via a radio link.
- the working device 40 has a main operating component 44 and an interface unit 46.
- the interface unit 46 is addable or removable to the network 16 during ongoing network operation.
- the diagnostic system 52 can also be connected to the network 16 during ongoing network operation. With the diagnostic system 52, the components connected to the network 16 can be diagnosed.
- the just mentioned main operating components 14 each have an interface unit 32, via which the respective main operating component 14 can be controlled and / or regulated is.
- data may be transferred from an interface unit 32 of a main operating component 14 to an interface unit 32 of another main operating component 14 via the network 16.
- 16 components are connected to the network, which are not considered in this embodiment as the main operating components, but control important vehicle functions or work functions. Specifically, the electromagnetically controllable hydraulic valves 34, individual sensors 36 and individual hydraulic actuators 38. These components are each assigned to an interface unit 32, via which a control of these components via the network 16 can take place.
- the network 16 connecting the interface units 32 comprises an Ethernet data network.
- the communication system server 42 By means of a communication system server 42, the individual interface units 32 of the main operating components 14 are activated.
- the communication system server 42 is configured as a master, as far as the dialogue with the network 16 is concerned.
- the interface units 32 are configured as slave in terms of network operation. Accordingly, a master-slave protocol is used between the communication system server 42 and the interface units 32.
- At least that part of the network 16 which extends between the interface units 32 of the converter 25 and the electrical machines 26, 28 and the converter 30 is in the form of a real-time capable Ethernet data network according to the specifications of IEC SC5C.
- the network 16 has a data transfer rate of 100 Mbps or more.
- a vehicle operator is provided on a monitor and control unit 48, a graphical and multimedia user interface. Here, the operator can read the current status data of the vehicle 12 or its main operating components 14 and activate and / or deactivate individual operating modes of the vehicle 12.
- a control and interface unit 49 is provided with which the operator interaction with the communication system server 42 of the vehicle 12 is accomplished.
- the network 16 has multiple interfaces to other networks.
- an interface 50 is provided to which a diagnostic system 52 can be connected. Diagnostic data can be transmitted via the interface 50 and thus via the network 16, diagnostic data in particular having operating states and / or parameters of a main operating component 14.
- an interface 54 is provided, via which the vehicle 12 can for example connect to the computer system of a trader, a repair workshop and / or a basic computer system of the operator.
- the interface 54 may be a wired connection and a conventional Ethernet connection (the vehicle is connected to a network cable in the hall). However, the interface 54 can also be designed as a radio link, which is designed according to the specifications according to IEEE 802.11 (WLAN) or IEEE 802.16 (WiMax).
- the vehicle 12 has a vehicle navigation system 62, which via an interface 58 or a radio link of at least one satellite can receive 60 GPS position signals. Via the interface 58, the vehicle navigation system 62 can also communicate with a base station 64, which also sends a position signal and can be positioned at a field edge, so that a more accurate position determination in the field work is possible for trained in the form of a tractor vehicle 12.
- the related portion of the network 16 is connected in a ring topology to the communication system server 42 via a real-time Ethernet data network that meets the specifications for security-critical data transmission, such as TTP (Time Triggered Protocol) or FlexRay.
- TTP Time Triggered Protocol
- FlexRay FlexRay
- Fig. 2a shows in a schematic representation a plurality of interface units 32 for main operating components (not shown in Figs. 2a to 2d), which are interconnected in the form of a line topology.
- 2b shows a schematic illustration of a plurality of interface units 32 for main operating components, which are interconnected in the form of a tree topology. Portionally, individual interface units 32 are interconnected in a line topology.
- Fig. 2c shows in a schematic representation the interface units 32 for main operating components, which are interconnected in the form of a star topology.
- Fig. 2d shows a schematic representation of the interface units 32 for main operating components, which are interconnected in the form of a ring topology.
- the line and / or the ring topology are at least partially used for the communication system 10 of a vehicle 12.
- the interface units 32 of FIG. 1 and FIGS. 2a to 2d are based on a single-chip technology.
- 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a server configuration, as can be used, for example, for the communication system 10 shown in FIG. 1.
- the respective path specification of the file system is given by way of example at the respective part 74.
- the operating system for the individual interface units 32 and / or the communication system server 42 is a Unix derivative, namely Linux.
- Measures 76 are provided with which unauthorized access to the network 16 can be prevented. These measures 76 are each in the form of a firewall.
Landscapes
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem (10) eines Fahrzeugs (12), insbesondere eines industriellen oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs. Das Kommunikationssystem (10) umfasst mindestens zwei Hauptbetriebskomponenten (14) und ein Netzwerk (16). Das Fahrzeug (12) und vorzugsweise mindestens eine Arbeitsfunktion ist mit den Hauptbetriebskomponenten (14) betreibbar. Eine Hauptbetriebskomponente (14) weist eine Schnittstelleneinheit (32) und gegebenenfalls eine Steuereinheit auf, über die die Hauptbetriebskomponente (14) ansteuer- und/oder regelbar ist. Daten sind von einer Schnittstelleneinheit (32) einer Hauptbetriebskomponente (14) zu einer Schnittstelleneinheit (32) einer anderen Hauptbetriebskomponente (14) über das Netzwerk (16) übertragbar. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems (10). Um eine vereinfachte Architektur und/oder ein Kommunikationssystem mit einer höheren Bandbreite zur Verfügung zu stellen, wird vorgeschlagen, dass das die Schnittstelleneinheiten (32) verbindende Netzwerk (16) ein Ethernet-Datennetz aufweist.
Description
Kommunikationssystem eines Fahrzeugs und Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines industriellen oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs. Das Kommunikationssystem umfasst mindestens zwei Hauptbetriebskomponenten und ein Netzwerk. Das Fahrzeug und vorzugsweise mindestens eine Arbeitsfunktion ist mit den Hauptbetriebskomponenten betreibbar. Eine Hauptbetriebskomponente weist eine Schnittstelleneinheit und gegebenenfalls eine Steuereinheit auf, über die die Hauptbetriebskomponente ansteuerbar und/oder regelbar ist. Daten bzw. Informationen sind von einer Schnittstelleneinheit einer Hauptbetriebskomponente zu einer Schnittstelleneinheit einer anderen Hauptbetriebskomponente über das Netzwerk übertragbar. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems.
Seit einigen Jahrzehnten wird auf dem Landmaschinensektor der Einsatz von Elektronik und elektronischen Steuerungen und Regelungen zunehmend wichtiger. Viele Anwendungen lassen sich vereinfachen, effektiver und besser bedienen und nutzen, da elektronische Steuergeräte viele Abläufe präziser und schneller abarbeiten können als es bei einer manuellen Bedienung möglich wäre.
