DE102010035300B4 - Apparatus and method for operating multiple components on simple electrical data links - Google Patents
Apparatus and method for operating multiple components on simple electrical data links Download PDFInfo
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- H04L12/40—Bus networks
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- H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle
Abstract
Einfache Datenverbindungen, z. B. Pulse-Width-Modulation-(PWM-)Schnittstellen im KFZ, die zum Übertragen von Mess- oder Sollwerten genutzt und teilweise auch mit Rückmeldungen betrieben werden, sind limitiert auf 2 Teilnehmer, den Sender der Informationen (Steuergerät) und den Empfänger (Komponente). Werden die Informationen an mehreren Komponenten benötigt, bei gleichzeitiger Rückmeldemöglichkeit, so werden oft mehrere Schnittstellen zum Steuergerät realisiert oder die Information wird kostenintensiv über eine weitere Schnittstellen weitergeleitet, oder es wird auf aufwendigere BUS-Systeme mit Adressierbarkeit ausgewichen. Das neue Verfahren ermöglicht es, ein vorhandenes Systemkonzept um weitere Empfänger-Komponenten zu erweitern und alle Rückmeldungen mittels eines komponentenabhängigen Timings einer der Komponenten zuordnen zu können. Im speziellen Fall kann z. B. bei Fehlfunktion einer Komponente eine andere Komponente kompensierend reagieren. Ein Eingriff des Steuergeräts ist dabei nicht notwendig. Insbesonders bei Doppel-Lüfter-Systemen in KFZ bieten sich deutliche Vorteile im Bereich Kosten und Performance. Ohne Adaption des Ansteuermodules von Einfach- auf Doppel-Lüftersystem können die Motoren im Fehlerfall selbständig die Kühlwirkung aufrecht erhalten und somit einen Ausfall in eine Fehlerwarnung umwandeln. Eine andere Variante der Erfindung bietet deutliches Einsparungspotential bei der Verdrahtung von Klimaklappen in KFZ Lüftungs- und Klima-Geräten.Simple data connections, e.g. B. Pulse Width Modulation (PWM) interfaces in the vehicle, which are used to transmit measured or setpoint values and are sometimes also operated with feedback, are limited to 2 participants, the sender of the information (control unit) and the receiver ( Component). If the information is required on several components, with the possibility of feedback at the same time, several interfaces to the control unit are often implemented or the information is passed on at high cost via a further interface, or more complex BUS systems with addressability are used. The new method makes it possible to expand an existing system concept with additional receiver components and to be able to assign all feedback to one of the components using component-dependent timing. In the special case, for. B. If one component malfunctions, another component will react in a compensating manner. The control unit does not have to intervene. Particularly in the case of double fan systems in motor vehicles, there are significant advantages in terms of costs and performance. Without adapting the control module from a single to a double fan system, the motors can independently maintain the cooling effect in the event of a fault and thus convert a failure into an error warning. Another variant of the invention offers significant savings potential in the wiring of air conditioning flaps in automotive ventilation and air conditioning devices.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben mehrerer Komponenten an einfachen elektrischen Datenverbindungen.The invention relates to a device and method for operating multiple components on simple electrical data connections.
Einige Komponenten z. B. Kühler-Lüfter-Motoren im KFZ werden von einem Steuergerät z. B. mittels einer Pulse-Width-Modulation-(PWM-)Schnittstelle mit Sollwerten versorgt. Diese Schnittstellen (üblicherweise auf Bordnetz-Potential) können zum Teil auch dazu genutzt werden, Informationen von der Komponente zum Steuergerät zurückzusenden, z. B. Fehlerindikationen.Some components z. B. radiator fan motors in the car are controlled by a control unit z. B. supplied by means of a pulse width modulation (PWM) interface with setpoints. These interfaces (usually on-board potential) can also be used partly to return information from the component to the controller, z. B. Error indications.
Es existieren Systeme, bei denen gleiche oder ähnliche Komponenten mehrfach vorkommen. Z. B. bei Kühler-Lüfter-Systemen existieren Bauformen, die es notwendig machen, 2 (oder mehr) Lüftermotore zu montieren, anzusteuern und mit Sollwerten zu versorgen.There are systems in which the same or similar components occur multiple times. For example, in radiator fan systems, there are designs that make it necessary to mount, control and supply 2 (or more) fan motors with setpoint values.
