CiA 447

CiA 447 ist ein CANopen-Anwendungsprofil, ein Kommunikationsstandard für Zusatzgräte und Sonderfahrzeuge. Es ist eine Anpassung des CANopen-Protokolls an die Anwendung, die es ermöglicht, Zusatzgeräte von jedem beliebigen Hersteller im Sonderfahrzeug jedes beliebigen Herstellers anschließen zu können, ohne dass zusätzliche Anpassungsaufwand nötig wäre. Mit Sonderfahrzeugen sind Einsatzfahrzeuge wie Polizeifahrzeuge und Rettungswagen, Taxen und behindertengerechte Fahrzeuge gemeint und als Zusatzgeräte kommen solche elektronische Geräte wie Funk, Taximeter, Dachbalken, Drucker, Navigationsgerät, Bedienelemente usw. in Frage.

CiA 447, eine Notwendigkeit?

Es hat sich zu einer Notwendigkeit entwickelt, weil die Sonderfahrzeughersteller und die Hersteller der Zusatzgräte nicht für jedes neues Produkt von Null beginnen wollten. So muss bereits gesammeltes Know-How nicht neu generiert werden, sondern kann für neue Projekte wiederverwendet werden. Dies fängt an bei der Platzierung der Zusatzgräte im Fahrzeug bis Kabelführung, geht über die mechanische und physikalische bis zur logischen Schnittstelle und dahinter arbeitenden logischen Funktionen und Modulen im Zusatzgerät. Dies ist von besonderer Bedeutung, da in diesem Bereich die Stückzahlen gering sind. Verglichen mit den Stückzahlen von Normalfahrzeugen kann vielleicht noch nicht ein Mal mit 1% gerechnet werden. Von den damit verbundenen sinkenden Kosten würde ebenfalls der Endanwender profitieren. Dieser könnte sogar das gebrauchte Zusatzgerät in einem Neufahrzeug benutzen, oder das alte Zusatzgerät könnte mit einem Neuen vom anderen Hersteller ersetzt werden.

Aus der Notwendigkeit heraus hat sich eine Interessengemeinschaft aus verschiedenen Automobilherstellern und einigen Herstellern von Zusatzgeräten unter der Schirmherrschaft der internationalen Hersteller und Anwendervereinigung CAN in Automation (CiA) im Jahre 2006 gegründet. Nach zwei Jahren Arbeit, im März 2008, hat die Interessengemeinschaft die erste Version der Spezifikation, Anwendungsprofil CiA 447, herausgegeben. Diese basierte auf dem Controller Area Network (CAN) und konnte über einen Gateway mit dem Fahrzeugnetzwerk verbunden werden. Die Spezifikation beschreibt die standardisierte Kommunikation zwischen den Zusatzgräten und zwischen dem CiA 447-Netzwerk mit dem In-Vehicle-Network-Gateway (IVN-Gateway). So wird die Verbindung zum Fahrzeugnetzwerk hergestellt, was viele Vorteile mit sich bringt. Zum Anschließen der Zusatzgeräte an das Netzwerk wurden standardisierte Steckverbinder definiert. Die Zusatzgräte können nach dem Plug & Play-Prinzip einfach in das Netz eingebunden werden. Damit können die Zusatzgräte von verschiedenen Herstellern andere ansprechen und in verschiedenen Fahrzeugen ohne zusätzlichen Aufwand für die Anpassung eingebaut und ausgetauscht werden.

