CN101663853A - 用于数据传输的装置 - Google Patents

Abstract

用于在具有至少一个操作元件端子(6；6.1、6.2)的电子控制设备(3)和诊断装置(7)之间进行数据传输，所述诊断装置(7)被配置用于与操作元件端子(6；6.1、6.2)连接，并且所述控制设备(3)被配置用于从接收操作信号状态切换为发送数据运行状态，以便经由所述操作元件端子来输出数据。

Description

用于数据传输的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在具有至少一个操作元件端子的电子控制设备和诊断装置之间进行数据传输的装置。

此外，本发明涉及一种用于这种装置的控制设备，以便将数据传输给外部诊断装置。

背景技术

尤其是具有微处理器(μP)或微控制器(μC)的控制设备在技术上、例如尤其在机动车中被广泛应用，诸如在车窗升降器中或在滑动/倾斜天窗中用于驱动控制。在此经常期望的是，出于诊断目的，将数据——如控制变量的内容——从控制设备中实时地传输给测试计算机。然而，在用于车窗升降器或者滑动天窗驱动的防夹保护算法的情况下，该算法经由可能的现有的标准接口——如LIN和CAN——都很难进行诊断，因为该过程或计算模型是高度动态的，而总线连接提供的带宽太小，这对于必要的数据传输来说是不够的。另一问题在于，控制设备经常不配备有总线端子。通常不利的还有，控制设备被构造在所属的装置例如机动车车门中，并且很难接近，其中必须以耗时的方式来拆卸大量的装置部件——如车窗升降器情况下的机动车车门的外壳部分——以获得接近控制设备。

现在已经提出了，在控制设备上设置独立的诊断接口，其中直接、即没有滤波器也没有保护电路地将处理器管脚引向外部，以便容易地接近该处理器管脚。然而，不能在批量生产中提供该特别解决方案，因为那样的话会经由管脚给控制设备带来极大的损害威胁，例如由于ESD(electrostatical discharge，静电放电)。

由此得出了同前面一样的问题，即仅仅很难或根本不能接近被批量构造在所属装置中(如机动车中)的控制设备，并因此几乎不能对控制设备进行诊断。出于诊断目的，例如在车窗升降器控制设备的情况下，车门外壳不得不被打开，这经常不被制造商所允许，并且必须对控制设备进行更换或修改或者重新焊接。

发明内容

因此本发明任务在于，在这里提供补救措施并且使得能够以简单的方式在这种控制设备和诊断装置之间进行数据传输，其中除此之外同样应该规避常规总线连接的带宽限制。

为了解决这个任务，本发明提供一种如在权利要求1中所限定的装置。在从属权利要求中说明有利实施方式和改进方案。本发明还提供一种如在权利要求17至19中所说明的、为这种装置或为这样的数据传输所准备的控制设备。

本发明所基于的认识是，控制设备现有的输入端或输出端可以被用作为用于数据传输的诊断接口。这些输入端或输出端、统称为端子是用于操作元件的端子，由于设置了经由操作元件的手动操作，因此在移除操作元件本身后，也可以容易地接近这些端子。在车窗升降器控制设备的情况下，这些端子尤其可以是连接线，所述连接线连接到作为操作元件而设置的车窗升降器开关或与其连接的插接器(Stecker)；车窗升降器开关至少可以容易地被拆卸并且被设置有插接器。为了诊断则只需要移除车窗升降器开关并将诊断装置与车窗升降器开关的该或这些插接器连接、即插入该端子。

为了实现(诊断)数据的直接传输，可以一开始就已经为控制设备配备通信模块，该通信模块使得能够与诊断装置通信。该或这些操作元件端子构成控制输入端，经由这些控制输入端向控制设备传输指令信号；为了现在可以使用这些端子以用于输出数据，如果控制设备具有响应于诊断装置的预给定切换信号的运行状态切换模块，则是特别有利的。如果该运行状态切换模块具有识别预给定信号模式的检测器和与该检测器连接的切换模块，则在此是尤其有利的。在此当然可以考虑，除了硬件或固件形式之外，还可以将检测器和/或转换模块以软件形式来设置。利用预给定的信号模式，以唤醒信号(Aufwecksignal)的方式为控制设备做准备用于将数据输出给诊断装置，并且根据该控制设备或者其微处理器或微控制器的配置，然后可以将数据直接地或者经由相应的读出命令、例如以分组方式读出和传输。

控制设备的输入端口大多被配置有安全电路，该安全电路在正常运行中防止过高电压或者过高频率施加在μC上。然而相反地，在将数据从控制设备传输给诊断装置时，这导致输出信号、也就是诊断数据信号比较强地衰减，并且还可能产生符号间干扰。为了补偿衰减，可以为诊断装置在输入侧设置相应的提供足够放大的放大器。此外，为了信号矫正，诊断装置被配备有分配给放大器的矫正级以及此外被配备有基于已知算法如Viterbi算法的信号矫正模块，以便重建传输的数据。除此之外，诊断装置还可以具有时钟信号恢复单元。