Damit die verschiedenen Steuergeräte ihre Abläufe aufeinander abstimmen, synchronisieren und notwendige Daten untereinender austauschen können, kommunizieren diese über einen CAN-Bus . Dabei handelt es sich um ein serielles Bussystem, das in der Automobil- und Automatisierungsindustrie seit vielen Jahre verbreitet ist. Der CAN-Bus stellt Datenübertragungsraten von bis zu maximal 1 MBit/s unter Idealbedingungen zur Verfügung.
Typische Datenübertragungsraten liegen bei 125 kBit/s, 250 kBit/s bzw. 500 kBit/s.
Um die mit dem Funktionsumfang moderner Fahrzeugsysteme zunehmenden Datenmengen übertragen und verarbeiten zu können, werden mehrere Busse oder Bussysteme nebeneinander betrieben, die über Gateways miteinander verbunden sein können. Dadurch entsteht ein immer komplexer werdendes System, das es zunehmend schwieriger werden lässt, Probleme zu erkennen und zu eliminieren .
Ein Anwendungsteilbereich der CAN-Kommunikation in der Landmaschinentechnik stellt die Kommunikation zwischen Traktor und Gerät zum Austausch von Steuerbefehlen dar. Hier existiert ein herstellerübergreifender internationaler Standard (ISO 11783 bzw. ISOBUS), der sicherstellt, dass Geräte und Zugmaschinen unterschiedlicher Hersteller miteinander kommunizieren können und auf welche Art bzw. in welcher Form dies zu geschehen hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationssystem der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch das die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll eine vereinfachte Architektur und/oder ein Kommunikationssystem mit einer höheren Bandbreite zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor .
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Kommunikationssystem der eingangs genannten Art dadurch aus, dass das die Schnittstelleneinheiten verbindende Netzwerk ein Ethernet-Datennetz aufweist .
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass zwischen sämtlichen Hauptbetriebskomponenten ein Ethernet-Datennetz vorgesehen ist. Alternativ könnte auch ein Ethernet-Datennetz lediglich zwischen ausgewählten Hauptbetriebskomponenten des Fahrzeugs vorhanden sein.
Es ist zunächst erkannt worden, dass die Kapazität des CAN- Busses, auf dem der bisherige ISO-Standard aufsetzt, bei voller Nutzung der Möglichkeiten des ISOBUS vollständig ausgelastet werden kann. Regelkreise, die über den ISOBUS laufen, ü- bersteigen dessen Leistungsfähigkeit ebenso wie Applikationen zur Automatisierung von Arbeitsabläufen im Zusammenspiel zwischen dem Fahrzeug und einem daran adaptierbaren Arbeitsgerät. Des Weiteren ist bei einigen Applikationen eine kürzere Reaktionszeit erforderlich, als diese mit dem derzeitigen CAN-Bus realisierbar ist. Zudem weist der CAN-Bus keine garantierten Antwortzeiten auf. Ein weiteres Problem stellt die Reichweite des ISOBUS dar, da die Maße mancher Anbaugeräte größere Dimensionen aufweisen, als es der Bus aus physikalischen Gründen zulässt .
Daher wird insbesondere vorgeschlagen, das aus der industriellen Automatisierung seit wenigen Jahren bekannte Industrial Ethernet-Datennetz, das von Herstellern und Betreibern industrieller Produktionsanlagen eingesetzt bzw. angewendet wird, als Infrastruktur bzw. Plattform für die Kommunikation zwischen den Hauptbetriebskomponenten des Fahrzeugs einzusetzen.
Aufgrund der höheren Bandbreite (100 MBit/s bzw. 1 GBit/s) und der größeren Reichweite (bis zu 100 m bei Verbindung mittels Kupferkabel) lassen sich auch größere Datenmengen problemlos übertragen. Um komplexe Regelkreise mit Echtzeitanforderungen betreiben zu können, gibt es derzeit mehrere verschiedene Echtzeit-Lösungen auf Basis des Industrial Ethernet-Daten- netzes, die den hohen Anforderungen selbst bei kurzen Zykluszeiten (z.B. wenige hundert Mikrosekunden) gerecht werden. Des
Weiteren ermöglicht das Industrial Ethernet-Datennetz eine einfachere Anbindung des Fahrzeugs an die Büro- und Verwaltungswelt. Die Besonderheiten des mobilen Einsatzes stellen erhöhte Anforderungen an das System und somit eine technische Herausforderung vor allem im Offroad-Bereich dar. Zur Realisierung eines echtzeitfähigen Netzwerks könnte beispielsweise das Precision Time Protocol (IEEE 1588) verwendet werden.
Als eine Hauptbetriebskomponente im Sinne der vorliegenden Erfindung werden folgende Fahrzeugkomponenten angesehen:
Verbrennungsmotor Getriebe Hydraulikpumpe Zapfwelle
Umrichter zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine Leistungselektronik elektrische Maschine Generator Elektromotor Kompressor
Fahrzeugfederungssystem, insbesondere bei aktiver Ansteuerung
Mit anderen Worten handelt es sich bei einer Hauptbetriebskomponente um ein größeres Aggregat oder eine größere Baugruppe mit einer in der Regel größeren Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe zur Ausführung bzw. Leistung einer wesentlichen Funktion des Fahrzeugs, wie beispielsweise die Fortbewegung oder das Ausführen einer Arbeitsfunktion.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kommunikationssystems ist ein Umrichter eines elektrischen Generators über eine Schnittstelleneinheit in das Netzwerk eingebunden. Weiterhin ist ein Umrichter eines elektrischen Motors ebenfalls über ei-
ne Schnittstelleneinheit in das Netzwerk eingebunden. Zumindest zwischen den beiden Schnittstelleneinheiten ist das Netzwerk als Ethernet-Datennetz ausgebildet, das insbesondere echtzeitfähig ist, so dass sowohl der Generator als auch der Motor abgestimmt aufeinander betrieben werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kommunikationssystems ist ein Kommunikationssystemserver vorgesehen, der die einzelnen Schnittstelleneinheiten der Hauptbetriebskomponenten ansteuert. Die Ansteuerung der einzelnen Schnittstelleneinheiten kann zentral mittels des Kommunikationssystemservers erfolgen, wobei daraus nicht notwendigerweise eine sternförmige Netzwerktopologie resultieren muss.
