1 Struktur der Vernetzung am Beispiel eines Golf V

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1 Struktur der Vernetzung im Golf V 1 1 Struktur der Vernetzung am Beispiel eines Golf V Der Datenaustausch zwischen den en für den Antrieb, den Komfort- und Infotainmentbereich sowie den Schalttafeleinsatz und die Diagnoseschnittstelle erfolgt über CAN-Datenbusse. Der Wischermotor, der Licht- und Regensensor und Komponenten der Diebstahlwarnanlage nutzen den LIN-Datenbus. CAN ist die Abkürzung von Controller Area Network und bedeutet, dass e miteinander vernetzt sind und Daten austauschen. LIN steht für Local Interconnect Network und kennzeichnet ein Netzwerk, bei dem die e innerhalb eines begrenzten Bauraumes angeordnet sind. Durch ein zentrales Diagnose-Interface oder Gateway ist der Austausch von Daten über die Systemgrenzen hinweg möglich. So kann zum Beispiel das Geschwindigkeitssignal vom Bremsensteuergerät auch vom für Einparkhilfe oder dem Wischermotor genutzt werden. Die Vernetzung ermöglicht die Erfüllung der immer weiter steigenden Anforderungen an die Fahrsicherheit, den Fahrkomfort, das Abgasverhalten und den Kraftstoffverbrauch moderner Fahrzeuge. Trotz der vielfältigen Funktionen bleiben vernetzte Systeme überschaubar und gut diagnostizierbar. Ein weiterer Vorteil ist der geringere Platzbedarf und das verminderte Gewicht durch weniger Leitungen und Steckverbindungen. Datenleitung Diagnose (K-Leitung) CAN-Sensor J220 J743 J217 J104 G419 Diagnoseanschluss CAN-Antrieb Motronic NO X Mechatronic für Direkt-Schalt- Getriebe Automatik- Getriebe ABS mit EDS ESP Sensoreinheit T16 CAN-Diagnose Dynamische Leuchtweiteneinstellung J431 Wählhebelsensorik J587 Lenkhilfe J503 CAN-Infotainment J503 Anzeigeeinheit: Radio, Navigation J412 Diagnoseinterface für Datenbus J533 CAN-Kombi f. Anhänger Lenksäulenelektronik Kombiinstrument J334 J285 Airbag J234 LIN f. f. J345 Sonderfahrzeug J608 Einparkhilfe J446 Bedienungseinheit im Lenkrad D J527 Lenkwinkelgeber Zündanlass Schalter Handy Bedienelektronik J525 Digitales Sound Paket Bordnetzsteuergerät CAN-Komfort Climatronic J519 J255 LIN Sensor, Regen- und Lichterkennung G397 f. Wischermotor Fahrertür J400 J386 Beifahrertür J387 J364 Zusatzheizung für Sitzverstellung J136 Zentralsteuergerät für J393 J388 Komfortsystem Tür hinten links LIN J389 Tür hinten rechts R78 TV-Tuner Luftzusatzheizung Sens. Innenraumüberwachung G273 H8 G384 Signalhorn f. Diebst.- warnanlage Geber für Fahrzeugneigung 5