为了在控制设备的测试过程中能够进行类似于控制设备的正常操作的操作，则如果诊断装置具有相应于控制设备的操作元件的操作元件也是有利的，所述操作元件例如是在电子车窗升降器情况下类似于车窗升降器开关的按键或开关。

根据控制设备的构造或其用于操作元件的端子的构造，可以将诊断装置与控制设备例如经由单通道连接(在单个操作元件端子的情况下)、例如以半双工连接的形式或者优选地以全双工连接的形式、或者经由双通道连接(当存在两个操作元件端子时)连接。在此，如果一个通道被设置用于将控制指令从诊断装置传输给控制设备、也就是作为控制线，而另一通道被设置用于将诊断数据从控制设备传输给诊断装置，则这在一方面是有益的。这所具有的优点是，实现了对于所有控制设备或诊断装置都相同的构造。另一方面，要为该构造相应地(利用软件，就诊断数据协议而言)配备控制设备。然而，如果一个通道被设置用于将控制指令从诊断装置传输给控制设备以及将诊断数据从控制设备传输给诊断装置，而另一通道被设置用于传输时钟信号，则这对于由控制设备的μC进行的可能的硬件支持来说也是非常有利的。

如果控制设备具有可容易接近的、可使用的总线端子，则可以规定经由该总线连接来传输控制指令，相反地，可以经由作为快速诊断接口的一个或多个操作元件端子来传输用于分析控制设备算法的大量数据。

如已经提及的那样，本发明可以优选地应用在机动车、尤其应用在用于车窗升降器或者滑动天窗驱动装置或倾斜天窗(Kippdach)驱动装置的控制设备，并且还应用在用于电机驱动的车门、例如滑动门、后挡板(Heckklappe)或者行李箱盖的控制设备；在这样的控制设备中存在复杂的控制(控制算法)、例如就前述防夹保护来说，其中经常期望对其进行测试。在这里有利的是，在分配给所述控制设备的开关组中通常已经存在可使用的标准接口，可以使用该标准接口用于传输诊断数据。

附图说明

下面，借助于在附图中说明的优选实施例来进一步阐述本发明，然而这些实施例不应对本发明造成限制。具体地，在附图中：

图1在剖面图中示意性地示出机动车车门，该机动车车门具有用于车窗升降器的控制设备以及被引出的插接器，测试计算机经由诊断装置与该插接器连接，其中以通常的方式插入在该插接器上的操作元件被移除了；

图2示意性地示出这种控制设备的计算单元(CPU)的典型的输入引脚电路；

图3示出根据图2的、经由单通道连接与诊断装置连接的控制设备；

图4在一种方框图中示出这种控制设备的计算单元(微控制器单元)的可能修改，其中这种控制设备尤其用于具有防夹保护的车窗升降器；

图5在类似图3的方框图中示出具有在诊断装置和控制设备之间的双通道连接的装置；

图6示出作为预确定的信号模式的“唤醒”信号的示例，以便为了诊断数据的传输将控制设备切换到相应的运行状态；

图7分为子图7A、7B和7C，示出在传输诊断数据时的数据协议的示例；

图8在方框图中示意性地示出用于诊断装置的可能构建；

图9和图10在类似于图5的示意性方框图中示出用于在诊断装置和控制设备之间传输控制指令和诊断数据的装置的两个进一步的实施例。

具体实施方式

在图1中，以示意性剖面图对车门1进行图示说明，其中本身很常见的、用于未进一步详细示出的车窗升降器(具有电机和变速器)的控制设备3被安装在车门外壳2的后面。该控制设备3通常包含微处理器或者微控制器即CPU、在下面统称为计算单元4(参见图2)，以便尤其是在操作车窗升降器时实现防夹保护，因此只有在移除车门护板2时才能接近该控制设备3。然而，通常可以经由车门内侧上的操作元件5来接近该控制设备3，其中该操作元件5插入在与控制设备3连接的插接器6上。因此，在移除操作元件5之后，可以容易地接近该插接器6，以便将诊断装置7以及经由该诊断装置7将测试计算机8例如PC与控制设备3连接，见图1中的连接或线9。为了清楚起见应该提及，在图1和图2中为操作元件5只示出了一个插接器或端子6，但是通常给出至少两个端子6.1、6.2——例如见图5——以用于不同的功能“车窗开启”以及“车窗关闭”，从而符合在诊断装置7和控制设备3之间的多通道连接的两条(或多条)线9.1、9.2也是有可能的。此外，通常存在图1未进一步示出的接地连接。

