Inetgrierte Informations- und Energieübertragung zur Realisierung zeitgesteuerter Bussysteme auf konditionierten Kfz-Bordnetzen

Nach zögerlichem Beginn hat in den letzten Jahren der Elektrifizierungsgrad in modernen Kraftfahrzeugen vehement zugenommen. Ferner ist für die Zukunft bereits absehbar, dass der Umfang an Elektronik nochmals deutlich zunehmen wird. Ein steigender Elektronikeinsatz verspricht einen höheren Grad an Fahrkomfort und Fahrsicherheit, was jedoch auch zu einem erhöhten Datenaufkommen im Kraftfahrzeug führen wird. Die zunehmenden Entwicklungen aktiver Fahrerassistenzsysteme zur Erhöhung der Fahrsicherheit, insbesondere die so genannten X-by-Wire-Systeme, erfordern ein wachsendes Funktionspotenzial für zukünftige Systeme. Von besonderem Interesse sind dabei die zeitgesteuerten Bussysteme. Da solche Systeme unter keinen Umständen ausfallen dürfen, muss die Energieversorgung zwingend redundant ausgelegt sein. Es liegt daher sehr nahe, diese Redundanz ebenfalls zur Informationsübertragung zu nutzen. Aus dem Haus- und Zugangsbereich der konventionellen elektrischen Energieversorgung ist diese Vorgehensweise unter dem Namen Power Line Communications (PLC) bekannt. Im Falle des Kraftfahrzeugs kann der Kabelbaum für zukünftige Kraftfahrzeuge neu konzipiert werden, wodurch ein entscheidender Freiheitsgrad gegenüber konventioneller PLC bei der Nutzung der bestehenden Infrastruktur von Stromversorgungsnetzen entsteht. Für die auf den Versorgungsleitungen integrierte Datenübertragung wird in dieser Arbeit eine Bitübertragungsschicht entwickelt, die in Gegenüberstellung zu dem heutigen Standard eines zeitgesteuerten Bussystems alle absehbaren Anforderungen erfüllt. Neben der Einführung eines für eine hochfrequente Datenübertragung angepassten Bordnetzes, wird die Störumgebung des Kfz eingehend analysiert und diverse Modelle zur Nachbildung in einer Simulationsumgebung aufgestellt. Es erfolgt ein Entwurf der Systemkomponenten in Form von Transceivern und aktiven Sternpunkten, die eine erste Bitübertragungsschicht auf den Versorgungsleitungen in Kombination mit dem vorgestellten neuartigen Kabelbaum darstellen. Es wird gezeigt, dass durch den Einsatz von Kanalcodierungsverfahren die Qualität der echtzeitfähigen Kommunikation weiter gesteigert werden kann. Aufgrund der hohen Qualität eines konditionierten Kanals ist es nunmehr sogar möglich, mittels einfacher Methoden CDMA-Verfahren auf den Versorgungsleitungen im Automobil zu implementieren. Gegenüber den Kompromissen bei der Definition eines zeitgesteuerten Protokolls zwischen einer deterministischen Latenzzeit und einer hohen Auslastung des Kanals, wird hierdurch eine Erweiterung getroffen, die alternativ zu zeitgesteuerten Systemen die Vorteile einer ereignisdiskreten Kommunikation umsetzen kann. Zusammenfassend bietet die in dieser Arbeit vorgestellte Bitübertragungsschicht gegenüber dem aktuellen Verbund an Bussystemen im Kfz neue Perspektiven in der Umsetzung innovativer Anwendungen mit hohen Datenraten.