CN101631058A - 用于检测数据线上的故障的方法 - Google Patents

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CN101631058A CN200910158580A CN200910158580A CN101631058A CN 101631058 A CN101631058 A CN 101631058A CN 200910158580 A CN200910158580 A CN 200910158580A CN 200910158580 A CN200910158580 A CN 200910158580A CN 101631058 A CN101631058 A CN 101631058A
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Abstract

本发明涉及用于检测数据线上的故障的方法。多个实施方式涉及一种用于检测具有至少两个控制单元的双线数据网络的总线系统的数据线上的故障的方法。数据信号由发送机－接收机单元在双数据线上作为包括规定的静态电流的差动电压信号发送。数据线通过电阻桥互相连接，用于检测中间电压。中间电压在低通滤波器之后由微控制器直接检测，或在模数转换之后作为数字值由微控制器检测。所得结果被显示和/或存储。还提供了用于实现该方法的电路布置。

Description

用于检测数据线上的故障的方法
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C§119(a)-(d)要求2008年7月16日提交的DE 10 2008 002 946.7的外国优先权权益，据此在这里通过引用全文并入。
背景
技术领域
这里公开的多个实施方式涉及一种用于检测在具有至少两个控制单元的双导线数据网络的总线系统的数据线上故障的方法。
背景技术
在这种双线数据总线的情况下，例如CAN总线(源自控制局域网)(其属性在ISO 11898中详细说明)的情况下，单个数据位在总线的两条线路上差动传输。在静态状态中，总线的两条线路都具有大约相同的电势，因为两条线通过终端电阻器耦合到彼此。通过激活驱动器电流，支配位被主动从发送机在总线上发送。这个发送是差动地发生的，这意味着总线的一条线路的电势升高而总线的另一条线路的电势降低。通过关断驱动器电流，发送机发送隐性位。在以下讨论中，我们假设两条总线线路保持在近乎相同的电势。
不同种类的错误能发生在这种类型的数据总线中。关于参考电势以及同样关于彼此，短路能出现在个别导线中。DE 100 59 769 A1公开了已知的电路布置，分析导线的电势并试图推断是否出现这种短路。
在从US 5,488,306知道的电路元件中，还评估了两条总线线路的电势差值。在这个出版物中提出了电路的具体实施例，其允许一定的错误识别发生而不对总线导线的地电位偏置反应，总线导线的地电位偏置是由通过差分电流测量而不是通过电压测量的错误识别造成。
一种用于检测网络系统的部分的地电位偏置的方法在DE 102 25 556A1中公开，具体用于测试网络控制单元之间的地电位接触，其中数据通过至少一个总线系统发送和接收。因此，在被提供来用于接收数据的至少一个总线导线或至少一个接收机线路的静态状态中，在经过可指定的第一时间间隔之后对电压取样，并与至少一个可指定的阈值或参考电势值比较。如果超出阈值，那么产生地电位故障信号，以此评估所述至少一个总线导线的静态状态。此电路相对错综复杂，并因此昂贵。
用于机动车里的高速CAN系统的一个重要的要求是导线线路的诊断，这也起因于之前提到的文献。普遍的解决方案在于，在集成电路里，就是在中央接口模块(central interface module)里执行诊断。这种接口模块相对昂贵。例如高速的TJA1041A和TJA1040-CAN收发机。从这些集成电路的说明书页明显的是，在数据线之间连接两个电阻(每个60Ω)，这样它们到地电位的连接点通过电容器切换并与收发机的输入连接。用这种方式达到稳定。
发明内容
从已知的现有技术开始，为了不用凭借集成电路方案就能够执行对导线线路的故障诊断，这里公开的多个实施方式基于获得特别简单设计的方法，并提供特别简单和便宜的电路。此外，期望的目标是能够对每个总线或双线数据总线的总线的线路上执行特别简单的评估。
根据按照权利要求1的方法教授的，规定了两个导线之间的电阻桥分接的中间电压首先经历低通滤波，输出电压由微控制器直接检测，或在模数转换之后作为数字值由微控制器检测。根据该检测，执行故障诊断的至少一种，视觉或听觉显示，和/或产生错误信号，存储错误信号，这样就能够进行查询，例如依靠远程诊断系统进行查询。同样地，为了能够产生输出控制功能，也能产生控制信号，例如，假如发生微控制器的总线的故障，举例来说，则关断另外的功能组。而且微控制器确定两个数据线中的一个是否受帧故障、地电位故障、相互连接或与电源连接的影响。这个操作的发生与发送机-接收机电路或收发机的操作完全无关，并能发生在总线上的任一点。
