DE102008052781B4

DE102008052781B4 - Fehlererkennung in differentiellen Bussystemen

Info

Publication number: DE102008052781B4
Application number: DE102008052781.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan-Niels Langer; Maurice Mücke; Eckhard Pankau; Carsten Schanze
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: DE102008052781A1

Abstract

Bussystem zur Übertragung von digitalen Datennachrichten mit wenigstens zwei parallel geführten Busleitungen (1, 2), auf denen die Datennachrichten mit zueinander inversen Signalpegeln übertragbar sind, mit mehreren Busknoten (3, 4) zur Datenübertragung, wobei nur ein einziger der Busknoten (3, 4) als Signalsteuergerät (4) ein Fehlererkennungsmittel (5) zur Überwachung der Busleitungen (1, 2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bussystem zur Übertragung von digitalen Datennachrichten mit wenigstens zwei parallel geführten Busleitungen und ein Verfahren zur Übertragung von digitalen Datennachrichten durch ein derartiges Bussystem.
Ein differentielles Bussystem, z.B. ein CAN-Bus (Controller Area Network), besteht aus zwei differentiellen Busleitungen und eignet sich vor allem für sicherheitsrelevante Bereiche, insbesondere für Automobiltechnikbereich. Um eine größtmögliche Sicherheit bei der Datenübertragung zu gewährleisten, wird das CAN-Bussystem überwacht, indem bei jedem Busknoten (z.B. Transceiver) eine Fehlererkennung realisiert wird. Viele in CAN-Bussystemen auftretende Fehler haben jedoch physikalische Ursachen, z.B. Leitungsbruch, Leitungskurzschluss nach Masse, Leitungskurzschluss zur Versorgungsspannung, Leitungskurzschluss zu der anderen Signalleitung oder Probleme beim Leitungsabschluss usw. Aus der deutschen Patentschrift DE 196 01 836 B4 ist ein Verfahren zur Überwachung eines CAN-Bussystems bekannt, bei dem eine Fehlererkennung in der Mehrzahl der Busknoten (Sender, Empfänger bzw. Steuergeräte) des Bussystems implementiert wird. Im Einsatz des Bussystems ist aber nicht notwendig, dass die Mehrzahl der Busknoten ein Diagnosemaster ist. Deshalb ist in diesem Fall die Fehlererkennung in vielen Busknoten ohne Nutzen implementiert.
Ferner offenbart die DE 10 2006 048 073 A1 einen elektrischen Schaltkreis (ein CAN-Bussystem) mit Mitteln zum Sensieren eines Fehlerstromes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein überwachbares, differentielles Bussystem zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bussystem nach dem Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Leitungsfehler auf der physikalischen Ebene unabhängig von Busknoten erkennen zu können. Bei einem differentiellen Bussystem (z.B. ein CAN-Bus), welches zur Übertragung von digitalen Datennachrichten wenigstens zwei parallel geführten Busleitungen aufweist, werden die Datennachrichten auf den Busleitungen mit zueinander inversen Signalpegeln übertragen, wobei das Bussystem mehreren Busknoten zur Datenübertragung aufweist, von denen nur ein einziger der Busknoten als Signalsteuergerät ein Fehlererkennungsmittel zur Überwachung der Busleitungen aufweist. Die Busknoten können Sender, Empfänger, Transceiver oder Controller usw. sein. Unter dem Begriff von Datennachrichten versteht man bspw. auch Datentelegramme und Datenpakete. Die Fehlererkennung ist nun nicht mehr bei allen Busknoten des Bussystems vorhanden, d.h., die entsprechende Hardware oder Software können in dem oder den Busknoten gespart oder reduziert werden. Dadurch dient nur einer der Busknoten als Signalsteuergerät, welches als Diagnosemaster fungiert. Die Fehlererkennung braucht dann nur in einen oder einen geringen Teil der Busknoten integriert zu werden. Das Bussystem kann somit kostengünstig und strukturell vereinfacht aufgebaut werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Signalsteuergerät eine elektrische Terminierung zwischen den beiden Busleitungen auf, wobei die Terminierung durch mindestens zwei elektrische Widerstände/Widerstandsgruppen ausgebildet wird. Die Widerständen/Widerständegruppen können als ein Spannungsteiler dienen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Spannungspotential, insbesondere der Mittelwert der auf die Terminierung aufgelegten Spannung, zwischen den mindestens zwei elektrischen Widerständen/Widerstandsgruppen mittels des Fehlererkennungsmittels zur Überwachung der Busleitungen ermittelt. Der Mittelwert der Spannung zwischen den beiden Busleitungen kann leicht gemessen werden, wenn die zwei Widerstände/Widerstandsgruppen von gleichem Widerstandwert sind. Durch Ermittlung des Mittelwertes der Spannungsdifferenz der beiden Busleitungen können auch die Fehler festgestellt werden, die sich dahin auswirken, dass die Differenz der Signalpegel auf den beiden Leitungen größer ist als ein bestimmter Betrag oder ein Schwellenwert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Signalsteuergerät eine Transceiverkomponente zum Empfangen/Senden der Datennachrichten auf, und das Signalsteuergerät kann dadurch zur Übertragung der Datennachrichten mit dem oder den Transceivern des Bussystems durch die Busleitungen verbunden werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Fehlererkennungsmittel ein Datenverarbeitungsgerät, insbesondere ein Mikrocontroller, wobei der Mittelwert der auf die Terminierung aufgelegten Spannung dem Fehlererkennungsmittel zugeführt wird. Mittels des Fehlererkennungsmittels können die Fehlererkennung ausgewertet und eine entsprechende Hilfsinformation bereitgestellt werden. Dadurch können alle Leitungsfehler unabhängig von Fehlerorten sicher erkannt werden.
Ferner wird ein Verfahren zur Übertragung von digitalen Datennachrichten mit wenigstens zwei parallel geführten Busleitungen bereitgestellt, auf denen die Datennachrichten mit zueinander inversen Signalpegeln übertragen werden, wobei die Datennachrichten durch mehrere Busknoten empfangen und/oder gesendet werden, und wobei nur ein einziger der Busknoten zur Überwachung der Busleitungen als Signalsteuergerät derart vorgesehen wird, dass ein auf dem und/oder den Busleitungen aufgetretener Fehler durch ein Fehlererkennungsmittel des Signalsteuergeräts erkannt werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Es zeigt:

