Das Bussystem. Leistungsmerkmale und Anwendungen. Prof. Dr.-Ing. Osterwinter, Geschäftsleitung Daniel Hotzy, Bereichsleitung FlexRay

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1 Das Bussystem Leistungsmerkmale und Anwendungen Prof. Dr.-Ing. Osterwinter, Geschäftsleitung Daniel Hotzy, Bereichsleitung FlexRay Robert-Bosch-Str. 6 Fon: +49 (7161) TZ Mikroelektronik D Göppingen Fax: +49 (7161) info@tzm.de A company of Steinbeis GmbH & Co. KG für Technologietransfer

2 Inhalt Einführung Eckdaten einiger industrieller Bussysteme Eigenschaften von FlexRay Anwendungsszenarien von FlexRay

3 Einführung

4 Einführung Die Vernetzung von technischen Systemen erfolgt heute in vielen Bereichen durch standardisierte Kommunikationsbusse. Die sehr große Anzahl von verfügbaren Bussystemen macht es für den Anwender schwierig die passende Wahl zu treffen

5 Einführung Im Automobil werden seit mehreren Jahren Bussysteme wie CAN oder LIN erfolgreich eingesetzt. Die gestiegenen Anforderungen an die Datenrate und auch an die Datensicherheit fordern den Einsatz von zeitgesteuerten Bussystemen mit hoher Bandbreite. Daher wurde im Jahre 2000 durch ein Konsortium der sogenannte FlexRay-Bus definiert. Dieser Bus ist ein offener Standard, der heute schon eine weltweite Verbreitung gefunden hat.

6 Einführung ereignisgesteuert Medium wird nur bei Bedarf genutzt Zeitpunkt zu dem Medium genutzt werden kann hängt von Auslastung ab Ankunftszeit unbekannt Eventuell ist Medium überlastet zeitgesteuert Zeitpunkt zu dem Medium genutzt werden kann ist festgelegt. Dauer der Nutzung des Mediums festgelegt Ankunftszeit bekannt

7 Eckdaten einiger industrieller Bussysteme

8 Industrielle Bussysteme Profi-Bus Multi-Master-System 32 Teilnehmer pro Segment / 126 Teilnehmer pro Netz Maximal 244 Byte Eingangs- und Ausgangsdaten je Slave möglich

9 Industrielle Bussysteme Profi-NET Standard für industrielles Ethernet PROFINET CBA (Vernetzung verteilter Anlagen) PROFINET IO (Ansteuerung von Sensoren und Aktoren durch zentrale Steuerung) 3 verschiedene Protokolle: TCP/IP für PROFINET CBA mit einer Reaktionszeit von 100ms RT(Real-Time) für PROFINET CBA und PROFINET IO mit bis 10ms Zykluszeit IRT (Isochronous Real-Time) für PROFINET IO mit unter 1ms Zykluszeit

10 Industrielle Bussysteme Safety-Bus Nutzt Schicht 1 und 2 von CAN maximal 128 Teilnehmer pro Netz / bis zu 4000 E/A Punkte Ereignisgesteuerte Datenübertragung Logische Sicherheitsgruppen können einzeln abgeschaltet werden Fehlerreaktionszeiten bis zu 25ms realisierbar

11 Industrielle Bussysteme CAN-open Nutzt Schicht 1 und 2 von CAN maximal 127 Teilnehmer 2 Daten Objekte: Echtzeitdaten - hochpriore ID, keine Bestätigung, max.8 Bytes Systemparameter - niederpriore ID, bestätigende Dienste, Daten könne auf mehrere Telegramme verteilt sein Definierte Geräteprofile (Funktionalität und Parameter von Standardgeräten) --> Geräte gleichen Profils austauschbar

12 FlexRay- Eigenschaften

13 FlexRay - Eigenschaften Übernahme der Vorteile bekannter Bussysteme Hohe Übertragungsraten (MOST, TTP/C) Flexibilität (CAN) Deterministische Datenübertragung (TTP/C, TTCAN) Realisierung von verteilten Applikationen Sicherheitsrelevante Systeme Hohe Verfügbarkeit Redundanzmöglichkeit (TTP/C) Freier Standard / keine Lizenzgebühren Breite Schicht an Entwicklungspartnern Günstige Komponentenkosten Qualitätssicherung durch Conformance-Tests

