1 Struktur der Vernetzung am Beispiel eines Golf V

Struktur der Vernetzung im Golf V
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Struktur der Vernetzung am Beispiel eines Golf V
Der Datenaustausch zwischen den Steuergeräten 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 Steuergeräte miteinander vernetzt sind und Daten austauschen. LIN steht für „Local Interconnect Network“ und kennzeichnet ein Netzwerk, bei dem die Steuergeräte 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 Steuergerät 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.
CAN-Sensor
Datenleitung Diagnose (K-Leitung)
J743
J220
Diagnoseanschluss
CAN-Antrieb
Motronic
Mechatronic für
Direkt-SchaltGetriebe
NOX
J217
J431
G419
ESP Sensoreinheit
ABS mit EDS
J587
Dynamische
Leuchtweiteneinstellung
T16
J104
AutomatikGetriebe
J503
Wählhebelsensorik
Lenkhilfe
CAN-Infotainment
J503
Anzeigeeinheit:
Radio,
Navigation
Diagnoseinterface
für Datenbus
Kombiinstrument
J533
J234
Steuergerät f.
Anhänger
Steuergerät f.
Sonderfahrzeug
J345
Steuergerät f.
Einparkhilfe
J608
J446
J525
Digitales
Sound Paket
Bordnetzsteuergerät
CAN-Komfort
Steuergerät f.
Wischermotor
Sensor,
Regen- und
Lichterkennung
J255
G397
J386
Steuergerät
Fahrertür
Climatronic
J387
Steuergerät
Beifahrertür
J389
J136
Steuergerät für
Sitzverstellung
LIN
Luftzusatzheizung
Sens. Innenraumüberwachung
R78
TV-Tuner
Zündanlass
Schalter
J400
LIN
J519
J364
Zusatzheizung
D
J527
J412
Handy
Bedienelektronik
Lenkwinkelgeber
Bedienungseinheit
im Lenkrad
J285
CAN-Kombi
LIN
Airbag
J334
Lenksäulenelektronik
CAN-Diagnose
G273
Zentralsteuergerät für
Komfortsystem
H8
Signalhorn
f. Diebst.warnanlage
J393
J388
Steuergerät
Tür hinten links
Steuergerät Tür
hinten rechts
G384
Geber für
Fahrzeugneigung
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Diagnose an vernetzten Systemen
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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 Steuergerätes 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.
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Teilsystem Fensterheberansteuerung (CAN-Komfort)
Überprüfung der Funktion eines einzelnen Steuergerätes
Ist die Funktion eines einzelnen Steuergerätes 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
Steuergerät die fehlenden Kommunikationspartner bemerkt und in den Zustand „Busruhe“ übergeht.
Prüfschaltung
Bildschirmanzeige bei sendendem Steuergerät
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.
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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.
Zentralsteuergerät
für Komfortsystem
Steuergerät
Beifahrertür
Steuergerät
Tür hinten rechts
Steuergerät
Fahrertür
Steuergerät
Tür hinten links
10.1 Fensterheberansteuerung über Datenbus
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 Steuergerät
der Fahrertür.
Dieses bereitet das Signal auf und stellt es als Botschaft auf den Bus.
Alle Steuergeräte am Bus lesen die Botschaft ein. Genutzt wird sie aber nur vom Steuergerät 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.
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Signalerzeugung auf den Datenleitungen des CAN-Komfort
Bedieneinheit
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Fortsetzung
Funktion der Spannungskodierung
Die Fensterheberschalter in der Bedieneinheit der Fahrertür sind mit je einer Leitung am Steuergerät 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 Steuergerät und den vier unterschiedlichen Widerständen im Fensterheberschalter besteht. Die Größe des Spannungswertes am Signaleingang des Mikrocontrollers im Steuergerät wird durch den geschalteten Widerstandswert bestimmt.
Berechnung
Spannungsteilerschaltungen
Uges
USignal
=
Rges
RSchalter
USignal =
Uges · RSchalter
Rges
5 V · 100 Ohm
= 0,45 V
1 100 Ohm
a)
USignal =
b)
USignal =
c)
USignal =
5 V · 270 Ohm
= 1,06 V
1 270 Ohm
d)
USignal =
5 V · 820 Ohm
= 2,25 V
1 820 Ohm
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5 V · 0 Ohm
1 000 Ohm
=0V
Signalerzeugung auf den Datenleitungen des CAN-Komfort
Aufbau und Arbeitsweise eines Busteilnehmers
Überwiegend besitzen CAN-Ankopplungen den gezeigten dreistufigen Aufbau.
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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
Blockschaltbild
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.
Prinzipbild
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 Steuergerätes bzw. der Anwendung bereit. Ist die Empfangsfilterung ausgeschaltet, wird jede empfangene Botschaft ausgewertet.
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 CANController 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.
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Fehleroszillogramme und Fehlermeldungen CAN-Komfort
Messpunkt auf der Seite des Knotenpunktes
Steuergerät Beifahrertür
Zentralsteuergerät
Komfort
e
Steuergerät Fahrertür
b
CAN_H
a
CAN_L
Steuergerät
Tür hinten links
d
c
Steuergerät
Tür hinten rechts
Kanal A
Kanal B
Diagnose-Gateway
CAN_L nicht unterbrochen
Oszillogramm mit fehlenden Botschaften
Messpunkt auf der Seite des Steuergerätes
Erfolgt die Messung in der Nähe des Steuergerätes, sind auf der unterbrochenen Leitung ebenfalls einzelne
ACK-Bits zu erkennen. Diese entstehen, weil das Steuergerät auf der intakten Leitung Botschaften empfängt
und deren korrekten Empfang im ACK-Slot bestätigt. Da auf der unterbrochenen Leitung die Botschaften der
sendenden Steuergeräte 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 Steuergeräten ankommen, als vom Steuergerät in der Beifahrertür gesendet werden.
Steuergerät Beifahrertür
Zentralsteuergerät
Komfort
e
Steuergerät Fahrertür
b
CAN_H
a
CAN_L
Steuergerät
Tür hinten links
c
d
Steuergerät
Tür hinten rechts
Kanal A
Diagnose-Gateway
82
Kanal B
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16
Reparatur der Datenleitungen
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 Steuergeräten zur Fehlersuche nicht geöffnet werden.
Unterbrechungen sind deshalb mindestens 100
Millimeter davon entfernt auszuführen.
Knotenstelle oder
Knotenpunkt
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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 Steuergerät 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 Steuergerät 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 Ver96
LIN-Datenbus
ABS mit
EDS
Regen- und
Lichterkennungssensor
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Steuergerät für
Wischermotor
Kontaktschalter
an der
Motorhaube
LIN-Datenbus
ZündanlassSchalter
ScheibenwischerSchalter
DiagnoseInterface für
Datenbus
(Gateway)
Steuergerät für Bordnetz
Steuergerät für
Lenksäulenelektronik
CAN-Datenbus
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.
17.1.1 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.
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Sicherheitssystem mit Lichtwellenleiter
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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.
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