2 Diagnose an vernetzten Systemen 9 Bei der Verwendung von netzbetriebenen Oszilloskopen muss man beachten, dass die Differenzspannung zwischen den Datenleitungen nicht gemessen werden kann und durch Anschluss eines zweiten Gerätes ein Kurzschluss über die Schutzleiter der Geräte entsteht. Oszilloskopieren der Signale am CAN-Antrieb Prinzipbild der Messschaltung CAN_H Oszillogramm CAN-Antrieb Zur Aufnahme der Oszillogramme schließt man das Zweikanaloszilloskop mit einem Kanal an die CAN_H- und den anderen Kanal an die CAN_L-Leitung an. Ground wird mit dem Minusanschluss eines es verbunden. Das Oszillogramm zeigt den Spannungsverlauf eines Systems, das in Ordnung ist. Die obere Kurve stellt das Signal auf der CAN_H-Leitung und das untere den Verlauf auf der CAN_L-Leitung dar. Der Ruhepegel liegt für CAN_L (Kanal A) bei 2,5 Volt und für CAN_H (Kanal B) bei 2,5 Volt. Die Berechnung der Differenz zwischen den Ruhepegeln ergibt einen Spannungswert von 0 Volt. Dies liegt im Toleranzbereich des Transceiver IC. Die Differenzspannung der dominanten Phasen lässt sich ebenfalls direkt ablesen. Sie beträgt 2,5 Volt. Dieser Spannungswert wird nach dem Einlesen im Transceiver an den CAN-Controller weitergegeben. Schaltzeichen eines Zweikanaloszilloskopes In vielen Darstellungen verwendet man die Schaltzeichen eines Oszilloskops, um die Messstellen zu kennzeichnen. Bei einem Zweikanaloszilloskop werden deshalb die beiden Kanäle A und B durch je ein Schaltzeichen dargestellt. Bildschirmanzeige des Oszilloskops Links oben im Bildschirm wird in dieser Einstellung des Oszilloskops die am Kanal A zwischen dem maximalen und minimalen Pegel gemessene Spannung angezeigt (Spitze-Spitze-Messung). Für den Kanal B geschieht dies oben rechts. Die unter diesen Anzeigen angeordneten kleineren Zahlen geben den niedrigsten Spannungswert in Bezug zur jeweiligen Nulllinie der Kanäle an. Die Nulllinien werden durch kleine schwarze Balken dargestellt und der Bezug zum Kanal durch die Buchstaben A und B vorgenommen. Die Angabe HOLD oben zwischen den Spannungsangaben weist auf ein gespeichertes Oszillogramm hin. Die Spannungswerte und Zeitabschnitte lassen sich aber auch anhand des Rasters ablesen, da zwischen diesem und der an den Verstärkern bzw. Abschwächern und der Zeitablenkung eingestellten Spannungs- und Zeitwerten ein fester Zusammenhang besteht. So bedeutet der Eintrag 2V/d, dass im Oszillogramm zwei Volt pro Diversion (Ablenkungseinheit bzw. Kästchen) abzulesen sind. Für die Zeitachse steht ein Kästchen für 100 µs. Im Beispiel dauert die Übertragung des Datenpaketes deshalb ca. 650 µs. 55

3 10 Teilsystem Fensterheberansteuerung (CAN-Komfort) Überprüfung der Funktion eines einzelnen es Ist die Funktion eines einzelnen es zu überprüfen, ist es vom Bus zu trennen und über Adapterleitungen an das CAN-Analysesystem anzuschließen. Erscheinen Protokolle auf dem Bildschirm, ist es in Ordnung. Die Sendeversuche werden aber nach einigen Sekunden eingestellt, da das die fehlenden Kommunikationspartner bemerkt und in den Zustand Busruhe übergeht. Prüfschaltung Bildschirmanzeige bei sendendem Benutzt man Programme mit erweiterten Funktionen, erhält man zusätzliche Informationen über die Busstatistik wie zum Beispiel globale Anzeigen von Botschaftsraten, Fehlerarten, Busauslastung und CAN-Controller-Zuständen. 10 Teilsystem Fensterheberansteuerung (CAN-Komfort) Die Funktion der Fensterheberansteuerung ist dem Komfortsystem zugeordnet. Von der Bedieneinheit in der Fahrertür wird ein automatischer Abwärts- und Aufwärtslauf der vorderen Fenster beim Durchdrücken des entsprechenden Schalters bis zum zweiten Druckpunkt eingeleitet. Von den anderen Türen ist kein automatischer Lauf möglich. Durch nochmalige Betätigung eines Schalters wird der automatische Fensterlauf abgebrochen. Bei Erreichen des ersten Druckpunktes am Schalter der Fahrertür oder der Betätigung eines Schalters in den übrigen Türen laufen die Fenster ab- oder aufwärts, solange der Schalter gedrückt bleibt. 62 Zentralsteuergerät für Komfortsystem 10.1 Fensterheberansteuerung über Datenbus Beifahrertür Fahrertür Tür hinten rechts Tür hinten links Wird zum Beispiel der Schalter im Fensterheberschalterblock in der Fahrertür gedrückt, um das Fenster in der Beifahrertür zu schließen, gelangt das Signal als Spannungswert zum der Fahrertür. Dieses bereitet das Signal auf und stellt es als Botschaft auf den Bus. Alle e am Bus lesen die Botschaft ein. Genutzt wird sie aber nur vom in der Beifahrertür, das die Ansteuerung des Fensterhebermotors veranlasst. Um die Verletzungsgefahr beim Hochfahren der Fenster zu minimieren, sind die Fensterheber mit einer Überschusskraftbegrenzung ausgestattet.