Falls einige der Hauptbetriebskomponenten oder zumindest eine Hauptbetriebskomponente eines Regelkreises angesteuert wird, ist zu erwarten, dass die über das Netzwerk zu übertragende Datenrate in einem Bereich von einem bis mehreren MBit/s liegt. Darüber hinaus können derartige Regelkreise sehr kurze Reaktionszeiten erforderlich machen. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Kommunikationssystems das Ethernet- Datennetz derart ausgebildet, dass eine echtzeitfähige Datenübertragung realisierbar ist.
Eine echtzeitfähige Datenübertragung kann insbesondere dann vorliegen, wenn innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer eine Datenübertragung zwischen mindestens zwei Schnittstelleneinheiten erfolgt ist, wobei die vorgebbare Zeitdauer in einem Bereich von 10 μs bis 10 ms liegt.
Eine echtzeitfähige Datenübertragung kann auch im Rahmen einer so genannten deterministischen Datenübertragung realisiert sein. Hierbei erfolgt zu vorgegebenen Zeiten jeweils eine Datenübertragung. Dies kann in Form von einzelnen Datenpaketen vorgesehen sein. Typische Zykluszeiten liegen bei ca. 200 μs, können jedoch durchaus kürzer sein. Innerhalb einer solchen
Zykluszeit wird eine Datenübertragung zwischen den Netzteilnehmern abgeschlossen.
Zusätzlich oder alternativ kann eine echtzeitfähige Datenübertragung dann vorliegen, wenn eine Schnittstelleneinheit Daten, die für mindestens eine andere Schnittstelleneinheit bestimmt sind, versendet. Hierbei kann eine maximale Zeitdauer durch die versendende Schnittstelleneinheit vorgebbar sein. Alternativ kann eine maximale Zeitdauer auf sonstige Weise vorgegeben sein. Innerhalb dieser maximalen Zeitdauer muss von der empfangenden Schnittstelleneinheit eine Rückmeldung bzw. Verifikation über eine erfolgreiche Datenübertragung eingegangen sein .
Eine echtzeitfähige Datenübertragung kann auch dann vorliegen, wenn eine Schnittstelleneinheit Daten, die für mindestens eine andere Schnittstelleneinheit bestimmt sind, versendet, und die versendeten Daten bei dem Empfänger auch tatsächlich eingegangen sind, z.B. nach einer Zykluszeit. Derartige Konzepte der echtzeitfähigen Datenübertragung sind aus dem Stand der Technik für stationäre Anwendungen in unterschiedlichen Ausbildungen bekannt. Ein solches Konzept kann entweder für die hier vorliegende Anwendung im Wesentlichen unverändert übernommen oder aber auf den vorliegenden Anwendungsfall eigens angepasst werden .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kommunikationssystems kann das Netzwerk entsprechend der Spezifikationen der folgenden Ethernet-Standards vollständig oder größtenteils ausgebildet sein:
IEEE 802.3 (Ethernet)
IEC SC5C (Real-Time Ethernet)
IEEE 802.11 (WLAN)
FlexRay
Insbesondere für den Fall, dass das Ethernet-Datennetz gemäß IEC SC5C (Real-Time Ethernet) ausgebildet ist, kann in vorteilhafter Weise auf einen für sicherheitskritische Anwendungen bereits zertifizierten Standard zurückgegriffen werden.
Nun können die Schnittstelleneinheiten als Client und/oder als Server über das Netzwerk miteinander kommunizieren. Zusätzlich oder alternativ kann es zweckmäßig sein, dass das Netzwerk einen Master und mindestens einen Slave aufweist. Der Master kann - insbesondere zu vorgegebenen Zeiten - ein Anforderungsdatenpaket über das Netzwerk an den mindestens einen Slave und/oder an sämtliche Schnittstelleneinheiten verschicken. Insoweit kann auf bekannte bzw. etablierte Konzepte der Datenübertragung im Netzwerk zurückgegriffen werden, je nachdem welches diese Konzepte für den vorliegenden Anwendungsfall zweckmäßig erscheint.
In diesen Zusammenhang kann auch die Framegröße bzw. die Größe der Datenpakete der über das Netzwerk übertragenen Frames vorgebbar und/oder variabel ausgebildet sein. Bevorzugt kann die Framegröße in Abhängigkeit der zu übertragenden Informationen und/oder in Abhängigkeit der zeitlichen Übertragungsdichte variabel festgelegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kommunikationssystems kommunizieren die Schnittstelleneinheiten nach einem Mas- ter-Slave-Protokoll über das Netzwerk miteinander. Insbesondere wenn ein Kommunikationssystemserver vorgesehen ist, der die einzelnen Schnittstelleneinheiten der Hauptbetriebskomponenten zentral ansteuert, ist es zweckmäßig, diesen Kommunikationssystemserver als Master und die Schnittstelleneinheiten der Hauptbetriebskomponenten als Slave zu konfigurieren.
Bevorzugt ist das Netzwerk derart ausgebildet, dass dieses eine Datenübertragungsrate von mindestens 1 MBit/s, vorzugsweise von 10 MBit/s und mehr, aufweist.
Die einzelnen Schnittstelleneinheiten können auf unterschiedliche Art im Netzwerk miteinander verbunden werden. Hierbei können unterschiedliche Topologien zweckmäßig sein, wobei im Folgenden davon ausgegangen wird, dass mindestens zwei Schnittstelleneinheiten bzw. drei und mehr Schnittstelleneinheiten zumindest abschnittsweise in der jeweiligen Topologie miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt sind mindestens zwei Schnittstelleneinheiten untereinander in Form einer Linientopologie verbunden. Zusätzlich oder alternativ können mindestens zwei Schnittstelleneinheiten untereinander in Form einer Ringtopologie, einer Baumtopologie und/oder Sterntopolo- gie verbunden sein. Die Ringtopologie ist insbesondere von Vorteil, weil im Falle einer Unterbrechung des Netzwerks an einer Stelle eine Datenübertragung dennoch über den verbliebenen zusammenhängenden Teil möglich ist.