Es existieren hierzu Lösungen, bei denen einer der Motoren die primäre Komponente darstellt, welche z. B. am PWM Interface angeschlossen ist. Diese primäre Komponente hat dann eine zweite Schnittstelle (z. B. PWM oder LIN Interface), um die Sollwertvorgabe zur sekundären oder weiteren Komponenten zu übertragen und Rückmeldungen von diesen (z. B. Fehlerzustände) zu sammeln, um sie dann mittels Rückmeldung an das Steuergerät zu übermitteln. Diese Rückmeldungen werden z. T. zur Ermittlung des fehlerhaften Bauteils (primäre oder sekundäre Komponente?) mittels unterschiedlicher Rückmelde-Dauer kodiert. Im Servicefall ist dann bekannt, welches das fehlerhafte Bauteil ist.There are solutions for this, in which one of the motors is the primary component, which z. B. is connected to the PWM interface. This primary component then has a second interface (eg, PWM or LIN interface) to transmit the setpoint setpoint to the secondary or other components and collect feedback from them (eg, fault conditions), then send them back to the system through feedback To transmit control unit. These feedbacks are z. T. coded to determine the faulty component (primary or secondary component?) By means of different feedback duration. In case of service then it is known which is the faulty component.
Es sind z. B. aus
Die
Die
Die
Ähnlich wie bei
Aufgabe der Erfindung ist die Vereinfachung des Systems und die Erzielung von ”Systemkostenreduktionen” über das gesamte Lieferspektrum hinweg. Die PWM Schnittstelle soll mit unverändertem Protokoll und Timing für beide Komponenten genutzt werden. Eine zweite bzw. weitere Schnittstellen sollen entfallen. Primäre und sekundäre Komponenten sollen identisch sein, was nach dem Gleichteileprinzip zu Stückzahlerhöhung und damit zur Kostenreduktion sowie einer geringeren Logistik im Ersatzteilmanagement führt.The object of the invention is the simplification of the system and the achievement of "system cost reductions" across the entire delivery spectrum. The PWM interface should be used with unchanged protocol and timing for both components. A second or additional interfaces should be omitted. Primary and secondary components should be identical, which according to the principle of the same principle leads to an increase in the number of units and thus to a reduction in costs as well as a lower logistics in spare parts management.
Als weitere Aufgabe soll im Fehlerfall einer Komponente (z. B. bei einem defektem Lüftermotor in einem Doppellüftersystem) die zweite Komponente im Rahmen ihrer Möglichkeiten den Fehler kompensieren (z. B. in einem Lüftersystem durch Erhöhung der Drehzahl des nicht fehlerhaften Lüfters). Ein so gestaltetes Systems könnte diese Funktion der Kompensation von Fehlerzuständen eigenständig erfüllen, ohne ein Steuergerät mit der Notwendigkeit einer Sollwerterhöhung zu belasten. Vor allem beim Vorhandensein von existierender System-Software im Steuergerät für ein einkomponentiges System und Umstieg auf ein mehrkomponentiges System (z. B. ein Doppellüftersystem) ist das ein entscheidender Vorteil, zumal die Module, die ein Steuergerät beinhaltet, oftmals von anderen Produzenten stammen, als die Lüftermotor-Module.Another task is to compensate for the error in the event of a component fault (eg in the case of a defective fan motor in a double fan system) within its capabilities (eg in a fan system by increasing the speed of the non-defective fan). A system designed in this way could fulfill this function of compensating error states independently, without burdening a control unit with the need for a setpoint increase. Especially in the presence of existing system software in the control unit for a one-component system and switching to a multi-component system (eg a double fan system) this is a decisive advantage, especially since the modules that contain a control unit often come from other producers, as the fan motor modules.
Zur Lösung der zuvor genannten Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben mehrerer Komponenten (
Mehrere oder alle Komponenten (
Ausgewertet werden je nach Ausführungsvariante duty-cycle, high-Phase, low-Phase, serielles Protokoll. Die Komponenten (
- – Pinkodierung
- – Steckerkodierung
- – Programmierung in nicht flüchtigem Speicher (Flash, Zapping, Fuse, EEPROM, etc...)
- – Auto-Adressierung
- - Pinkodeierung
- - Plug coding
- - Programming in non-volatile memory (flash, zapping, fuse, EEPROM, etc ...)