FIG eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bussystems.

In dieser FIG wird beispielhaft ein CAN-Bussystem mit zwei parallel geführten Busleitungen, die jeweils einen CAN-High 1 und einen CAN-Low 2 darstellen, gezeigt. Der logische Wert der übertragenen Daten wird durch die Differenz zwischen den Pegeln auf den beiden Leitungen 1,2 dargestellt. Dadurch ergibt sich eine sehr störsichere Datenübertragung. Denn da die beiden differentiellen Leitungen immer invertierte Pegel haben, kann nur eine der beiden, niemals jedoch beide gleichzeitig, in entgegensetzten Richtungen gestört werden.
Im Bussystem werden mehrere Busknoten 3, 4, wie z.B. Sender, Empfänger bzw. Transceiver angeordnet, um Daten zu übertragen. Dabei wird einer der mehreren Busknoten 3, 4 als Signalsteuergerät 4 ausgebildet und als Diagnosemaster des Bussystems eingesetzt. Im Signalsteuergerät 4 werden die zwei Busleitungen 1, 2 durch zwei Widerstände 6 gekoppelt und elektrisch terminiert, wobei die zwei Widerstände 6 den gleichen Widerstandwert haben können. Die Terminierung kann aber auch außerhalb des Signalsteuergeräts 4 angeordnet werden. Durch diese Terminierung kann Auftreten von Signalreflexionen auf den Busleitungen 1, 2 vermieden werden. Das Signalsteuergerät 4 umfasst zudem eine Transceiverkomponente 7 zum Empfangen/Senden von Datennachrichten und einen Mikrocontroller 5 zur Fehlererkennung. Das Signalsteuergerät 4 wird mit den anderen Buskonten 3 durch die Busleitungen 1, 2 verbunden. Wenn ein Leitungsfehler irgendwo im Bussystem auftritt, kann das vom Bussystem sicher und sofort erkannt werden. Das Signalsteuergerät 4 kann als Gateway oder Router des Bussystems dienen.
Um die Busleitungen 1, 2 zu überwachen, wird in einfacher Weise der Mittelwert der Spannungsdifferenz der zwei Datenleitungen 1, 2 ermittelt. Der Mittelwert kann auf einer einfachen Weise zwischen den beiden Widerständen 6 abgemessen werden. Der erfasste Mittelwert wird dem Mikrocontroller 5 zur Überwachung der Datenleitungen 1, 2 zugeführt. Im Mikrocontroller 5 ist der Mittelwert zur Erkennung eines Leitungsfehlers, wie z.B. eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung, mit einem vorgespeicherten Referenzwert zu vergleichen. Im Mikrocontroller 5 kann das Vergleichsergebnis ausgewertet und evtl. eine entsprechende Hilfsinformation bereitgestellt werden. Weicht der Mittelwert von dem Referenzwert ab, liegt dann ein Leitungsfehler auf mindestens einer der beiden Busleitungen 1, 2 vor. Durch die Ermittlung des Mittelwertes können Leitungsfehler festgestellt werden, auch wenn die Differenz der Signalpegel auf den beiden Datenleitungen 1, 2 größer ist als ein bestimmter Betrag, d.h. die beiden Signalpegel zu weit voneinander abweichen.