Falls es nicht erforderlich ist, dass sämtliche Hauptbetriebskomponenten bzw. deren Schnittstellen- und/oder Steuereinheiten miteinander in Echtzeit kommunizieren, kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Abschnitt des Netzwerks eine echt- zeitfähige Datenübertragung aufweist. Weiterhin können die maximalen Datenübertragungsraten einzelner Netzwerkabschnitte unterschiedliche Werte aufweisen, und zwar in Abhängigkeit des zwischen den entsprechenden Schnittstelleneinheiten üblicherweise zu erwartenden Datenverkehrs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kommunikationssystems erstreckt sich das Netzwerk auf ein an das Fahrzeug adaptierbares Arbeitsgerät. Falls das Fahrzeug in Form eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs und insbesondere in Form eines Ackerschleppers ausgebildet ist, kommt als Arbeitsgerät beispielsweise ein Pflug, eine Rundballenpresse, eine Spritze, eine Egge, eine Sämaschine und/oder ein Mähwerk in Frage. Dementsprechend ist ein Arbeitsgerät im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Gerät, das eine Arbeitsfunktion ausführen und das an das Fahrzeug reversibel adaptiert werden
kann. Die Netzwerkverbindung zwischen Fahrzeug und Arbeitsgerät kann über eine Kabelverbindung und/oder über eine Funkverbindung realisiert werden. Das Erstrecken des bordeigenen Netzwerks des Fahrzeugs auf ein an das Fahrzeug reversibel a- daptierbares Arbeitsgerät ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Arbeitsgerät eine Hauptbetriebskomponente mit einer Schnittstelleneinheit aufweist. Eine Hauptbetriebskomponente des Arbeitsgeräts könnte beispielsweise ein Elektromotor bzw. ein diesen Elektromotor ansteuernder Umrichter sein, wobei der Elektromotor z.B. eine Mischschnecke eines Futtermischwagens antreiben kann. Der Elektromotor kann über Versorgungsleitungen mit elektrischem Strom versorgt werden, der von einem am Fahrzeug vorgesehenen elektrischen Generator erzeugt und dem Futtermischwagen zur Verfügung gestellt wird. Der Elektromotor des Futtermischwagens kann in Abhängigkeit der Fahrtgeschwindigkeit, des auszugebenden Futters, des Füllzustands des Behälters des Futtermischwagens und weiterer Betriebsparameter entsprechend angesteuert bzw. geregelt werden. Auch Sensordaten von Sensoren an dem Arbeitsgerät und/oder am Fahrzeug können über das Netzwerk übertragen werden.
Über das Netzwerk können Gerätedaten übertragen werden, wobei es sich insbesondere um Daten handeln kann, die eine Anmeldung einzelner Schnittstelleneinheiten am Netzwerk betreffen. Weiterhin kommen Daten, die eine Identifikation einer Schnittstelleneinheit oder Kenndaten von Schnittstelleneinheiten bzw. Hauptbetriebskomponenten oder voreingestellte Parameter und/oder Statusdaten dieser Komponenten betreffen, in Betracht .
Über das Netzwerk können alternativ oder zusätzlich Prozessdaten übertragen werden. Prozessdaten können insbesondere Befehlsdaten an eine Hauptbetriebskomponente, Eingangsdaten von einer Hauptbetriebskomponente, Parameter einer Hauptbetriebskomponente und/oder Sensordaten sein. Besonders bevorzugt kann es sich um Regeldaten bezüglich eines elektrischen Leistungs-
flusses zwischen einem elektrischen Generator und einem Elektromotor handeln, die zwischen dem Umrichter des Generators und dem Umrichter des Elektromotors zu übertragen sind. Hierbei kann sowohl der Generator als auch der Elektromotor an dem Fahrzeug angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass der Generator am Fahrzeug und der Elektromotor an einem an das Fahrzeug adaptierbaren Arbeitsgerät angeordnet ist.
Auch Fehlermeldungen können über das Netzwerk übertragbar sein. Diese können insbesondere den Zeitpunkt eines Fehlers, die Fehlerart, den Fehlergrund und/oder den Zustand einer Hauptbetriebskomponente umfassen .
Nicht zuletzt können über das Netzwerk Diagnosedaten übertragen werden, wobei Diagnosedaten insbesondere Betriebszustände und oder Parameter einer Hauptbetriebskomponente aufweisen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Kommunikationssystems basiert die Schnittstelleneinheit auf einer Single-Chip-Technologie. Hierbei ist insbesondere die Netzwerkkommunikation und die Ansteuerung der Hauptbetriebskomponente in einem Halbleiterbaustein (Chip) zusammengefasst . Dies ermöglicht einerseits eine kompakte Bauweise und andererseits einen weitgehend fehlerfreien und verlässlichen Netzwerkbetrieb, da nur wenige einzelne Komponenten verwendet werden müssen .
Bevorzugt ist eine Schnittstelleneinheit im laufenden Netzwerkbetrieb hinzufügbar oder entfernbar. Eine solche auch mit dem Begriff „Hot Plug" bezeichnete Eigenschaft des Netzwerks ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn ein Arbeitsgerät an das Fahrzeug adaptiert wird und das Netzwerk sich auf das Arbeitsgerät erstreckt. In diesem Fall kann sich die Schnittstelleneinheit der Hauptbetriebskomponente des Arbeitsgeräts an dem Fahrzeugnetzwerk im laufenden Netzwerkbetrieb anmelden und im
Folgenden über das Netzwerk angesteuert werden. Insbesondere bei landwirtschaftlichen Arbeitsgeräten bzw. Traktoren werden Arbeitsgeräte häufig gewechselt, so dass es nicht erforderlich ist, beispielsweise das Netzwerk herunterzufahren, um eine weitere Schnittstelleneinheit an das Netzwerk anzuschließen und während dieser Zeit nur einen eingeschränkten Funktionsumfang des Fahrzeugs zur Verfügung zu haben.
Bevorzugt ist mindestens eine Maßnahme vorgesehen, mit der ein unberechtigter Zugriff auf das Netzwerk verhinderbar ist. Eine solche Maßnahme kann eine Firewall, eine Programmroutine, eine Passwortabfrage, eine Benutzerrechteverwaltung und/oder ein kryptologisches Verfahren aufweisen. Diesbezüglich kann auf bestehende Mechanismen bzw. Standards zurückgegriffen werden.
Besonders bevorzugt sind Mittel vorgesehen, mit denen die einzelnen Komponenten des Netzwerks auf ein Dateisystem abbildbar sind. Solche Mittel können insbesondere Routinen bzw. Systemkomponenten wie z.B. NFS, FPT, SFTP, RSH, SSH, Telnet, Rlogin und/oder X-Windows umfassen. Somit kann beispielsweise das gesamte Kommunikationssystem nach außen in Form eines einfachen Datei- oder Filesystems repräsentiert sein. Dieses Konzept kann als „Virtueller Server" des Fahrzeugs bezeichnet werden.
In diesem Zusammenhang kann beispielsweise neue und/oder geänderte Software über den Kommunikationssystemserver zentral eingespielt werden. Gleiches gilt für neue Firmware einzelner Schnittstelleneinheiten bzw. einzelner Hauptbetriebskomponenten. Hierbei ist es nicht erforderlich, den tatsächlichen physikalischen Speicherort der einzelnen Daten bzw. Dateien zu kennen, da letzteres beispielsweise von dem Kommunikationssystemserver koordiniert wird. Eine geeignete Adressierung wäre vorauszusetzen .