如众所周知的，在CAN总线中，有多个参与的站，例如机器控制的设备、非等级控制单元。因此，数据能通过星形总线发送到各个站。对数据的寻址是消息相关的而不是站相关的。由此，所有的站接收到数据。数据也能通过串行总线发送。测量方法能用在这两种情形。当发送数据且没有出现故障时，因此不出现短路，几乎相同大小的高电压应用到两个导线，所以，关于CAN总线，例如2.5V能够应用并在电阻桥的中心抽头评估。当故障发生在两个导线之一上时，例如在任一终端的短路、地电位连接(ground connection)、或两个线路的连接、或与电池的连接，那么中间电压要么增加要么减少，因此偏离理想值(中间值)。在通过低通滤波器对抽头电压滤波之后，微处理器评估这个电压。这个操作能通过模拟电压的直接输入发生，但是也可在数字转换之后通过合适的数字值发生。电阻桥的中心抽头进一步通过电容器连接到地电位，在该中心抽头标称电压是，例如2.5V。当故障出现在两个数据线之一时，电压将升高到更高的值或降低到更低的值。这个偏差能够直接评估。例如，以下的评估是可能的：
CAN_L连接到地电位：U平均值＜2.5V
CAN_L连接在导线之间：U平均值＞2.5V
CAN_L连接到电源：U平均值＞2.5V
CAN_H连接到地电位：U平均值＜2.5V
CAN_H连接在导线之间：U平均值＞2.5V
CAN_H连接到电源：U平均值＞2.5V
在评估后，微控制器可显示错误条件，或也可将其存储在存储器里，例如通过用远程诊断技术研究故障和失灵。微处理器还同时控制发送数据信号到CAN_H线路和CAN_L线路的收发机。
电压表(voltage table)存储在微处理器中，借助前述的解释指定到各自的故障条件。这个方法原则上适合所有采用差动数据传送操作的总线系统。说明了一种用于实现该方法的电路，其特征在于，两条数据线通过电阻桥连接到彼此，电容器与中心抽头连接并连接到地电位，并且低通滤波器与中心抽头连接，低通滤波器的输出电压直接应用在微处理器的测量输入，或在模数转换后作为数字值应用在微处理器的测量输入，微处理器依靠记录的程序或通过受控的输出值电路评估输入变量，假如发生短路、地电位连接或到载流线的不容许的连接，则通过视觉和/或听觉装置发出信号，和/或在可读存储器中记录它。
此外，为了使测量电路不会变得太长，在CAN总线系统的发送机-接收机单元之前的CAN_H和CAN_L终端之间定位测量电路是有利的。如果使用星形系统，则多个这种测量桥可被启用并与微控制器连接，或与各自的微控制器连接，而这些微控制器能与彼此通信。微控制器也能集成到控制设备里，该控制设备也可具有发送机-接收机单元。在这个组合中，简单的电路和评估提供优点。测量桥的电阻能对称布置并可具有4Ω和50kΩ之间的值，例如，这分别依赖于要评估的所期望和必要的测量电压以及系统。
附图简述
图1是电路图。
实施方式详述
借助单个附图即图1里显示的电路，现在将详细描述多个实施方式。
电路描述了具有由数据线8、9组成的双线数据总线的CAN总线系统的组件。CAN_H信号通过数据线8发送，CAN_L信号通过数据线9发送，其由发送机-接收机单元1产生，收发机依靠所连接的微控制器2跟随控制。消息有关的CAN总线根据CAN协议发送数据，并对于总线指定(busassignment)具有两种位状态。位状态要么是隐性的要么是支配的。如果支配位被发送，那么另一个站发送的隐性位就被覆写。如果消息的标识符在标识符列表里有记录，就接受这个消息。数据帧由七个CAN字段组成。
起始字段(start)标记消息开头并使所有站同步。由总线指定产生的判优字段由消息标识符组成。在该字段的发送期间，发送机检查每个位是否仍然被批准发送，或具有更高优先权的消息是否正在被另一发送机发送。然而，发送和数据本身与本发明无关，也将因此不进一步提到。关于将要差动发送的数据，如已经述及的，对另一个数据线，电压增加或下降。然而，中间电压保持相对不变，像静态电压，所以电压U平均值正常操作状态下被电阻3、4的测量桥的抽头10分接出来，该电压之前已经经过低通滤波器，且并不导致微控制器2的评估。此外，平滑电容器5进一步在测量桥的抽头10和地电位之间连接。
然而，当干扰或故障在两个导线之一上发生时，例如短路、两个导线8和9之间的连接、地电位连接或连接到电源，那么电势显著移动。
然后微控制器评估这个电势，例如通过查阅表或通过比较参考电压。
因此，当错误发生时，指示了如下情况：
CAN_L连接到地电位：U平均值＜2.5V
CAN_L连接在导线之间：U平均值＞2.5V
CAN_L连接到电源：U平均值＞2.5V
CAN_H连接到地电位：U平均值＜2.5V
CAN_H连接在导线之间：U平均值＞2.5V
CAN_H连接到电源：U平均值＞2.5V
显示了来自表的明显的电压值，其由微控制器2评估，存储和/或按规定路线发送到显示单元7，发出故障是否出现的信号。

