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J1939

SAE J1939: Solide Kommunikation im Nutzfahrzeug

Das Protokoll J1939 stammt von der internationalen Society of Automotive Engineers (SAE) und arbeitet auf dem Physical Layer mit CAN-Highspeed nach ISO11898. Der Anwendungsschwerpunkt liegt im Bereich des Antriebstrangs und Chassis von Nutzfahrzeugen. Zum Einsatz kommt das Protokoll dabei in schweren Fahrzeuge sowohl für Straßen- als auch Off-Road-Betrieb (Baumaschinen). Verwandt mit J1939 sind der ISOBUS nach ISO11783 für Landmaschinen, NMEA2000 für den maritimen Einsatz sowie das Truck & Trailer Interface gemäß ISO11992. Ebenso basiert der FMS-Standard auf J1939-Kommunikation.

Bei J1939 handelt sich um ein Multimaster-System mit dezentralisiertem Netzwerk-Management ohne kanalbasierte Kommunikation. Es unterstützt bis zu 254 logische Knoten und 30 physikalische Steuergeräte pro Segment. Die Informationen werden als Parameter (Signale) beschrieben und auf 4 Speicherseiten (Data Page) in Parameter Gruppen (PGs) zusammengefasst. Jede Parameter Gruppe kann durch eine eindeutige Nummer, die Parameter Group Number (PGN), identifiziert werden. Unabhängig davon wird jedem Signal eine eindeutige SPN (Suspect Parameter Number) zugewiesen.

Der überwiegende Teil der Kommunikation erfolgt meist zyklisch und kann von allen Steuergeräten ohne explizite Anforderung von Daten empfangen werden (Broadcast). Zudem sind die Parameter Gruppen auf eine Länge von 8 Datenbytes optimiert. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Ausnutzung des CAN-Protokolls. Bestimmte Informationen wie z.B. Konfigurationsdaten oder Diagnosedaten können auch ausschließlich zwischen zwei Steuergeräten (Peer-to-Peer) ausgetauscht werden. Die Festlegung der Kommunikation, Broadcast oder Peer-to-Peer, ist dabei eine Eigenschaft der verwendeten Parameter Gruppe. Damit hängt von der Parameter Gruppe neben der Definition, welche Parameter übertragen werden auch die Übertragungsart ab.

Falls größere Datenmengen übertragen werden müssen, kommen Transportprotokolle (TP) zum Einsatz: BAM (Broadcast Announce Message) und CMDT (Connection Mode Data Transfer). Beim BAM TP erfolgt die Übertragung der Daten broadcast. Zwischen Sender und Empfänger gibt es keinen Kontrolldatenfluss (Handshake). Beim CMDT TP werden die Daten zwischen genau zwei Steuergeräten ausgetauscht. Der hierbei stattfindende Kontrolldatenfluss ermöglicht im Fehlerfall ein Wiederaufsetzen der Kommunikation ohne eine komplette Wiederholung der Datenübertragung. Außerdem ermöglicht das CMDT TP eine Empfangsbestätigung der Daten durch den Empfänger.

Damit auf einem CAN-Netzwerk überhaupt Peer-to-Peer-Kommunikation möglich ist, muss jedem Steuergerät eine eindeutige Adresse im Bereich von 0 bis 253 zugewiesen werden. Um zu vermeiden, dass im Betrieb nicht fälschlicherweise zwei Steuergeräte mit der gleichen Adresse vorkommen, bedarf es einer ausgeklügelten Strategie – dem Netzwerk-Management (NM). Bei J1939 ist das NM dezentral organisiert. D.h. jedes Steuergerät muss eine Mindestfunktionalität des NM implementieren. Die Aufgaben des NM sind:
  • Auflösung von Adresskonflikten (Mindestanforderung)
  • Laufende Prüfung ob Steuergeräteadressen in einem Netzwerk doppelt vergeben sind (Mindestanforderung)
  • Änderung der Steuergeräteadressen zur Laufzeit
  • Eindeutige Identifizierung eines Steuergeräts mit Hilfe eines weltweit eindeutigen Namens
  • Dieser Name dient auch zur Erkennung welche Funktionalität ein Steuergerät im Netzwerk hat
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