Weiterhin sind auf diese Weise auch alle Dienste und Funktionen eines Ethernet-Datennetzes grundsätzlich realisierbar bzw.
nutzbar. Gerade im Hinblick auf eine Realisierung des Netzwerks für den Offroad-Bereich ist das Ethernet-Datennetz auf Grund seiner Eigenschaft, ein verlässliches und robustes Netzwerk darzustellen, bevorzugt für die vorliegende Anwendung zur Kommunikation einzelner Hauptbetriebskomponenten des Fahrzeugs über entsprechende Schnittstelleneinheiten geeignet.
Als Betriebssystem für die einzelnen Schnittstelleneinheiten und/oder den Kommunikationssystemserver kann Unix oder ein U- nix-Derivat vorgesehen sein. Hierbei handelt es sich um ein multitaskingfähiges Betriebssystem, das auch mit Echtzeitfähigkeiten ausgestattet werden kann. Alternativ kann für die einzelnen Schnittstelleneinheiten und/oder den Kommunikationssystemserver als Betriebssystem Microsoft Windows oder ein entsprechendes Derivat vorgesehen sein.
Unabhängig von dem auf den Netzwerkkomponenten laufenden Betriebssystem kann einem Fahrzeugbediener eine grafische und/oder eine multimediale Benutzerschnittstelle (GUI bzw. Graphical User Interface) zur Verfügung gestellt werden, die einfach und intuitiv zu bedienen ist und dem Bediener die für die Bedienung des Fahrzeugs erforderlichen Informationen zur Verfügung stellt. Hierbei kann die grafische Benutzerschnittstelle an unterschiedlich ausgebildete, weit verbreitete Bedienschemata „Look & Feel" angepasst sein. Beispiele hierzu sind von den Benutzerschnittstellen der Betriebssysteme von Microsoft Windows oder Apple bekannt. Unix-Betriebssysteme und insbesondere Linux stellen als Benutzerschnittstellen Systeme unter der Bezeichnung KDE oder GNOME zur Verfügung. Diese Benutzerschnittstellen können individuell konfiguriert werden, so dass diese z.B. auch ein „Look and Feel" des Betriebssystems Microsoft Windows aufweisen können.
Besonders bevorzugt weist das Kommunikationssystem eine Schnittstelle zu mindestens einem anderen Netzwerk und/oder zu einer branchenspezifischen Software und/oder zu einer Software
zum Verwalten industrieller oder landwirtschaftlicher Nutzfahrzeuge auf. Ein solches anderes Netzwerk kann beispielsweise das Basisnetzwerk eines landwirtschaftlichen Betriebes mit einem dort vorgesehenen zentralen Rechnersystem sein. Auf einem solchen Rechnersystem können branchenspezifische Programme installiert sein, die zum Betreiben, zur Verwaltung und/oder zur statistischen Auswertung der Arbeiten des landwirtschaftlichen Betriebes verwendet werden. Insbesondere können durch eine solche Schnittstelle zu einem anderen Netzwerk Office- und Multimedia-Anwendungen in das Netzwerk des Fahrzeugs integriert werden oder damit kommunizieren bzw. Daten austauschen .
Das andere Netzwerk kann insbesondere eine der folgenden Netzwerkspezifikationen jeweils vollständig oder größtenteils erfüllen :
IEEE 802.15.1 (Bluetooth)
IEEE 802.15.4 (ZigBee)
IEEE 802.1 (WiMax)
GPS
USB
UMTS oder GSM
Im Folgenden sind die Vorteile des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems zusammengefasst . So weist das erfindungsgemäße Kommunikationssystem eine schnellere Datenübertragung auf und stellt eine gegenüber dem Stand der Technik - bezogen auf vergleichbare Anwendungsfälle - erhöhte Bandbreite zur Verfügung. Steuer- und Regelprogramme für Steuereinheiten und/oder Schnittstelleneinheiten und/oder Hauptbetriebskomponenten können einfacher und schneller weiterentwickelt werden, da eine einfache, automatisierte und globale Programmierung möglich ist, ohne sich explizit im Falle jeder einzelnen Steuereinheit mit einer unter Umständen speziellen Schnittstelle verbinden zu müssen. Es ist möglich, sich unmittelbar an dem Kommunika-
tionssystemserver einzuloggen und von dort aus auf sämtliche Komponenten zuzugreifen, die über das Netzwerk miteinander verbunden sind.
In diesem Zusammenhang ist es möglich, eine Benutzerrechtevergabe und/oder eine Benutzerrechteverwaltung zu verwenden. Auch hinsichtlich der Diagnosemöglichkeiten können Verbesserungen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen erzielt werden, weil eine größere Diagnosedatenrate übertragen werden kann. Das Kommunikationssystem kann aus Bauteilen, Netzwerkprotokollen und Konzepten aufgebaut werden, die für sich gesehen seit längerem bekannt sind und die sich in der Technik bewährt haben. Hierdurch ist insbesondere eine sichere und schnelle Netzwerkkommunikation möglich. Es handelt sich um eine verfügbare Technologie, und Standardkomponenten sind in hohen Stückzahlen bei geringen Materialkosten erhältlich. Es ist möglich, zertifizierte Standards insbesondere für zeitkritische und/oder sicherheitsrelevante Applikationen einzusetzen .
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 34 gelöst. Demgemäß dient ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems eines Fahrzeugs. Das Kommunikationssystem ist insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 33 ausgebildet. Das Kommunikationssystem umfasst mindestens zwei Hauptbetriebskomponenten und ein Netzwerk. Das Fahrzeug wird mit den Hauptbetriebskomponenten betrieben. Eine Hauptbetriebskomponente weist eine Schnittstelleneinheit und gegebenenfalls eine Steuereinheit auf, über die die Hauptbetriebskomponente angesteuert und/oder geregelt wird. Daten werden von einer Schnittstelleneinheit einer Hauptbetriebskomponente zu einer Schnittstelleneinheit einer anderen Hauptbetriebskomponente über das Netzwerk übertragen. Das die Schnittstelleneinheiten verbindende Netzwerk weist ein Ethernet-Datennetz auf.
Da das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 34 geeignet ist, erschließen sich einem auf dem vorliegenden Gebiet tätigen Fachmann in Kenntnis des Kommunikationssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 34 auch vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den vorangegangenen Teil der Beschreibung verwiesen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die abhängigen Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen. In Verbindung mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein erstes
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems,
Fig. 2a - 2d jeweils in einer schematischen Darstellung unterschiedliche Netzwerktopologien, und
Fig. 3 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer möglichen Serverkonfiguration des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems.