- - Auto-addressing
Die Komponenten (
Es ist auch möglich und vorgesehen, funktional unterschiedliche Komponenten (
Diese Möglichkeit führt zu einer weiteren sehr bevorzugten Variante der Erfindung wodurch preisgünstige Systeme z. B. im Klimabereich möglich werden.This possibility leads to a further very preferred variant of the invention whereby low-cost systems z. B. in the air conditioning are possible.
Hier sind bislang zwei Varianten auf dem Markt etabliert, wobei die erste elektro-mechanische Komponenten, wie Motore oder Sensoren, direkt mit einzelnen Leitungen von einer Zentrale aus ansteuert, was hohe Kosten in der Verkabelung nach sich zieht, und einer zweiten Variante in Form eines BUS-Systems, in dem jede einzelne elektro-mechanische Komponente direkt von der Zentrale aus adressiert angesprochen werden kann. Hier sind Telegramme mit Adresse und Daten notwendig, mit entsprechendem Aufwand und Kosten bei Zentrale und bei den Komponenten.So far, two variants have been established on the market, with the first electro-mechanical components, such as motors or sensors, directly controlling with individual lines from a central, resulting in high costs in the wiring, and a second variant in the form of a BUS system in which each individual electro-mechanical component can be addressed addressed directly from the control center. Here, telegrams with address and data are necessary, with corresponding effort and costs at headquarters and at the components.
Zur Lösung der zuvor genannten Kostenprobleme wird mit der Erfindung eine Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben mehrerer Komponenten (
Erfindungsgemäß wird hier völlig anders als üblich vorgegangen, indem erfindungsgemäß Daten nicht mit einer Adresse versehen an bestimmte Teilnehmer (
In einer bevorzugten Variante können statt Verwendung einer zusätzlichen Leitung für den Datentransfer die Datensignale auch mit bekannten Verfahren (wie Spannungs- und/oder Strommodulation, oder Trägerfrequenzverfahren mit Amplituden-, Frequenz- oder anderen Modulationsarten) auf die Versorgungsleitungen aufmoduliert werden.In a preferred variant, instead of using an additional line for the data transfer, the data signals can also be modulated onto the supply lines by known methods (such as voltage and / or current modulation, or carrier frequency methods with amplitude, frequency or other types of modulation).
Desweiteren kann erreicht werden, dass nicht für jeden KFZ-Typ das Steuergerät (
Erfindungsgemäß ist beispielhaft folgendes System möglich:
- – die Stellung z. B. eines oder mehrerer Klima-Bedienelemente (z. B. Klimadüsen-Verteil-Bedienelemente und/oder des Temperaturwahl-Bedienelementes und/oder anderer Wunschzustände wie Zuluft/Umluft-Taste) wird vom Steuergerät (
1 ) oder in der Variante ohne Steuergerät von einer Bedienteil-Komponente (2 ) als PWM-Vorgabewert (duty-cycle, high-Phase oder low-Phase) kodiert oder in ein serielles Datenwort umgewandelt - – jede andere Komponente (
2 ) im Klimasystem (Lüfter/Luftventile/etc.) erhält diesen Vorgabewert - – jede Komponente (
2 ) ”weiss” aufgrund ihrer Funktions- oder Positions-Information (25 ), wie ”Wunschzustand” zu interpretieren und, unterstützt durch eine integrierte Fehlerkompensation (24 ), in einen individuellen Sollwert (z. B. eine Drehzahl eines Lüfters) umzusetzen ist.
- - the position z. B. one or more air conditioning controls (eg., Air conditioning distributor control elements and / or the temperature selection control element and / or other desired states such as supply air / circulating air button) is from the control unit (
1 ) or in the variant without control unit of a control unit component (2 ) is encoded as a PWM default value (duty-cycle, high-phase or low-phase) or converted into a serial data word - - any other component (
2 ) in the air conditioning system (fan / air valves / etc.) receives this default value - - each component (
2 ) "Knows" due to its function or position information (25 ), how to interpret "desired state" and, supported by an integrated error compensation (24 ), in an individual setpoint (eg, a speed of a fan) is to be implemented.