4 Signalerzeugung auf den Datenleitungen des CAN-Komfort 11 Bedieneinheit Fortsetzung Funktion der Spannungskodierung Die Fensterheberschalter in der Bedieneinheit der Fahrertür sind mit je einer Leitung am angeschlossen und ermöglichen folgende Funktionen: automatischer Abwärtslauf, automatischer Aufwärtslauf und normaler Abwärts- und Aufwärtslauf. Die Übertragung der vier Schalterstellungen über eine Leitung ist möglich, weil sie in Spannungswerten kodiert sind. Die Kodierung übernimmt ein Spannungsteiler, der aus dem Vorwiderstand im und den vier unterschiedlichen Widerständen im Fensterheberschalter besteht. Die Größe des Spannungswertes am Signaleingang des Mikrocontrollers im wird durch den geschalteten Widerstandswert bestimmt. Berechnung Spannungsteilerschaltungen U ges R ges U = Signal U Signal = R Schalter U ges R Schalter R ges 5 V 100 Ohm a) U Signal = = 0,45 V Ohm 5 V 0 Ohm b) U Signal = = 0 V Ohm 5 V 270 Ohm c) U Signal = = 1,06 V Ohm 5 V 820 Ohm d) U Signal = = 2,25 V Ohm 11 Signalerzeugung auf den Datenleitungen des CAN-Komfort Aufbau und Arbeitsweise eines Busteilnehmers Überwiegend besitzen CAN-Ankopplungen den gezeigten dreistufigen Aufbau. 67

5 11 Signalerzeugung auf den Datenleitungen des CAN-Komfort Mikrocontroller der Anwendung Für einen Sendevorgang schreibt der Mikrocontroller der Anwendung die Nutzdaten (den Identifier, die Festlegung, ob dieser Frame ein Daten- oder Remote-Transmission Request-Frame ist, die Angabe, wie viele Datenbytes gesendet werden sollen und die auszusendenden Datenbyts) über die parallelen Datenleitungen in den Sende-Datenpuffer des CAN-Controllers, der diese dann für die Übertragung auf dem Bus vorbereitet und das komplette Protokoll zum Transceiver-Baustein überträgt, der für die direkte Busankopplung verantwortlich ist. Prinzipbild CAN-Controller Der CAN-Controller entlastet den Mikrocontroller der Anwendung von allen Datenübertragungsarbeiten, da er die Zusammenstellung der Botschaft, die Berechnung der CRC-Summe, den Zugriff auf den Bus (die Busarbitrierung), das Aussenden des Frames und die Fehlerüberprüfung selbstständig übernimmt. In Empfangsrichtung läuft der Prozess entgegengesetzt ab. Der CAN-Cotroller schreibt die aus dem empfangenen Frame herausgetrennten Nutzdaten nach der Fehlerüberprüfung und der Akzeptanzfilterung in seinen Empfangszwischenspeicher. Hier stehen dann der Frame-Identifier, das RTR-Bit, die Datenfeldlänge und die Datenbytes für den Mikrocontroller des es bzw. der Anwendung bereit. Ist die Empfangsfilterung ausgeschaltet, wird jede empfangene Botschaft ausgewertet. Blockschaltbild Prinzipbild Blockschaltbild War die Übertragung erfolgreich, erhält der Mikrocomputer der Anwendung eine Bestätigung. War sie fehlerhaft oder wurde sie von anderen Busteilnehmern nicht empfangen, gibt der CAN- Controller eine Fehlermeldung weiter. Beim Senden und Empfangen wirkt der CAN-Controller für den Mikrocontroller der Anwendung wie ein zusätzlicher Speicher, in den er die zu übertragenden Daten hineinschreibt bzw. aus dem er die empfangenden Daten entnimmt. 68