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Kommunikationssystem 10 eines Fahrzeugs 12. Das Fahrzeug 12 ist in Form eines Traktors, d.h. in Form eines
landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs, ausgebildet. In Fig. 1 ist lediglich mit der gestrichelten Umrandung 12 angedeutet, welche Komponenten dem Fahrzeug 12 zugeordnet sind. Das Kommunikationssystem 10 umfasst mehrere Hauptbetriebskomponenten 14 und ein Netzwerk 16. Das Fahrzeug 12 ist mit den Hauptbetriebskomponenten 14 betreibbar.
Als Hauptbetriebskomponenten 14 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehen: ein Verbrennungsmotor 18, ein Getriebe 20, eine Hydraulikanlage 22, ein Generator 24 mit einem dem Generator 24 zugeordneten Umrichter 25 und mehrere e- lektrische Maschinen, die jeweils als Elektromotor oder als Generator betreibbar sind. Im Konkreten ist das die elektrische Maschine 26, mit der ein Lüfter (nicht dargestellt) für den Kühler (nicht dargestellt) der Kühlanlage angetrieben wird. Die elektrische Maschine 28 treibt einen Kompressor (nicht dargestellt) einer Klimaanlage an. Der Umrichter 30 stellt über eine elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) einem an das Fahrzeug adaptierten Arbeitsgerät 40 elektrische Energie in der jeweils erforderlichen Form zur Verfügung. Hierbei kann es sich um Gleichstrom oder Wechselstrom oder Drehstrom mit einer vorgebbaren Frequenz handeln. Somit erstreckt sich das Netzwerk 16 auf ein an das Fahrzeug 12 adaptierbares Arbeitsgerät 40, und zwar über eine Kabelverbindung und/oder über eine Funkverbindung. Das Arbeitsgerät 40 weist eine Hauptbetriebskomponente 44 und eine Schnittstelleneinheit 46 auf. Die Schnittstelleneinheit 46 ist im laufenden Netzwerkbetrieb an das Netzwerk 16 hinzufügbar oder entfernbar. Auch das Diagnosesystem 52 ist im laufenden Netzwerkbetrieb an das Netzwerk 16 anschließbar. Mit dem Diagnosesystem 52 können die am Netzwerk 16 angeschlossenen Komponenten diagnostiziert werden .
Die soeben genannten Hauptbetriebskomponenten 14 weisen jeweils eine Schnittstelleneinheit 32 auf, über die die jeweilige Hauptbetriebskomponente 14 ansteuerbar und/oder regelbar
ist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Kommunikationssystem 10 sind Daten von einer Schnittstelleneinheit 32 einer Hauptbetriebskomponente 14 zu einer Schnittstelleneinheit 32 einer anderen Hauptbetriebskomponente 14 über das Netzwerk 16 übertragbar.
Des Weiteren sind an dem Netzwerk 16 Komponenten angeschlossen, die in diesem Ausführungsbeispiel nicht als Hauptbetriebskomponenten aufgefasst werden, die jedoch wichtige Fahrzeugfunktionen oder Arbeitsfunktionen ansteuern. Im Einzelnen sind das elektromagnetisch ansteuerbare Hydraulikventile 34, einzelne Sensoren 36 sowie einzelne Hydraulikaktuatoren 38. Diese Komponenten sind jeweils einer Schnittstelleneinheit 32 zugeordnet, über die eine Ansteuerung dieser Komponenten über das Netzwerk 16 erfolgen kann.
Erfindungsgemäß weist das die Schnittstelleneinheiten 32 verbindende Netzwerk 16 ein Ethernet-Datennetz auf.
Mittels eines Kommunikationssystemservers 42 werden die einzelnen Schnittstelleneinheiten 32 der Hauptbetriebskomponenten 14 angesteuert. Der Kommunikationssystemserver 42 ist - was den Dialog mit dem Netzwerk 16 anbelangt - als Master konfiguriert. Die Schnittstelleneinheiten 32 sind hinsichtlich des Netzwerkbetriebs als Slave konfiguriert. Dementsprechend kommt zwischen dem Kommunikationssystemserver 42 und den Schnittstelleneinheiten 32 ein Master-Slave-Protokoll zur Anwendung.
Zumindest derjenige Teil des Netzwerks 16, der sich zwischen den Schnittstelleneinheiten 32 des Umrichters 25 sowie den e- lektrischen Maschinen 26, 28 und dem Umrichter 30 erstreckt, ist in Form eines echtzeitfähigen Ethernet-Datennetzes entsprechend der Spezifikationen nach IEC SC5C ausgebildet. Hierdurch kann zwischen diesen Schnittstelleneinheiten 32 und den zugeordneten Hauptbetriebskomponenten 25, 26, 28, 30 eine echtzeitfähige Datenübertragung stattfinden. Das Netzwerk 16 weist eine Datenübertragungrate von 100 MBit/s oder mehr auf.
Einem Fahrzeugbediener wird an einer Monitor- und Bedieneinheit 48 eine grafische und multimediale Benutzerschnittstelle zur Verfügung gestellt. Hier kann der Bediener die aktuellen Zustandsdaten des Fahrzeugs 12 bzw. dessen Hauptbetriebskomponenten 14 ablesen und einzelne Betriebsmodi des Fahrzeugs 12 aktivieren und/oder deaktivieren. Hierzu ist eine Steuer- und Schnittstelleneinheit 49 vorgesehen, mit der die Bedienerinteraktion zu dem Kommunikationssystemserver 42 des Fahrzeugs 12 bewerkstelligt wird.
Das Netzwerk 16 weist mehrere Schnittstellen zu anderen Netzwerken auf. So ist eine Schnittstelle 50 vorgesehen, an der ein Diagnosesystem 52 anschließbar ist. Über die Schnittstelle 50 und somit über das Netzwerk 16 sind Diagnosedaten übertragbar, wobei Diagnosedaten insbesondere Betriebszustände und/oder Parameter einer Hauptbetriebskomponente 14 aufweisen.