In einer Ausführungsvariante kann (wenn höhere Systemkomplexität gefordert) die Sollwertvorgabe mittels duty-cycle, high-Phasen-Dauer oder low-Phasen-Dauer durch ein serielles Protokoll ersetzt werden. Auch hier werden die Komponenten (
Es ist möglich z. B. bei KFZ Klimasystemen mehrere Wunscheinstellungen (Scheibe/Fuß/Körper)/Temperatur/Zu-/Umluft/etc. in einem Vorgabewert als duty-cycle, high-Phase, low-Phase oder serielles Protokoll zu vereinen und somit nur Datenverbindung (
- – Es ist möglich, ähnlich wie bei den Komponenten (
2 ), zwei oder mehrere Steuergeräte (1 ) zu installieren, die abhängig von der Eigenschaft duty-cycle, high-Phase, low-Phase oder serielles Protokoll zu unterschiedlichen Zeiten dominieren. Dieses kann wie folgt erfolgen, indem nach einer Reset-Phase jedes Steuergerät (1 ) die Datenverbindung (3 ) für eine bestimmte Zeit aktiviert. Da diese Reset-Phase nicht bei allen Steuergeräten (1 ) exakt gleichzeitig erfolgen wird, so wird wegen ODER-Verknüpfung der Datenverbindung (3 ) der Steuergeräte (1 ) das ”späteste” Steuergerät (1 ) das Ende dieses Synchronisationsimpulses bestimmen. Dieses Ende wird dann von allen Steuergeräten (1 ) erkannt und basierend auf diesem Event laufen in allen Steuergeräten (1 ) Zähler los, die die Steuergeräte (1 ) in die Lage versetzen, ab dem Synchronisationszeitpunkt synchron zu agieren. - – Es ist möglich, keinen Unterschied zwischen Steuergeräten (
1 ) und Komponenten (2 ) zu machen. Nach Power Up oder anders initiiert, synchronisieren sich alle Komponenten (2 ) selbst. Dieses kann wie folgt geschehen, indem nach einer Reset-Phase jede Komponente (2 ) die gemeinsame Datenverbindung (3 ) für eine bestimmte Zeit aktiviert. Da diese Reset-Phase nicht bei allen Komponenten (2 ) exakt gleichzeitig erfolgen wird, so wird wegen ODER-Verknüpfung der Datenverbindung (3 ) der Komponenten (2 ) die späteste Komponente (2 ) das Ende dieses Synchronisationsimpulses bestimmen. Dieses Ende wird dann von allen Komponenten (2 ) erkannt und basierend auf diesem Event laufen in allen Komponenten (2 ) Zähler los, die die Komponenten (2 ) in die Lage versetzen, ab dem Synchronisationszeitpunkt synchron zu agieren. Nach der Synchronisation können alle Komponenten (2 ) abhängig von ihrer zugewiesenen Funktions- oder Positions-Information (25 ) zu festgelegten Zeiten Informationen senden und empfangen in Form von duty-cycle, high-Phasen-Dauer, low-Phasen-Dauer oder seriellen Protokollen.
- - It is possible, similar to the components (
2 ), two or more control units (1 ), which dominate at different times depending on the duty-cycle, high-phase, low-phase or serial protocol. This can be done as follows, after a reset phase, each control unit (1 ) the data connection (3 ) for a certain time. Since this reset phase does not apply to all control units (1 ) will be done exactly at the same time, so is due to OR connection of the data connection (3 ) of the control devices (1 ) the "latest" controller (1 ) determine the end of this synchronization pulse. This end is then cleared by all controllers (1 ) and based on this event run in all ECUs (1 ) Counter that the control units (1 ) enable it to act synchronously from the synchronization time. - - It is possible, no difference between ECUs (
1 ) and components (2 ) close. After Power Up or otherwise initiated, all components synchronize (2 ). This can be done as follows, after each component (2 ) the common data connection (3 ) for a certain time. Because this reset phase is not common to all components (2 ) will be done exactly at the same time, so is due to OR connection of the data connection (3 ) of the components (2 ) the latest component (2 ) determine the end of this synchronization pulse. This end is then removed from all components (2 ) and based on this event run in all components (2 ) Counters going off the components (2 ) enable it to act synchronously from the synchronization time. After synchronization, all components (2 ) depending on their assigned function or position information (25 ) transmit and receive information at specified times in the form of duty-cycle, high-phase-duration, low-phase-duration or serial-protocol.