Claims (9)

1.一种方法，其用于检测具有至少两个控制单元的双导线数据网络的总线系统的数据线中的故障，所述方法包括：
从发送机-接收机单元发送作为并入规定的静态电流的差动电压信号的数据信号到两个数据线，所述两个数据线通过电阻桥彼此连接，所述电阻桥用于确定中间电压，使得所述中间电压至少在模数转换后作为数字值被微控制器检测到，以及以下项中的至少一项发生：
产生视觉显示和听觉显示之一，存储故障诊断和所产生的错误信号中的至少一个，以及产生控制信号；以及
由所述微控制器确定所述两个数据线之一是否具有地电位连接、数据线间的连接以及与电源短路中的至少一个。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括借助在存储器单元里可读地存储的电压表而在所述微控制器上显示相关联的状态值。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述方法用于CAN总线、Flexray总线和采用差动数据发送的其他总线系统中的至少一个。
4.一种电路布置，其用于实现权利要求1所述的方法，其中两个数据线通过电阻桥彼此连接，所述电路布置包括：
电容器，其与中心抽头连接并连接到地电位；以及
低通滤波器，其与所述中心抽头连接，所述中心抽头的输出电压被直接应用到所述微控制器的测量输入或经模数转换后作为数字值应用到所述微控制器的测量输入，所述微控制器用存储的程序、受控的评估电路之一评估输入变量，如果发生短路、地电位连接和到载流线的不容许的连接，则视觉信号和听觉信号中的至少一个在可读存储单元中通过信号报告故障。
5.如权利要求4所述的电路布置，其中CAN_H和CAN_L连接之间的测量电路在CAN总线系统的发送机-接收机单元的前面提供。
6.如权利要求4所述的电路布置，其中，对于多个数据线的星形布局，测量电路被提供用在每个分支中。
7.如权利要求4所述的电路布置，其中至少一个控制单元包含用于进行评估的所述微控制器，以及至少一个测量输入被提供在所述至少一个控制单元上。
8.如权利要求4所述的电路布置，其中测量电路具有两个对称电阻和一个电阻布置中的至少一个，使得每个局部分支的电阻值位于4Ω和50kΩ之间。
9.如权利要求4所述的电路布置，其中所述视觉信号和所述听觉信号中的所述至少一个在所述可读存储单元里存储故障。
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