Weiterhin ist eine Schnittstelle 54 vorgesehen, über die das Fahrzeug 12 beispielsweise mit dem Rechnersystem eines Händlers, einer Reparaturwerkstatt und/oder eines Basis-Rechnersystems des Bedieners Verbindung aufnehmen kann. Eine fahr- zeugseitige Rechnereinheit, auf der die diesbezüglichen Programmroutinen ablaufen und die fahrzeugspezifischen Daten für die Kommunikation mit dem externen Rechnersystem aufbereitet werden, ist mit dem Bezugszeichen 53 gezeigt. Lediglich schematisch ist mit dem Bezugszeichen 56 ein solches externes Rechner- und/oder Netzwerksystem wiedergegeben. Bei der Schnittstelle 54 kann es sich um eine Kabelverbindung und eine herkömmliche Ethernet-Verbindung handeln (das Fahrzeug wird in der Halle mit einem Netzwerkkabel verbunden) . Die Schnittstelle 54 kann jedoch auch als Funkverbindung ausgebildet sein, die entsprechend der Spezifikationen nach IEEE 802.11 (WLAN) oder IEEE 802.16 (WiMax) ausgebildet ist.
Das Fahrzeug 12 weist ein Fahrzeugnavigationssystem 62 auf, das über eine Schnittstelle 58 bzw. eine Funkverbindung von
mindestens einem Satelliten 60 GPS-Positionssignale empfangen kann. Über die Schnittstelle 58 kann das Fahrzeugnavigationssystem 62 auch mit einer Basisstation 64 kommunizieren, die ebenfalls ein Positionssignal sendet und an einem Feldrand positioniert werden kann, so dass für das in Form eines Traktors ausgebildete Fahrzeug 12 eine genauere Positionsbestimmung bei der Feldarbeit möglich ist.
Mit den Bezugszeichen 66 bis 72 sind sicherheitsrelevante Steuereinheiten bezeichnet, mit denen das Fahrzeug 12 gelenkt und gebremst werden kann. Der diesbezügliche Abschnitt des Netzwerks 16 ist in einer Ringtopologie mit dem Kommunikationssystemserver 42 über ein echtzeitfähiges Ethernet-Datennetz verbunden, das den Spezifikationen für eine sicherheitskritische Datenübertragung gerecht wird, beispielsweise dem TTP (Time Triggered Protocol) oder FlexRay.
Fig. 2a zeigt in einer schematischen Darstellung mehrere Schnittstelleneinheiten 32 für Hauptbetriebskomponenten (in den Fig. 2a bis 2d nicht dargestellt), die miteinander in Form einer Linientopologie verbunden sind. Fig. 2b zeigt in einer schematischen Darstellung mehrere Schnittstelleneinheiten 32 für Hauptbetriebskomponenten, die untereinander in Form einer Baumtopologie verbunden sind. Abschnittsweise sind einzelne Schnittstelleneinheiten 32 in einer Linientopologie miteinander verbunden. Fig. 2c zeigt in einer schematischen Darstellung die Schnittstelleneinheiten 32 für Hauptbetriebskomponenten, die untereinander in Form einer Sterntopologie verbunden sind. Fig. 2d zeigt in einer schematischen Darstellung die Schnittstelleneinheiten 32 für Hauptbetriebskomponenten, die untereinander in Form einer Ringtopologie verbunden sind. Bevorzugt werden für das Kommunikationssystem 10 eines Fahrzeugs 12 zumindest abschnittsweise die Linien- und/oder die Ringtopologie verwendet. Die Schnittstelleneinheiten 32 der Fig. 1 und Fig. 2a bis 2d basieren auf einer Single-Chip-Technologie.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Serverkonfiguration, wie sie beispielsweise für das in Fig. 1 gezeigte Kommunikationssystem 10 eingesetzt werden kann. Hierbei sind durch die einzelnen Rechtecke Teile 74 eines Dateisystems dargestellt, in dem die einzelnen relevanten Systemdaten und/oder Programmmodule abgespeichert sind. Die jeweilige Pfadangabe des Dateisystems ist an dem jeweiligen Teil 74 beispielhaft angegeben.
Auf Grund der Ausgestaltung des in Fig. 3 gezeigten Dateisystems ist es in vorteilhafter Weise möglich, neue und/oder geänderte Software über den Kommunikationssystemserver 42 zentral einzuspielen.
Als Betriebssystem für die einzelnen Schnittstelleneinheiten 32 und/oder den Kommunikationssystemserver 42 ist ein Unix- Derivat vorgesehen, nämlich Linux.
Es sind Maßnahmen 76 vorgesehen, mit denen ein unberechtigter Zugriff auf das Netzwerk 16 verhinderbar ist. Diese Maßnahmen 76 sind in Form jeweils einer Firewall ausgebildet.
Abschließend sei besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Claims
1. Kommunikationssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines industriellen oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs, mit mindestens zwei Hauptbetriebskomponenten (14) und einem Netzwerk (16), wobei das Fahrzeug (12) mit den Hauptbetriebskomponenten (14) betreibbar ist, wobei eine Hauptbetriebskomponente (14) eine Schnittstelleneinheit
(32) und gegebenenfalls eine Steuereinheit aufweist, über die die Hauptbetriebskomponente (14) ansteuer- und/oder regelbar ist, wobei Daten von einer Schnittstelleneinheit
(32) einer Hauptbetriebskomponente (14) zu einer Schnittstelleneinheit (32) einer anderen Hauptbetriebskomponente
(14) über das Netzwerk (16) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schnittstelleneinheiten (32) verbindende Netzwerk (16) ein Ethernet-Datennetz aufweist .
2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptbetriebskomponente (14) einen Verbrennungsmotor (18), ein Getriebe (20), eine Hydraulikpumpe, eine Zapfwelle, einen Umrichter (30) zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, eine Leistungselektronik, eine elektrische Maschine, einen Generator
(24), einen Elektromotor, einen Kompressor und/oder ein aktiv ansteuerbares Fahrzeugfederungssystem aufweist.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kommunikationssystemserver (42) vorgesehen ist, der die einzelnen Schnittstelleneinheiten
(32) der Hauptbetriebskomponenten (14) ansteuert.
4. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ethernet-Datennetz derart ausgebildet ist, dass damit eine echtzeitfähige Datenübertragung realisierbar ist.
5. Kommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine echtzeitfähige Datenübertragung dann vorliegt, wenn innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer eine Datenübertragung zwischen mindestens zwei Schnittstelleneinheiten (32) erfolgt ist, wobei die vorgebbare Zeitdauer in einem Bereich von 10 μs bis 10 ms liegt.
6. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu vorgegebenen Zeiten jeweils eine Datenübertragung erfolgt, vorzugsweise in Form von einzelnen Datenpaketen.
7. Kommunikationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine echtzeitfähige Datenübertragung dann vorliegt, wenn eine Schnittstelleneinheit (32) Daten, die für mindestens eine andere Schnittstelleneinheit (32) bestimmt sind, versendet, und hierbei eine maximale Zeitdauer vorgegeben ist, innerhalb derer von der empfangenden Schnittstelleneinheit (32) eine Rückmeldung über eine erfolgreiche Datenübertragung eingegangen sein muss.
8. Kommunikationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine echtzeitfähige Datenübertragung dann vorliegt, wenn eine Schnittstelleneinheit (32) Daten, die für mindestens eine andere Schnittstelleneinheit (32) bestimmt sind, versendet, und die versendeten Daten bei dem Empfänger auch tatsächlich eingegangen sind.
9. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ethernet-Datennetz die Spezifikationen nach IEEE 802.3, IEC SC5C, IEEE 802.11 oder FlexRay vollständig oder größtenteils erfüllt.
10. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinheiten
(32) als Client und/oder als Server über das Netzwerk (16) miteinander kommunizieren.
11. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk einen Master und mindestens einen Slave aufweist, dass der Master ein Anforderungsdatenpaket zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ü- ber das Netzwerk (16) an den mindesten einen Slave und/oder an sämtliche Schnittstelleneinheiten (32) verschickt .
12. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinheiten
(32) nach einem Master-Slave-Protokoll über das Netzwerk (16) miteinander kommunizieren.
13. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Framegröße von über das Netzwerk (16) übertragenen Frames vorgebbar und/oder variabel ist, und dass vorzugsweise die Framegröße in Abhängigkeit der zu übertragenden Informationen und/oder in Abhängigkeit der zeitlichen Übertragungsdichte variabel festlegbar ist.
14. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (16) derart ausgebildet ist, dass dieses eine Datenübertragungsrate von mindestens 10 MBit/s aufweist.
15. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schnittstel- leneinheiten (32) untereinander in Form einer Linientopo- logie verbunden sind.
16. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schnittstelleneinheiten (32) untereinander in Form einer Ringtopolo- gie verbunden sind.
17. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Schnittstelleneinheiten (32) untereinander in Form einer Baum- und/oder Sterntopologie verbunden sind.
18. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Abschnitt des Netzwerks (16) eine echtzeitfähige Datenübertragung aufweist .
19. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Netzwerk (16) auf ein an das Fahrzeug (12) adaptierbares Arbeitsgerät (40) erstreckt, vorzugsweise über eine Kabelverbindung und/oder über eine Funkverbindung.
20. Kommunikationssystem 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgerät (40) eine Hauptbetriebskomponente (44) mit einer Schnittstelleneinheit (46) aufweist.
21. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass über das Netzwerk (16) Gerätedaten übertragbar sind, wobei solche Daten insbesondere Daten zur Anmeldung am Netzwerk (16), Identifikation einer Schnittstelleneinheit (32), Kenndaten, voreingestellte Parameter und/oder Statusdaten sind.
22. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass über das Netzwerk (16) Prozessdaten übertragbar sind, wobei Prozessdaten insbesondere Regeldaten bezüglich des elektrischen Leistungsflusses zwischen elektrischen Maschinen, Befehlsdaten an eine Hauptbetriebskomponente (14), Eingangsdaten von einer Hauptbetriebskomponente (14) und/oder Parameter einer Hauptbetriebskomponente (14) sind.
23. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass über das Netzwerk (16) Fehlermeldungen übertragbar sind, die insbesondere den Zeitpunkt, die Fehlerart, den Fehlergrund und/oder den Zustand einer Hauptbetriebskomponente (14) umfassen.
24. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass über das Netzwerk (16) Diagnosedaten übertragbar sind, wobei Diagnosedaten insbesondere Betriebszustände und/oder Parameter einer Hauptbetriebskomponente (14) aufweisen.
25. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittstelleneinheit
(32) auf einer Single-Chip-Technologie basiert, wobei insbesondere die Netzwerkkommunikation und die Ansteuerung der Hauptbetriebskomponente (14) in einem Halbleiterbaustein zusammengefasst ist.
26. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittstelleneinheit
(32) im laufenden Netzwerkbetrieb hinzufügbar oder entfernbar ist.
27. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Maßnahme
(76) vorgesehen ist, mit der ein unberechtigter Zugriff auf das Netzwerk (16) verhinderbar ist, wobei die Maßnahme eine Firewall, eine Programmroutine, eine Passwortabfrage, eine Benutzerrechteverwaltung und/oder ein kryptologisches Verfahren aufweist.
28. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen die einzelnen Komponenten des Netzwerks (16) auf ein Dateisystem abbildbar sind, wobei solche Mittel insbesondere Routinen bzw. Systemkomponenten wie NFS, FPT, SFTP, RSH, SSH, Telnet, Rlogin und/oder X-Windows umfassen .
29. Kommunikationssystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass neue und/oder geänderte Software über einen Kommunikationssystemserver (42) einspielbar ist.
30. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebssystem für die einzelnen Schnittstelleneinheiten (32) und/oder einen Kommunikationssystemserver (42) Unix oder ein Unix-Derivat oder Microsoft Windows oder ein Microsoft Windows- Derivat vorgesehen ist.
31. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass einem Fahrzeugbediener eine grafische und/oder eine multimediale Benutzerschnittstelle (48) zur Verfügung stellbar ist, wobei die grafische Benutzerschnittstelle (48) vorzugsweise an unterschiedlich ausgebildete, weit verbreitete Bedienschemata anpassbar ist, beispielsweise an die von Microsoft Windows, KDE, GNOME oder Apple-OS.
32. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 31, gekennzeichnet durch eine Schnittstelle (50, 54, 58) zu mindestens einem anderen Netzwerk und/oder zu einer bran- chenspezifischen Software und/oder zu einer Software zum Verwalten industrieller oder landwirtschaftlicher Nutzfahrzeuge .
33. Kommunikationssystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk die Spezifikationen nach IEEE 802.15.1, IEEE 802.15.4, IEEE 802.1, GPS, USB, UMTS oder GSM vollständig oder größtenteils erfüllt.
34. Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei das Kommunikationssystem (10) mindestens zwei Hauptbetriebskomponenten (14) und ein Netzwerk (16) um- fasst, wobei das Fahrzeug (12) mit den Hauptbetriebskomponenten (14) betrieben wird, wobei eine Hauptbetriebskomponente (14) eine Schnittstelleneinheit (32) und gegebenenfalls eine Steuereinheit aufweist, über die die Hauptbetriebskomponente (14) angesteuert und/oder geregelt wird, wobei Daten von einer Schnittstelleneinheit
(32) einer Hauptbetriebskomponente (14) zu einer Schnittstelleneinheit (32) einer anderen Hauptbetriebskomponente (14) über das Netzwerk (16) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schnittstelleneinheiten (32) verbindende Netzwerk (16) ein Ethernet-Datennetz aufweist .
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