Claims

Bussystem zur Übertragung von digitalen Datennachrichten mit wenigstens zwei parallel geführten Busleitungen (1, 2), auf denen die Datennachrichten mit zueinander inversen Signalpegeln übertragbar sind, mit mehreren Busknoten (3, 4) zur Datenübertragung, wobei nur ein einziger der Busknoten (3, 4) als Signalsteuergerät (4) ein Fehlererkennungsmittel (5) zur Überwachung der Busleitungen (1, 2) aufweist.
Bussystem nach Anspruch 1, wobei das Signalsteuergerät (4) eine elektrische Terminierung zwischen den beiden Busleitungen (1, 2) aufweist, wobei die Terminierung aus mindestens zwei elektrischen Widerständen/Widerstandsgruppen (6) besteht.
Bussystem nach Anspruch 2, wobei mittels des Fehlererkennungsmittels (5) ein Spannungspotential zwischen den mindestens zwei elektrischen Widerständen/Widerstandsgruppen (6) zur Überwachung der Busleitungen (1, 2) ermittelbar ist.
Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Signalsteuergerät (4) eine Transceiverkomponente (7) zum Empfangen/Senden der Datennachrichten aufweist.
Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fehlererkennungsmittel (5) ein Mikrocontroller ist, wobei der Mittelwert der auf die Terminierung aufgelegten Spannung an das Fehlererkennungsmittel (5) zuführbar ist und/oder zugeführt wird.
Verfahren zur Übertragung von digitalen Datennachrichten durch ein Bussystem bestehend aus wenigstens zwei parallel geführten Busleitungen (1, 2), auf denen die Datennachrichten mit zueinander inversen Signalpegeln übertragen werden, wobei die Datennachrichten durch mehrere Busknoten (3, 4) empfangen und/oder gesendet werden, und wobei nur ein einziger der Busknoten (3, 4) zur Überwachung der Busleitungen (1, 2) als Signalsteuergerät (4) derart vorgesehen ist, dass ein auf der und/oder den Busleitungen (1, 2) aufgetretener Fehler durch ein Fehlererkennungsmittel (5) des Signalsteuergeräts (4) erkannt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Busleitungen (1, 2) durch eine zwischen den beiden Busleitungen (1, 2) angeordnete Terminierung elektrisch terminiert werden, wobei die Terminierung durch mindestens zwei elektrische Widerstände/Widerstandsgruppen (6) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Spannungspotential zwischen den mindestens zwei elektrischen Widerständen/Widerstandsgruppen (6) zur Überwachung der Busleitungen (1, 2) mittels des Fehlererkennungsmittels (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Datennachrichten von dem Signalsteuergerät (4) über eine Transceiverkomponente (7) empfangen und/oder gesendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Fehlererkennungsmittel (5) durch einen Mikrocontroller ausgebildet wird, wobei der Mittelwert der auf die Terminierung aufgelegten Spannung dem Fehlererkennungsmittel (5) zugeführt wird.