6 14 Fehleroszillogramme und Fehlermeldungen CAN-Komfort Messpunkt auf der Seite des Knotenpunktes Fahrertür Zentralsteuergerät Komfort e Beifahrertür b a CAN_H CAN_L Tür hinten links c d Tür hinten rechts Kanal A Kanal B Diagnose-Gateway CAN_L nicht unterbrochen Oszillogramm mit fehlenden Botschaften Messpunkt auf der Seite des es Erfolgt die Messung in der Nähe des es, sind auf der unterbrochenen Leitung ebenfalls einzelne ACK-Bits zu erkennen. Diese entstehen, weil das auf der intakten Leitung Botschaften empfängt und deren korrekten Empfang im ACK-Slot bestätigt. Da auf der unterbrochenen Leitung die Botschaften der sendenden e fehlen, sind auf dem Leitungsabschnitt bis zur Unterbrechung nur die ACK-Bits und die Botschaften vom Türsteuergerät der Beifahrertür zu sehen. Die Anzahl der registrierten ACK-Bits ist größer als auf dem Oszillogramm in der Nähe des Knotenpunktes. Dies lässt sich dadurch erklären, dass mehr Botschaften von den anderen en ankommen, als vom in der Beifahrertür gesendet werden. Fahrertür Zentralsteuergerät Komfort e Beifahrertür b a CAN_H CAN_L Tür hinten links c d Tür hinten rechts Kanal A Kanal B Diagnose-Gateway 82

7 16 Reparatur der Datenleitungen 16 Reparatur der Datenleitungen Nach der Lokalisierung der Fehlerstelle sind die Datenleitungen zu reparieren. Dabei sind die jeweiligen Herstellervorgaben zu beachten. Beim Golf V schreibt der Hersteller die Reparatur wie folgt vor: Vor dem Beginn der Reparatur ist zuerst die Ursache für den Fehler zu beseitigen. So sind zum Beispiel scharfkantige Karosserieteile zu entgraten, spitze Schrauben abzufeilen oder Leitungsstränge günstiger zu verlegen. Unterbrochene Leitungen dürfen beim Golf V (gilt auch für andere Fahrzeuge des Fahrzeugherstellers) nicht gelötet, sondern nur mithilfe von speziellen Quetschverbindern verbunden werden. Alle dafür notwendigen Ersatzteile und Werkzeuge stehen in einem Leitungsreparaturkoffer bereit. Nach dem Quetschen wird die Kunststoffhülle der Verbinder mit einer Heißluftpistole geschrumpft. Dabei kommt es zu einer Verschweißung des Verbinderkunststoffes und der Leitungsisolierung. Die Reparaturstelle ist dadurch wasser- und gasdicht. Zur Kennzeichnung ist sie abschließend mit gelbem Isolierband zu umwickeln. Die für die Reparatur verwendeten Leitungsstücke müssen beim CAN-Datenbus für die H- als auch für die L-Leitung gleich lang sein. Zusätzlich sind sie mit einer gleichmäßigen Schlaglänge von 20 Millimeter zu verdrillen. Besonders im Bereich der Quetschverbinder ist darauf zu achten, dass kein Leitungsstück entsteht, bei dem die Verdrillung mehr als 50 Millimeter fehlt. Um spätere Reflexionen auf dem Datenbus auszuschließen, dürfen die Leitungsverbinder an den Knotenstellen beim Abtrennen von en zur Fehlersuche nicht geöffnet werden. Unterbrechungen sind deshalb mindestens 100 Millimeter davon entfernt auszuführen. Knotenstelle oder Knotenpunkt 17 LIN-Datenbus 17.1 Teilsystem Scheibenwischer (LIN-Datenbus) Das Scheibenwischermodul besteht beim Golf V aus einer Ein-Motoren-Wischeranlage, deren Funktionen dem Komfortsystem zugeordnet sind. Die Ansteuerung erfolgt durch das Bordnetzsteuergerät, indem die Schalterstellungen des Wischerschalters vom im Lenksäulenmodul eingelesen und über den CAN-Datenbus Komfort zum Bordnetzsteuergerät übertragen werden. Dieses übersetzt die CAN- in LIN-Botschaften, die dann auf dem LIN-Datenbus zum des Wischermotors gelangen. Besitzt das Fahrzeug einen Regen- und Lichtsensor, ergeben sich weitere Ansteuermöglichkeiten. Am Schalter für die Wischeransteuerung lassen sich die verschiedenen Wischstufen und -funktionen für den Wischermotor einstellen. Befindet sich auf der Scheibe ein Hindernis oder blockiert der Wischerantrieb aus anderen Gründen, wird dies vom Wischermotorsteuergerät durch die erhöhte Stromaufnahme des Motors erkannt. Lässt sich das Hindernis nach fünf vergeblichen Ver- 96