Die Rückmeldung von der einzelnen Komponente (
Die Komponenten (
- – alle zeitgleich, so dominiert z. B. eine einzige Fehlermeldung einer Komponenten (
2 ) das gesamte System, es kann von keiner Komponente (2 ) interpretiert werden, welche Komponente (2 ) die Meldung abgesetzt hat - – zeitversetzt, so dass jede Komponente (
2 ), abhängig von ihrer Funktions- oder Positions-Information (25 ) in einem festen Zeitbereich ihre Meldung(en) absetzen kann (als duty-cycle, high-Phasen-Dauer, low-Phasen-Dauer oder serielles Protokoll) - – zeitgleich und zeitversetzt gemischt: So kann z. B. zeitnah ein Fehlerflag abgesetzt werden, auf das alle Komponenten (
2 ) umgehend reagieren können. ”Später” können dann (im abhängig von der Funktions- oder Positions-Information (25 ) zugeteilten Zeitfenster) detailliertere Informationen übertragen werden. Erfindungsgemäß wird daher empfohlen, zu Beginn der Rückmeldephase Zeitfenster für solche zeitgleichen Meldungen zu reservieren. - – Abhängig von diesen (Fehler-)Meldungen kann das Protokoll dynamisch (also nur für diesen einzelnen Durchgang) verlängert werden. Dadurch werden kurze Zykluszeiten und gleichzeitig größere Datenmengen möglich.
The components (
- - all at the same time, so z. For example, a single error message from a component (
2 ) the entire system, it can not by any component (2 ), which component (2 ) has canceled the message - - delayed so that each component (
2 ), depending on their function or position information (25 ) can transmit its message (s) in a fixed time range (as duty cycle, high phase duration, low phase duration or serial protocol) - - mixed at the same time and with a time lag: So z. B. promptly issued an error flag to which all components (
2 ) can react immediately. "Later" can then (depending on the function or position information (25 ) allocated more detailed information. According to the invention, it is therefore recommended to reserve time windows for such simultaneous messages at the beginning of the feedback phase. - - Depending on these (error) messages, the protocol can be extended dynamically (ie only for this single pass). This enables short cycle times and larger data volumes.
Nutzung der RückmeldungenUse of feedback
-
– Die Rückmeldungen der einzelnen Komponenten (
2 ) können außer vom Steuergerät (1 ) auch von anderen Komponenten (2 ) genutzt werden.- The feedback of the individual components (2 ) except from the control unit (1 ) also of other components (2 ) be used. -
– Nutzung der Rückmeldung anderer Komponenten (
2 ) in der Art, als dass sie über die Fehlerkompensation (24 ) den Interpretations-Algorithmus der Vorgabewerte beeinflussen bzw. umschalten können.- Use of feedback from other components (2 ) in the way that they are about the error compensation (24 ) can influence or switch over the interpretation algorithm of the default values. -
– Insbesondere bei einem Fehler in einer Komponente (
2 ) kann so eine andere Komponente (2 ) deren Funktion durch eine integrierte Fehlerkompensation (24 ) z. T. übernehmen oder durch eine geeignete Reaktion weiteren Schaden verhindern. Bei dem angeführten Beispiel zweier Kühler-Lüfter-Motoren in KFZ kann bei Minderleistung oder Ausfall eines Lüfters der oder die anderen mit erhöhter Drehzahl laufen, um eine Überhitzung des Motors zu verhindern.- Especially in the case of an error in a component (2 ) can be another component (2 ) whose function is provided by an integrated error compensation (24 ) z. T. or prevent further damage by a suitable reaction. In the example given of two radiator fan motors in a car with inferior performance or failure of a fan, the one or the other run at an increased speed to prevent overheating of the engine.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Steuergerät mitControl unit with
- 1111
- Schnittstelleinterface
- 22
- Komponentecomponent
- 2121
- Schnittstelleinterface
- 2222
- Anssteuerung für Antrieb, Sensorik, anderes ...Control for drive, sensors, other ...
- 2323
- Fehlerdiagnosefault diagnosis
- 2424
- Fehlerkompensationerror compensation
- 2525
- Funktions- und/oder PositionsinformationFunction and / or position information
- 33
- DatenverbindungData Connection
Claims (12)
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