Bussysteme in der Automobilindustrie

Der Industriezweig der Automobile ist wohl schlichtweg die Branche, bei welcher innerhalb der vergangenen Jahrzehnte am meisten nach einer Industriellen Kommunikation gestrebt wurde. Denn gerade bei Fahrzeugen ist es unerlässlich, dass die Produktion gesteigert werden kann, wenn gleichzeitig der Aufwand und die Kosten gemindert werden sollen. Doch besonders der Aspekt der Sicherheit spielt eine wesentliche Rolle bei der Verwendung von neuen Technologien. Denn durch die Kommunikation zwischen den Teilnehmern eines Netzwerks können Fehlerquellen schnell gefunden und behoben werden, sodass sich das Fahrzeug im Grunde selbst diagnostizieren kann, was den positiven Effekt des wesentlich sicheren Fahrens mit sich bringt.

Die Verwendung von Bussystemen

Die Automobilbranche macht sich bei der Realisierung der netzinternen Kommunikation das Bussystem zu Nutze. Dies dient der digitalen Datenübertragung und steht für „Binary Unit System“. Im Laufe der Jahre haben zahlreiche Entwickler ihre Bussysteme auf den Markt gebracht, was zur Folge hatte, dass viele Geräte unterschiedliche Technologien brauchten und oftmals keine Kompatibilität vorlag. Da durch diese fehlende einfache Verknüpfung jedoch der Aspekt der Kostensenkung nicht erzielt werden kann, wurden Standards entwickelt. Hierbei handelt es sich um Technologien, bei denen die einzelnen Bestandteile mehrere Bussysteme miteinander versucht werden zu verbinden, damit ein international anerkanntes System zur Datenübertragung erreicht wird und es bestenfalls keine Abhängigkeit mehr von Herstellern und Geräten gibt.

Die wichtigsten Bussysteme der Automobilbranche

Die Informationstechnik, die sich in ihrer Wirkung an den Anforderungen an die Technologie von Kraftfahrzeugen orientiert, hat mehrere effiziente Bussysteme hervorgebracht, deren Nutzen und Effizienz als anerkannt gilt und auf denen zahlreiche neue Entwicklungen gestützt sind. Zu den wesentlichsten Standards zählen

  • CAN-Protokoll
  • LIN-Spezifikation
  • FlexRay
  • MOST

Diese vier Systeme gelten weithin als die wichtigsten Bussysteme, die sich bei Fahrzeugen verwenden lassen.

Das CAN-Protokoll

CAN steht für „Controller Area Network“ und stellt ein Bussystem dar, welches von der Firma Bosch entwickelt wurde und bei Personen-, sowie Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommt. Dieses Protokoll arbeitet nachrichtenorientiert, da die einzelnen Botschaften jeweils einen eigenen Identifier besitzen, der sie für die anderen Teilnehmer im Netzwerk klar einzuordnen macht. Desweiteren wird bei dieser Form der Datenübertragung die Relevanz der Botschaften, die gesendet werden, durch einen Netzknoten geprüft, welcher darüber entscheidet, ob eine Nachricht übernommen wird. Die Topologie des CAN-Protokolls, bei welcher es sich entweder um die Linienstruktur oder die Busanordnung handelt, weist keinen ausgezeichneten Knoten vor, sodass es sich hierbei um ein Multi-Master-System handelt.

Die LIN-Spezifikation

LIN steht für das „Local Interconnect Network“, also ein lokales Netzwerk, bei dem ein Bus die Komponenten mit einer geringen Datenrate verbindet, sodass eine Kostensenkung erzielt werden kann. Im Gegensatz zu einem System, bei welchem jeder Netzwerkknoten die gleiche Rangstellung einnimmt, gibt es bei der LIN-Spezifikation nur einen Master, dafür aber mehrere Slaves, zumal der Master auch einen Slave-Task besitzt, damit er nicht nur Botschaften senden, sondern auch empfangen kann. Die Übertragung der Botschaften erfolgt hier also in Form von Tasks, die stellvertretend für die einzelnen Bestandteile einer Nachricht stehen. Solch eine Botschaft besitzt am Anfang stets einen sogenannten Header, durch dessen Versendung die Kommunikation initialisiert wird. Auch das „Local Interconnect Network“ ist in nachrichtenorientiertes Protokoll, sodass es bei der Durchführung von Kommunikationen im Broadcast-und Multicastsegment eingesetzt werden kann.

Das FlexRay-Konsortium

Bei dieser Spezifikation handelt es sich um die Entwicklung des gleichnamigen Konsortiums, das es sich zur Aufgabe gemacht hat, ein Kommunikationssystem zu entwerfen, das deterministisch abläuft und fehlertolerant innerhalb der Topologie ist. Die FlexRay-Technologie ist mittlerweile in der Version 2.0 erhältlich und besteht hier aus drei Bestandteilen

  • Protokoll-Spezifikation
  • Spezifikation der physikalischen Schicht
  • Spezifikation des „Bus Guardian“ – dieser dient der Erkennung der Kommunikations-und Synchronisationsfehlern und der Aufstellung notwendiger Gegenmaßnahmen

Besonders in den neusten Modellen der namhaften Automobilhersteller werden frühere Bussysteme immer häufiger durch FleyRay ersetzt, da es mehrere Verbesserungen vorweisen kann. So ist hier neben der herkömmlichen Sterntopologie auch die Anordnung der Teilnehmer in einer Linien-oder Busstruktur möglich. Zudem können die Nachrichten redundant übermittelt werden, da es neben der Einkanal-Ausführung auch eine Zweikanal-Variante des Systems gibt.

Die MOST-Datenübertragung

Diese Spezifikation beschreibt ein Transportsystem, welches sich an den Medien orientiert, da das Ziel der Organisation ist, ein Bussystem einzuführen, durch welches in einem Fahrzeug Multimediadateien übertragen werden können. Zudem erfolgt dies in Echtzeit. Das verwendete Protokoll bezieht sich dabei in jeder Schicht auf das OSI/ISO-Referenzmodell. Typischerweise wird hier die Ring-Topologie verwendet, wobei ein Knoten als Timing-Master fungiert, der die Zeitdaten an die bis zu 63 weiteren Knoten bereitstellt. Allerdings kann auch die Sternstruktur oder die Punkt-zu-Punkt-Anordnung zum Tragen kommen. Die Kommunikation mittels der MOST-Spezifikation erfolgt über Blöcke, die aus sechszehn Frames bestehen, die wiederum jeweils drei Kanäle umfassen.