8 LIN-Datenbus 17 ABS mit EDS Regen- und Lichterkennungssensor für Wischermotor Kontaktschalter an der Motorhaube Zündanlass- Schalter LIN-Datenbus Scheibenwischer- Schalter für Lenksäulenelektronik Diagnose- Interface für Datenbus (Gateway) CAN-Datenbus für Bordnetz suchen nicht wegschieben, bleiben die Wischerarme in der Ruhelage stehen. Die Beseitigung des Hindernisses muss dann manuell erfolgen. Neben der beschriebenen Antiblockierfunktion lassen sich weitere Funktionen ausführen: Service- und Winterstellung, alternierende Ruhelage, geschwindigkeitsabhängige Wischstufenrückstellung, geschwindigkeitsabhängige Intervallstufen, Vorwaschen, Nachwischen nach einer Wasch-Wisch-Funktion, Tränenwischen Wischeransteuerung Service- und Winterstellung Betätigt der Fahrer den Schalter für den Scheibenwischer innerhalb von zehn Sekunden nach dem der Zündstartschalter auf AUS steht in Richtung Tippwischen, bewegen sich die Wischerarme in die obere Wendelage. In dieser Position lassen sich die Wischerblätter leicht wechseln oder von der Scheibe abheben, damit sie im Winter nicht festfrieren. Alternierende Ruhelage Nach jedem zweiten Ausschalten fährt der Wischermotor den Wischer einen kurzen Weg aufwärts, damit das Wischerblatt auf die andere Seite umklappt. Durch diesen Wechsel erreicht man eine gleichmäßige Belastung der Wischlippen in der Ruheposition des Wischers. 97

9 Sicherheitssystem mit Lichtwellenleiter 18 Verzögerungskurve Verzögerungskurven bei einem Frontalaufprall und verschiedenen Geschwindigkeiten Verzögerungskurve bei einem Unterfahrcrash Damit die Auslösevorgänge des Sicherheitssystems möglichst früh bestimmbar sind und tödliche Verletzungen verhindert werden können, liegen im Speicher der Airbagsteuergeräte ausgewertete Daten von mehreren hundert Unfalltypen bereit. Erst dadurch ist die beginnende Verzögerungskurve vom Airbagrechner bereits vor dem Ablauf von zehn Millisekunden nach dem Crashereignis bewert- und auf das zu erwartende Ergebnis hochrechenbar. Selbst wenn der Fahrer bzw. Beifahrer seiner Anschnallpflicht nicht nachgekommen ist, wird dies vom System über den Gurtschlosskontakt erkannt und die Auslösestrategie der Airbags entsprechend variiert. Der Airbag wird dann einige Millisekunden früher ausgelöst. Die folgende Abbildung zeigt den Ablauf der Auslösezeitpunkte bei einem frontalen Maueraufprall und angegurtetem Fahrer und Beifahrer. Nach etwa zehn Millisekunden lösen gleichzeitig der Fahrer-, Beifahrerairbag, die Gurtstrammer und die Endbeschlagstrammer links und rechts aus. Nach ca. 50 Millisekunden folgt der Gurtkraftbegrenzer links, die Stufen 2 für den Fahrer- und Beifahrerairbag sowie der Auslöseimpuls für die Sicherheitsbatterieklemme. Der Gurtkraftbegrenzer für den Beifahrer reagiert erst nach ca. 60 Millisekunden, da der Beifahrer einen größeren Weg als der Fahrer zum Luftsack des Airbags zurücklegt. 127