Teil 1: Architektur, Aufgaben und Vorteile Serielle Bussysteme im Automobil I

Viele Funktionen imAutomobil wären ohne Datenaustausch zwischen elektronischen Komponenten gar nicht realisierbar. Bevor in den nächsten Folgen dieser Artikelreihe auf die speziellen Charakteristika der einzelnen Bussysteme eingegangen wird, erklärt die-ser Beitrag die technischen Grundlagen der seriellen Bussysteme in modernen Kraftfahrzeugen und vergleicht die verschiedenen Konzepte, die dabei Anwendung finden.

Teil 1: Architektur, Aufgaben und Vorteile

Von Eugen Mayer

Viele Funktionen imAutomobil wären ohne Datenaustausch zwischen elektronischen Komponenten gar nicht realisierbar. Bevor in den nächsten Folgen dieser Artikelreihe auf die speziellen Charakteristika der einzelnen Bussysteme eingegangen wird, erklärt die-ser Beitrag die technischen Grundlagen der seriellen Bussysteme in modernen Kraftfahrzeugen und vergleicht die verschiedenen Konzepte, die dabei Anwendung finden.

Die ersten eingebetteten elektronischen Systeme verrichteten damals ihre Aufgaben noch völlig autonom. Schon sehr früh erkannte man, dass durch die Koordination von Anwendungen, die auf unterschiedlichen elektronischen Steuergeräten untergebracht waren, die Fahrzeugfunktionalität immens erhöht werden konnte. Dies war der Auslöser für die Integration von Kommunikationssystemen in das Automobil.

Allen voran beherrschte damals die elektronische Fahrdynamikregelung die Vorentwicklung. Der intensive Verkabelungsaufwand ließ jedoch nur einen eingeschränkten Datenaustausch auf Basis von Einzelleitungen zu. Als Ausweg aus diesem Dilemma kam der bitserielle Austausch von Daten über einen einzigen Kommunikationskanal in Frage. Dieser integriert alle individuellen Kommunikationskanäle und wird als Bus bezeichnet. Mittels dieses Busses und entsprechender serieller Schnittstellen können alle elektronischen Steuergeräte zu einem Systemverbund, dem seriellen Bussystem, zusammengeschlossen werden (Bild 1). Elektronische Steuergeräte werden in diesem Kontext als Busknoten (Nodes) bezeichnet.

Seit dem Einsatz serieller Bussysteme gehören die komplexen und oft unterschiedlich gearteten Kabelbäume im Automobil der Vergangenheit an. Die Bussysteme vereinfachen nicht nur die Projektierung und Installation, sondern senken auch das Gewicht und den Platzbedarf für die Verkabelung. Darüber hinaus reduziert die geringere Zahl an Steckverbindungen die Störanfälligkeit deutlich. Die vielen Vorteile erkauft man jedoch durch zahlreiche Kommunikationsaufgaben, die das serielle Bussystem bewältigen muss. Im Folgenden werden die wichtigsten Kommunikationsaufgaben erläutert.

Kommunikationsaufgaben

Voraussetzung für einen reibungslosen seriellen Datenaustausch ist die eindeutige Zuordnung der zu versendenden Daten zu den Busknoten. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen senderselektiver und empfängerselektiver Zuordnung (Adressierung). Bei der senderselektiven Adressierung bestimmt der Sender den gewünschten Empfänger über eine eindeutige Busknotenadresse. Im Gegensatz dazu werden bei der empfängerselektiven Adressierung nicht die Busknoten, sondern die zu versenden Daten adressiert. Dadurch stehen alle Daten prinzipiell jedem Busknoten zum Empfang zur Verfügung (Broadcast). Sämtliche Busknoten haben daher die Aufgabe, die für sie relevanten Daten herauszufiltern. Dies geschieht mit Hilfe der Adresse, die man hier als Identifier bezeichnet.

Damit der Empfänger die Daten und die Adresse als Einheit auffasst, packt der Sender beides zu einem Frame zusammen. Ein typischer Frame umrahmt die Adresse und die Daten mit einer Anfangs- und Endkennung, die vor allem zur Herstellung der Synchronität zwischen Sender und Empfänger dienen. Statt „Frame“ spricht man auch von „Rahmen“, „Nachricht“ oder „Botschaft“.

Zu den vordringlichsten Aufgaben eines seriellen Bussystems gehören die echtzeitfähige Datenübertragung und die Datensicherung. Ein verteiltes System wird nur dann seiner Bestimmung gerecht, wenn sämtliche Daten rechtzeitig und fehlerfrei die jeweilige Anwendung auf den Zielknoten erreichen. Die Leistungsfähigkeit und das Einsatzgebiet eines seriellen Bussystems im Automobil hängen entscheidend davon ab, in welchem Ausmaß es Störungen vermeidet, abwehrt, erkennt und korrigiert sowie die rechtzeitige Datenübertragung garantieren kann.