14 FlexRay - Eigenschaften Deterministisches Verhalten Zeitgesteuerte Datenübertragung Echtzeitfähig Redundante Datenübertragung möglich Übertragungsrate von 10Mbit/s pro Kanal, max. 254 Byte bis zu 75% Nutzdatenrate Flexibel konfigurierbar Topologieaufbau in weiten Grenzen offen Bus Guardian, intelligente und störsichere Bustreiber Netzwerkkonfiguration ist erforderlich Globale Konfiguration muss in allen Knoten identisch sein. Hinzufügen eines Knotens erfordert u. U. Änderung des Netzwerk- Scheduling in allen Knoten.

15 FlexRay - Eigenschaften Topolgien Punkt-zu-Punkt-Verbindung Bustopologie Sterntopologie - Passiv - Aktiv Mischung Bus/Stern Randbedingungen Übertragung bis zu 10MBit/s große Robustheit hohe Flexibilität

16 FlexRay - Eigenschaften Consortium Members 7 Core Members 17 Premium Associated Members 57 Associated Members

17 FlexRay Zusammenfassung FlexRay ist ein offener Standard FlexRay ist geeignet für sicherheitsrelevante Anwendungen. Es ist das einzige Bussystem, welches speziell für diesen Einsatzzweck im Kfz konzipiert wurde. FlexRay führt zu günstigeren Gesamtnetzwerkkosten als CAN-Systeme unter Berücksichtigung der Entwicklung, Steuergeräteherstellung und Wartung.

18 FlexRay In der Anwendung

19 FlexRay Anwendung Automatisierungstechnik Häufig zeitsynchrone Abläufe Folgende Vorteile von FlexRay kommen zum Tragen Deterministisches Verhalten Wirtschaftlichkeit bei größeren Stückzahlen Robustheit

20 FlexRay Anwendung Kraftfahrzeugelektronik Elektronische Fahrwerksregelung im BMW X5 Konfliktbeseitigung von hohem Fahrkomfort, hoher Fahrsicherheit und Agilität. Minimierung der Radlastvariation und Chassisschwingung.

21 FlexRay Anwendung Kraftfahrzeugelektronik Die Kommunikation zwischen den zahlreichen Steuergeräten im Kfz mit Hilfe der heute etablierten Bussysteme, wie z.b. CAN, stößt an Grenzen. Die Regelung von fahrdynamischen Komponenten (aktive Dämpfung, ESP oder aktive Lenkung) in Echtzeit lässt sich nur durch eine höhere Datenrate wie sie bei FlexRay möglich ist, erreichen. Weiter gesteigerte Anforderungen werden von sogenannten by-wire -Applikationen gestellt. Hier kann FlexRay all seine Vorteile einbringen

22 FlexRay Anwendung Sonderfahrzeuge Bau- und Landmaschinen oder auch Kommunalfahrzeuge besitzen häufig viele komplexe Funktionen Diese Funktionen müssen häufig sehr feinfühlig aufeinander abgestimmt gesteuert werden Es werden heute deshalb schon viele Bussysteme zur Vernetzung eingesetzt

23 FlexRay Anwendung Sonderfahrzeuge Die Funktionen dieser Fahrzeuge müssen sehr häufig auch im Fehlerfall noch richtig funktionieren Hier kann FlexRay all seine Vorteile einbringen

24 FlexRay Anwendung Der FlexRay-Bus bringt aufgrund seines Konzeptes in vielen Bereichen ökonomische Vorteile. FlexRay wird demzufolge neben den Anwendungen im Kfz zukünftig noch in vielen anderen Bereichen eingesetzt: Automatisierungstechnik Bahn Flugzeuge Sonderfahrzeuge

25 FlexRay Anwendung FlexRay ist vielseitig einsetzbar!

26 Robert-Bosch-Str. 6 Fon: +49 (7161) TZ Mikroelektronik D Göppingen Fax: +49 (7161) info@tzm.de A company of Steinbeis GmbH & Co. KG für Technologietransfer