Vergleich von Auto-Adressierungsschemata für den Autozugang

Autozugangssysteme, die Bluetooth Low Energy verwenden, haben typischerweise ein Zentralmodul und mehrere Satellitenmodule/Knoten, die entweder über einen CAN-Bus (Controller Area Network) oder LIN-Busse (Local Interconnect Network) kommunizieren. Die Satellitenmodule sind physisch um das Auto herum verteilt, um die Bluetooth-Kommunikationsreichweite zu verbessern.

Systementwickler möchten die Herstellbarkeit von Satellitenmodulen verbessern, indem sie eine Leiterplatte mit identischer Software entwerfen, sodass die Installation im Auto unabhängig von der Position des Bluetooth-Knotens ist. Da jedoch die Hardware und Software jedes Satellitenknotens zum Zeitpunkt der Installation identisch ist, ist ein Schema erforderlich, damit das Zentralmodul jedem Satellitenknoten eine eindeutige CAN- oder LIN-Adresse zuweisen kann, nachdem die Module im Fahrzeug installiert wurden.

Eine Möglichkeit besteht darin, ein dediziertes LIN-Daisy-Chain-Netzwerk zu verwenden, um CAN-IDs während der Herstellung an die Module weiterzugeben. In diesem Szenario verwendet das Zentralmodul die LIN-Schnittstelle zur Adressierung jedes Satellitenmoduls, die LIN-Schnittstelle wird jedoch ein Fahrzeugleben lang nicht mehr verwendet. Eine andere Option ersetzt den dedizierten LIN-Bus durch eine diskrete Implementierung, die die Stücklistenkosten (BOM) reduziert. Um die Systemkosten weiter zu senken, nutzt eine echte drahtlose Option, die nur Bluetooth verwendet, und keine zusätzliche Hardware, die bereits auf den Knoten vorhandene Bluetooth-Infrastruktur um, um die Module zu adressieren.

Letztendlich reduziert die drahtlose Methode die Stückliste, die Systemverkabelung und die Kosten für die Bevorratung, Verwaltung und Montage der jetzt unnötigen Komponenten. Dieser Artikel bietet einen Überblick über kabelgebundene automatische Adressierungsmethoden, bevor wir uns eingehender mit der kabellosen Methode befassen.

Autozugangssysteme für Kraftfahrzeuge tendieren dazu, Bluetooth Low Energy für Telefon-als-Schlüssel- oder andere digitale Schlüsselfunktionen zu verwenden. Diese Systeme funktionieren ähnlich wie Passiv-Entry-Passiv-Start-Systeme, bieten jedoch die Möglichkeit, das Smartphone des Fahrers als Schlüssel zu verwenden, und ersetzen so herkömmliche Schlüsselanhänger. Phone-as-a-Key-kompatible Fahrzeuge implementieren ein Zentralmodul oder Smart-Key-Modul und mehrere Satellitenmodule, die jeweils ein Bluetooth-Signal von einem Smartphone oder Schlüsselanhänger empfangen können. Ein typisches System kann neben dem Zentralmodul (Abbildung 1) zwischen sechs und zwölf Satellitenmodule haben.

Abbildung 1. Dieses Diagramm zeigt, wo Bluetooth-Satellitenmodule im Auto verteilt werden könnten.

Verbraucher benötigen das Telefon-als-Schlüssel-System, um feststellen zu können, wann sich das Telefon oder der Schlüsselanhänger im Entriegelungsbereich des Fahrzeugs befindet. Um die Position des Smartphones oder Schlüsselanhängers zu ungefähren, trianguliert das System die von verschiedenen Satellitenmodulen empfangenen Signale, die im gesamten Fahrzeug an Orten wie der Beifahrertür, dem Schweller, dem Kofferraum oder den Stoßfängern verteilt werden.

Das Zentralmodul des Fahrzeugs kommuniziert mit den Satellitenmodulen über eine Kommunikationsschnittstelle wie CAN-Bus oder LIN-Bus. Das Zentralmodul verwendet die von jedem Satellitenmodul empfangenen Daten, um den Standort des Smartphones oder Schlüsselanhängers zu triangulieren und entscheidet dann, ob der Zugang zum Auto gewährt wird. Abbildung 2 zeigt, wie ein CAN-Bus als Hauptkommunikationsnetzwerk zwischen den Zentral- und Satellitenmodulen verwendet werden kann.

Abbildung 2. Ein CAN-Bus kann als Hauptkommunikationsnetzwerk zwischen den Zentral- und Satellitenmodulen in einem Bluetooth-Autozugangssystemnetzwerk angenommen werden.

Anhand der CAN-Bus-Adresse der Satellitenmodule kann das Zentralmodul feststellen, von welchem ​​Satellitenmodul es Daten empfängt. Das Zentralmodul ordnet die eindeutige CAN-ID oder Adresse dem Standort jedes spezifischen Satellitenmoduls zu, der durch das Gesamtsystemdesign bestimmt wird. Anstatt für jedes Satellitenmodul eine eigene Leiterplatte zu haben, bei der die Busadresse fest verdrahtet oder festcodiert ist, wäre es vorteilhaft, ein einzelnes PCB-Design zu haben, auf dem eine einzige Firmware-Version für alle Satellitenmodule ausgeführt wird. Dies vermeidet die zusätzlichen Kosten- und Logistikprobleme, die mit der Herstellung und dem Bestandsmanagement von sechs, acht oder mehr nahezu identischen Einheiten verbunden sind. Ein einziges Design vereinfacht auch die Herstellung, indem es die Installation desselben Satellitenmoduls überall im Fahrzeug ermöglicht.

