Teilnetzbetrieb

Weniger Stromverbrauch dank Teilnetzbetrieb

Oftmals gibt es in Netzwerken Knoten, die grundlegend nicht benötigt werden. Diese sind dennoch aktiv, weil andere Knotenpunkte innerhalb desselben Systems aktiv sein müssen. Durch diese Situation kommt es oft zur Verschwendung von elektrischer Energie, weswegen mittlerweile verschiedene hochrangige Automobilhersteller das Projekt verfolgen, den sogenannten Teilnetzbetrieb bei jedem Fahrzeug einzubauen, um die Einsparung von kleinen Energiemengen zu bewerkstelligen. Als Teilnetzbetrieb wird hierbei zunächst einmal ein Zustand bezeichnet, bei welchem der eine Teil eines kommunikationsfähigen Netzwerkes aktiv ist, während der andere Bereich inaktiv ist. Somit bietet diese Technologie grundlegend den nötigen Baustein, um die Anforderungen der Automobilbranche an das Netzwerk eines Fahrzeuges und an dessen Teilnehmer zu erfüllen.

Varianten vom CAN-Teilnetzbetrieb

Der Teilnetzbetrieb wird vorrangig in Netzwerken verwendet, die einen CAN verwenden. Dies steht für „ Controller Area Network“ und bezeichnet einen standardisierten Feldbus, der eine serielle Datenübertragung ermöglicht, bei welcher die Informationen in Echtzeit aufgenommen werden. Die ursprüngliche Bestimmung dieses Feldbusses liegt in den Kfz-Anwendungen, auch wenn sich der Einsatzort im Laufe der Zeit auch auf die Automatisierungstechnik ausgedehnt hat. Grundlegend erfolgt die Unterteilung vom CAN-Netzwerk in

  • High-Speed CAN und
  • Single-Wire CAN.

Bei der ersten Variante werden die Netzwerkknoten durch die Kommunikation eines einzelnen Knotens aktiviert. Um dies zu beheben, können die Netzwerkknoten individuell abgetrennt werden, wodurch sie in einen inaktiven Zustand zurückfallen. Nachteilig hieran ist das Wegfallen der Möglichkeit, Wecknachrichten zu reaktivieren.

Der Single-Wire CAN schafft die erneute Aktivierung der schlafenden Netzwerkknoten jedoch, indem er Nachrichten versendet, die einen höheren Spannungspegel haben als dies normalerweise üblich ist.

Spezifischere Unterteilung

Die Varianten vom CAN-Teilnetzbetrieb lassen sich auch noch spezifischer unterteilen, in

  • den Bus-Teilnetzbetrieb und
  • den Knoten-Teilnetzbetrieb.

Bei der busgesteuerten Version werden sämtliche Vernetzungsbusse ausgeschalten und der Steuerung dient das Gateway, für welches jedoch keinerlei neue Technologie herangezogen werden muss. Bei der knotengesteuerten Option werden nur einzelne Bus-Knoten der aktiven Busse deaktiviert. Dies kann durch Klemmen, zusätzliche Weckleitungen oder das Wecken durch neue Transceiver geschehen. Gerade der knotenabhängige Betrieb bringt die Vorteile einer höheren Flexibilität, wenn die Transceiver flächendeckend zum Einsatz kommen. Zudem steigt auch die Komplexität.

Der Gewinn durch die Deaktivierung von Knoten

Die bisherige Situation bei Fahrzeugen und ihrem Netzwerkaufbau sah dahingehend vor, dass alle ECUs dauerhaft im Einsatz waren und somit auch alle Steuergeräte mit Strom versorgt werden mussten. Dabei fallen gerade Funktionen, die die Verstellung des Sitzes, des Schiebedaches oder die Betätigung des Fensterhebers beinhalten, negativ auf, da hier durchweg elektrische Energie aufgebracht werden musste, ohne dass eine permanente Nutzung vorhanden wäre. Durch den CAN-Teilnetzbetrieb aber änderte und ändert sich noch heute die Netzwerkarchitektur dahingehend, dass nur die ECUs aktiviert werden, die in der individuellen Situation auch gebraucht werden. Die restlichen ECUs liegen hierbei im Stromsparmodus, damit kleine Energiemengen eingespart werden können.

Die Anforderungen an den Teilnetzbetrieb

Die namhaften Hersteller von Automobilen haben es sich zum Ziel gemacht das CAN-Netzwerk innerhalb einer ISO-Norm zu standardisieren und somit aus dem Teilnetzbetrieb eine Schlüsseltechnologie zu machen, die dabei helfen soll für eine optimierte Energieeffizienz zu sorgen. Aus diesem Grunde, werden bei dieser Technologie hohe Anforderungen gestellt, die es zu bewältigen gibt. So soll

  • ein selektives Wecken von Knoten und deren Einschlafen an den CAN-Bussen laut der ISO-Norm 11898 geschehen und
  • die Teilnetze müssen unabhängige und Funktions-Netze sein, die zudem konzeptionell busübergreifend sind.

Des Weiteren sollen auch

  • Netzmanagementbotschaften genutzt werden, wenn es um das Anfordern und Freigeben von Daten geht, damit keine zusätzliche Buslast entsteht; und
  • eine Kompatibilität zur Steuerung Diagnose geschaffen werden.

Letztlich muss der Teilnetzbetrieb auch noch dazu befähigt sein, Signalaussetzer, die nicht plausibel erklärbar sind, innerhalb der Empfängerknoten des CAN zu unterdrücken, sodass das System nicht nachhaltig beeinträchtigt wird.

Der Aspekt der längeren Lebensdauer

Das sich bereits seit einigen Jahren die großen Firmen der Automobilbranche mit der Nutzung eines CAN-Netzwerks, bei welchem einzelne Knoten deaktiviert werden, befasse, kommt nicht von ungefähr. So wird sich hier ein Potenzial zur Einsparung von elektrischer Energie versprochen, indem die Komponenten eines Systems nur dann aktiv sind, wenn sie es auch tatsächlich sein müssen. Wesentlich reizvoller scheint jedoch der Aspekt der längeren Lebensdauer von Steuergeräten. Denn dadurch, dass nur noch eine sinngemäße Nutzung der Teilnehmer eines Netzwerks erreicht werden soll, reduziert sich auch der unnötige Verschleiß. So wird das ganze Fahrzeug, durch die intelligenten Weckkonzepte, an sich zu einer wesentlich effizienter arbeitenden Einheit, deren Bestandteile längeren Nutzen durch weniger unnötigen Nutzen haben. Auch die Reichweite von Elektroautos kann durch die Einsparung von Strom ausgedehnt werden. Zudem wird durch die Einsparung von elektrischer Energie auch die Ausscheidung von CO2-Emissionen positiv begünstigt und der Kraftstoffverbrauch kann gesenkt werden.