Vorteile serieller Bussysteme im Automobil

Durch die Anwendung der seriellen Bussysteme innerhalb des Automobils wurden neue Türen für die Verwendung und Weiterentwicklung von Funktionen aufgestoßen. Durch die vorher verwendete umfangreiche Verkabelung aller einzelnen Steuerelemente konnte die Datenübertragung nur beschränkt ausgeführt werden. Dies hatte zur Folge, dass bestimmte Funktionen innerhalb des Automobils nicht verbaut und so dem Kunden anspruchsvolle Wünsche zum Teil nicht erfüllt werden konnten. Durch die Integration des seriellen Busses steht der Lösung von diesem Problem nun nichts mehr im Wege. Aufgrund der Zusammenfassung der Datenübertragung auf einen Kommunikationskanal können Material und Kosten für die Verkabelung gespart werden. Des Weiteren wird nicht mehr so viel Platz benötigt und eine Gewichtsreduzierung tritt zudem auch noch auf.

Die Verwendung eines einzigen Kommunikationskanals

Durch das Zusammenfassen aller einzelnen Kanäle auf nur einen Kanal, kann jede technische Komponente problemlos mit jeder weiteren Komponente kommunizieren. Über serielle Schnittstellen sind alle elektronischen Steuergeräte an den Bus angeschlossen, sodass ein Systemverbund entsteht, wodurch eine einfache und vor allem erweiterte Kommunikation gewährleistet werden kann. Außerdem wird neben den bereits genannten Vorteilen bei der Verkabelung auch die Störanfälligkeit des Systems reduziert, da durch den Bus eine geringere Anzahl an Steckverbindungen notwendig ist. Dies tritt dadurch auf, dass nicht mehr jedes Element mit jedem einzeln verbunden werden muss. Stattdessen kann die Kommunikation einfach über einen Kanal erfolgen. Durch ein gezieltes Ansprechen des Empfängerknotens durch den Sender können Daten unter Beachtung der Kommunikationsprotokolle und bestimmter Spezifikationen zuverlässig und innerhalb eines gewissen Zeitfensters über den Bus übertragen werden.

Gewährleistung der Datensicherheit

Bei der Übertragung der Daten vom Sender zum Empfänger wird gewährleistet, dass die Daten sicher und möglichst fehlerfrei übertragen werden. Es wird zwar bereits bei der Herstellung des Automobils versucht, eine optimale physikalische Systemauslegung zu erzeugen, um Störungen zum Beispiel durch erzeugte Felder zwischen den Komponenten zu vermeiden. Dennoch kann diese Anfälligkeit lediglich minimiert und nicht komplett vermieden werden.

Aus diesem Grund wird auch innerhalb der Datenübertragung vom Sender und Empfänger eine Fehlererkennung durchgeführt, um anschließend gefundene Fehler durch bestimmte Verfahren korrigieren zu können. Die am häufigsten genutzte Methode ist dabei das Prüfsummenverfahren.

Die Echtzeit-Fähigkeit des Systems

Ein weiterer Vorteil des seriellen Busses ist, dass die Übertragung sämtlicher auszutauschender Daten zwischen den unterschiedlichen Busknoten innerhalb eines festgelegten Zeitfensters garantiert wird. Die Echtzeit-Fähigkeit wird vor allem durch die Anzahl und Größe der Botschaften, die zur Verfügung stehende Bandbreite, sowie durch die Art des Buszugriffes beeinflusst. Bei dem Zugriff wird zwischen dem kontrollierten und dem zufälligen Buszugriff unterschieden.

Der kontrollierte Buszugriff

Bei diesem Zugriff wird das Zugriffsrecht bereits vor dem Zugriff auf den Bus festgelegt. Somit wird ein deterministischer Botschaftsverkehr als Voraussetzung geboten. Das heißt, dass der gesamte Kommunikationsablauf planmäßig abläuft und nicht beeinflussbar ist. Dies hat den Nachteil, dass der Bus ein schlechtes dynamisches Verhalten aufweist.

Der zufällige Buszugriff

Im Gegensatz zum kontrollierten Buszugriff ist der Zugriff bei dieser Methode nicht bereits vorherbestimmt. Vielmehr hat beim zufälligen Buszugriff jeder Knoten zu jeder Zeit das Recht, auf den Bus zuzugreifen. Dadurch kann ein dynamisches Verhalten der Datenübertragung realisiert werden. Das Problem dabei ist jedoch, dass somit eine erhöhte Gefahr von Kollisionen besteht. Aus diesem Grund wird das Bussystem durch sendewillige Knoten überwacht, um so die Kollisionen zu reduzieren.

Transparenz durch herstellerübergreifende Bustechnologien

Ein weiterer wichtiger Vorteil von seriellen Bussystemen im Automobil ist die Erschaffung von Standards zwischen verschiedenen Systemen. Durch einen verschärften Wettbewerb zwischen verschiedenen Automobilkonzernen und den ständig wachsenden Anforderungen an neue Funktionen werden die Anzahl und die Komplexität in den Autos verbauter elektronischer Komponenten immer größer. Um dieses Konstrukt dennoch beherrschen zu können, werden auf den Ebenen des Systems, der Funktionen und Kommunikation bestimmte herstellerübergreifende Standards eingeführt. So wurden zum Beispiel die seriellen Bussysteme CAN, LIN, MOST und FlexRay eingeführt, wodurch mehr Transparenz auf der Ebene der Kommunikation erzeugt wird.

CAN, LIN, MOST und FlexRay

CAN wurde bereits Anfang der 1980er entwickelt und 1994 durch die ISO international standardisiert. Die Abkürzung steht für Controller Area Network und wird hauptsächlich in den Bereichen Antrieb, Fahrwerk und Komfort verwendet. LIN steht für Local Interconnect Network und dient zur einfachen und kostengünstigen Datenübertragung. MOST wird für die Übertragung von Video- und Audiosignalen eingesetzt und FlexRay ermöglicht anspruchsvolle Kommunikation in sicherheitskritischen verteilten Anwendungen.

Vor allem die Standards CAN, LIN und MOST haben sich über die Jahre hinweg bereits in der Automobilindustrie etabliert und finden rege Verwendung. Im Gegensatz dazu muss FlexRay erst noch eine häufige Anwendung finden.

Der Vorteil der Standards

Durch die Entwicklung herstellerübergreifender Standards kann nun jeder Automobilhersteller stets auf diese zugreifen und muss nicht für jede Fahrzeugreihe bereits vorhandene Funktionen neu entwickeln. Aufgrund der ständigen Zunahme der Elektronik innerhalb der Automobile können somit Kosten gespart werden. Des Weiteren kann eine Modularisierung stattfinden.