Da die Hardware und Software der Satellitenknoten alle identisch und zum Zeitpunkt der Installation nicht adressiert sind, ist ein Schema erforderlich, das es dem Zentralmodul ermöglicht, jedem Satellitenmodul nach der Installation im Auto eine eindeutige CAN-ID oder Adresse zuzuweisen.

Verdrahtete automatische Adressierung:LIN-Daisy-Chain-Methode

Die Zuweisung von CAN-Bus-Adressen an Satellitenmodule in Automobilen erfolgt derzeit über ein separates Kommunikationsnetzwerk (zB LIN) mit verketteten Satelliten auf dem Bus (Abbildung 3). Das Zentralmodul sendet über den LIN-Bus eine CAN-Bus-Netzwerkadresse an den ersten Satellitenknoten. Nach Abschluss sendet der erste Satellitenknoten die nächste vom Zentralmodul empfangene Adresse über den LIN-Bus an den zweiten Satelliten. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis alle Satelliten ihre eindeutigen CAN-Adressen erhalten haben.

Abbildung 3. Diese Architektur mit automatischer Adressierung verwendet eine LIN-Daisy-Chain zum Senden der eindeutigen CAN-IDs an die Satelliten.

Dieses Schema erfordert zwei LIN Physical Layers (PHYs) pro Modul, eine zum Empfangen von Daten und eine andere zum Senden von Daten. Die LIN-PHYs werden nur während des automatischen Adressierungsvorgangs verwendet. Sobald die Satelliten programmiert sind, erfolgt die gesamte Standard-Datenkommunikation über den CAN-Bus des Autozugangs. Ein typisches Auto kann sechs bis 12 Satellitenmodule haben, was bedeutet, dass es zwischen 14 und 26 LIN-PHYs benötigt, um den einmaligen automatischen Adressierungsvorgang zu unterstützen, was die PCB-BOM des Fahrzeugs, die Systemkosten und die Komplexität erheblich erhöht.

Auto-Adressierung per Kabel:Single-Wire-Methode

Texas Instruments hat eine alternative Methode entwickelt, um die Stücklistenkosten jedes Moduls zu senken, indem die dedizierten LIN-PHYs mit automatischer Adressierung durch einen MOSFET und einige Widerstände ersetzt werden. Der Hauptunterschied in der automatischen Adressierungssoftware dieses Schemas besteht darin, dass alle Satellitenmodule für das Bluetooth-Chipsystem (SoC) so programmiert sind, dass sie den CAN-Bus ignorieren, bis ein Wecksignal auf der P_IN-Leitung empfangen wird. Abbildung 4 zeigt das Blockschaltbild.

Klicken für größeres Bild
Abbildung 4. Die Einzeldraht-Autoadressierungsmethode ersetzt die LIN-PHYs durch einen MOSFET und einige Widerstände.

Das Zentralmodul leitet den Autoadressierungsprozess ein, indem es über den Feldeffekttransistor Q1 ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM) auf der Leitung P_IN1 sendet. Über einen Spannungsteiler empfängt das erste Satellitenmodul das Wecksignal P_IN1 auf Batteriestand, das der Bluetooth-MCU signalisiert, auf den CAN-Bus zu „hören“. Parallel dazu beginnt das Zentralmodul ständig die CAN-ID des ersten Satellitenmoduls auf dem CAN-Bus zu übertragen. Sobald das erste Satellitenmodul die CAN-ID-Nachricht empfängt, sendet es eine Bestätigungsnachricht an das Zentralmodul zurück, um den ordnungsgemäßen Empfang der Adresse zu bestätigen. Nach dem Senden der Bestätigungsnachricht sendet das erste Satellitenmodul das PWM-Wecksignal an das zweite Satellitenmodul und signalisiert diesem Modul, mit dem Abhören des CAN-Busses zu beginnen und seine neue CAN-ID zu empfangen. Nachdem das Zentralmodul die Bestätigungsnachricht vom ersten Satellitenmodul empfangen hat, sendet der CAN-Bus ständig die CAN-ID-Nachricht des zweiten Satellitenmoduls, bis er eine Bestätigungsnachricht vom zweiten Satellitenmodul empfängt.

Zusammengefasst weckt jedes Satellitenmodul nacheinander das nächste, um die CAN-ID vom CAN-Bus zu empfangen. Das Zentralmodul inkrementiert die nächste gesendete CAN-ID, nachdem es eine Bestätigungsnachricht vom adressierten Satellitenmodul empfangen hat, bis alle Module adressiert sind*.

Obwohl es sich um eine Verbesserung handelt, erfordert diese Implementierung immer noch eine Verkabelung zwischen dem Zentralmodul und jedem der Satellitenmodule, wie in Abbildung 5 gezeigt.

Abbildung 5. Die Eindraht-Auto-Adressierungsarchitektur erfordert immer noch eine Verdrahtung zwischen den Zentral- und Satellitenmodulen.

Drahtlose automatische Adressierung/Kabelaustausch

Texas Instruments hat auch eine automatische Adressierungsmethode entwickelt, die Bluetooth-Lokalisierungstechniken verwendet. Diese Techniken ermöglichen es, den Bluetooth-Satellitenmodulen während der Herstellung und nach dem Austausch eines Moduls eine CAN-Adresse vom Zentralmodul zuzuweisen. Der Moduladressierungsprozess beginnt mit dem Modul, das dem Zentralmodul am nächsten ist, und wird in der Reihenfolge vom nächsten bis zum weitesten Abstand fortgesetzt, bis das am weitesten entfernte Modul adressiert wird. Der tatsächliche Standort ist nicht erforderlich, da die Platzierung der Module, die Messtechnik und die Modulumgebung die gemessene Distanz bestimmen. Distance dn repräsentiert die gemessene Entfernung (aus der Anzeige der Bluetooth-Empfangssignalstärke [RSSI]), idealerweise:

d1