Stand auf dem Markt

Der Anwendungsbereich vom CiA 447 ist bis jetzt noch auf drei Klassen der Sonderfahrzeuge beschränkt. Diese sind die Taxen, Einsatzfahrzeuge und behindertengerechte Fahrzeuge. Für die Zusatzgeräte dieser Fahrzeugklassen ist nach CiA 447 eine einheitliche Schnittstelle standardisiert. Dabei sind für viele verwendeten Zusatzgeräte Funktionen definiert. Davon seien zum Beispiel Taxameter, Drucker und Funkgerät für Taxis und Dachbalken und Funkgerät für Einsatzfahrzeuge genannt. Wenn das Fahrzeug ein IVN-Gateway unterstützt,

können die Zusatzgeräte Fahrzeugsysteme und Funktionen nutzen und steuern. Als erster Autohersteller hat die Daimler AG in der Mercedes-Benz E-Klasse optional ein CiA- 447-Netzwerk mit einem IVN-Gateway eingebaut. Als Hersteller der Zusatzgeräte haben schon Hella, Hale und Kienzle bei ihren aktuellen Produkten auf CiA 447 gesetzt. Es sollen auch noch digitale Funkgeräte mit CiA-447-Schnittstelle folgen.

Organisation, der IVN-Gateway

Der Gateway stellt das erste Gerät dar und es können noch weitere 15 Zusatzgeräte angeschlossen werden. Es können zwischen jeden zwei beliebigen Geräten per SDO (Service Data Object) Daten beliebiger Länge in einem bidirektionalen Kanal transferiert werden. Der IVN-Gateway übernimmt die Verbindung zum Fahrzeugeigenen Netzwerk und gleichzeitig die Funktion des Netzwerk Management Masters. Jedes Zusatzgerät bekommt beim Start dynamisch eine Identifizierungsnummer (Node-ID) vom NMT-Master zugewiesen. Somit sorgt diese Funktionalität für die Konsistenz der Teilnehmer im Netzwerk. Der Dienst "Layer Setting Service" (LSS) macht es möglich. "Layer Setting Service" Definition erfolgte im CANopen-Spezifikation CiA 305. Neben der eigentlichen Aufgabe, der Umsetzung der Fahrzeugdaten vom fahrzeugherstellerspezifischen Format in das CiA 447 Format, bietet das IVN-Gateway weitere Dienste wie Firewall-Funktion zur Verhinderung der Störungen im CiA-447-Netzwerk und die Möglichkeit der Diagnostik.

Kommunikationsmittel

Das Anwendungsprofil CiA 447 ist auf dem CANopen-Protokoll aufgebaut, und stellt alle nötigen CAN-IDs für die Kommunikation fest. Dabei handelt es sich um IDs für Service Daten Objekte (SDO) und Prozess Daten Objekte (PDO). Die Service Daten Objekte (SDO) dienen der bestätigten Kommunikation und stellen eine bidirektionale Verbindung zwischen jeden zwei beliebigen Zusatzgeräten her. Diese Kommunikationsart muss nach der Funktion eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung sein. Damit werden im CiA 447 die "Commands" Befehle vom Client an den Server erteilt, der Server bestätigt anschließend die korrekte Ausführung oder das Fehlschlagen. Statusänderungen der Zusatzgerätefunktionen werden per PDO allen Teilnehmern im Netzwerk bekannt gemacht. PDOs sind Kommunikationsdienste, die kürzere Nachrichten beinhalten und deshalb eine schnellere Kommunikation bewirken. PDO-Nachrichten haben einen festen Inhalt und eine feste CAN-ID.

Jedes Zusatzgerät hat ein Objektverzeichnis, auf das die anderen Geräte per SDO schreibend oder lesend zugreifen können. Ein Objektverzeichnis ist eine Parameterliste mit der Adressierung bestehend aus 16-bit-Index und 8-bit-Sub-Index. Für die organisatorischen Aufgaben etwa Verständigung über den Verlauf (Konfiguration, Synchronisation, Erkennung und Vermittlung des Knotenzustands) gibt es noch weitere Nachrichtenarten, die auch mit den besonderen "Identifiers" kenntlich gemacht werden. Im Folgeabschnitt werden die entnommenen Informationen aus der Dokumentationsreihe "CiA Draft Standard Proposal 447" Teil 1 bis 4, "CiA 301 Work Draft" und "CiA 305 Work Draft" und der berechneten Tabellen vorgestellt.