因此，为了建立根据图1的双向连接9，只需要将操作元件5、即按键把手件(Taster-Griffstück)从端子或插接器6中移除，然后端子6便可直接供与诊断装置7的连接所用。在图3中更详细地示出该状况，其中在图3中用虚线图示说明在图2中仍被完整绘出的按键5。为了能够在执行诊断目的的测试时以尽可能与正常操作车窗升降器时同等的方式来控制控制设备3的操纵，诊断装置7也可以具有类似的按键操作元件5′——如在图3中示意性绘出的那样——以便以熟悉的常规方式经由控制设备3来控制车窗升降器的功能。从图3中、同样如从图1中可见，由于分配给连接9的双向箭头10，所以在执行测试时，经由连接9一方面控制指令从诊断装置7传输给控制设备3，另一方面诊断数据从控制设备3传输给诊断装置7。这可以在所示出的单通道连接9的情况下以半双工连接的方式实现，其中交替地传输控制指令或诊断数据；然而，优选的是，通过相应地构造诊断装置7或另一方面在控制设备3的计算单元4中构造附加部件——如在下面借助图4还将进一步阐述的那样——在控制设备3和诊断装置7之间设置全双工运行，为此能够例如使用本身很常见的时分复用或频分复用方法。

在图4中示意性地图示说明用于控制设备3的计算单元4的构造，其中管脚11像通常一样被用于接收经由操作元件5(图1和2)所影响的指令信号。现在，为了能够切换到使诊断装置7能够从控制设备3的计算单元4中读出数据的诊断运行上，在计算单元4中实现运行状态切换模块12。用于切换计算单元4的运行状态的该切换模块12通常是不工作的，然而借助于在下面参照图6仍将进一步阐述的“唤醒”信号可以将该切换模块12激活，所述“唤醒”信号具有预给定的信号模式13或者在两个端子6.1、6.2的情况下具有13.1以及13.2(见图6)。出于检测目的，运行状态切换模块12具有识别预给定信号模式13.1以及13.2的检测模块14，该检测模块14在必要时激活转换模块15，以便经由该转换模块15促使对控制设备3的计算单元4的实际的计算模块16的切换。该切换在图4中在17处借助于符号化示出的切换器被仅仅示意性地说明。

除了本身常见的、用于驱动车窗升降器(未示出)的控制模块18以及防夹保护模块19之外，该实际的计算模块14还具有通信模块20，该通信模块被分配给控制模块18和防夹模块19，并且负责响应于诊断装置7的控制指令以本身很常见的方式相应地进行期望的数据传输。然而在这里应该提及，通常在控制设备3中并不存在这种通信模块20，而是在诊断装置7中存在相应的控制部件，以便为了请求待传送的诊断数据而经由总线连接直接与计算单元4连接。

从图4中还可看到两个接口21、22，这两个接口21、22一方面用于控制信号或者说操作信号的输入、另一方面用于诊断数据等的输出。这两个接口21、22在实际中当然可以通过一个共同的接口来构成，因为即便切换17也可以在实际中以软件形式在计算模块14、或一般地在计算单元14中实现。

因此，设置在控制设备-计算单元4中的通信模块20，以便支持与诊断装置7的通信；然而，该通信模块20在正常操作(参见图2)中并不工作，并且对于所提及的切换17来说，通过专门的信号模式13.1或13.2及其在切换模块12中的识别来激活该通信模块20。

合乎目的的是，出于机械或物理原因，按键或操作元件5不能产生预给定的唤醒信号13.1、13.2(见图6，对于两个端子6.1、6.2)、统称为13(在单一端子6的情况下)，并且通常在计算单元4中存在的去抖动算法(其通常基于50ms的时间常数工作)抑制操作元件5的类似信号模式。在“唤醒”或者说切换之后，计算单元4的端子或至少一个端子6被用作为输出端。然而，如在下面借助图5、9和10将要阐述的那样，通常设置至控制设备3或至计算单元4的两个端子6.1、6.2。

一旦通信模块20工作起来，则不再有可能对车窗升降器运动进行正常控制。如果期望这样的运动，则必须以其它方式、例如通过由诊断装置7输出的专门的诊断请求来模拟该运动。为了以便利的方式来实现其，在诊断装置7上(如所提及的那样)设置有相应的操作元件5’，其中在有两个输入端6.1、6.2至控制设备3的情况下，该操作元件也可以以“切换-操作元件”5的形式存在，参见图5。

在图6中图示说明了两个出于抗干扰原因相互偏移例如5ms时间间隔的示例性脉冲唤醒信号13.1和13.2，这两个脉冲唤醒信号13.1和13.2在两个控制设备输入端的情况下(见图5)为了以借助图4所阐述方式的原理进行切换的目的而被输送给输入端6.1和6.2，以便两个输入端6.1、6.2也可以被用作输出端。在单个端子6的情况下，当然只需要一个这样的唤醒信号13。

在图7中图示说明了用于将数据从控制设备3传输给诊断装置7或传输给测试计算机8的数据协议的示例。在此，在子图图7A中图示说明了数据以“突发”(Bursts)23的形式、例如利用1ms的重复率被传输。根据子图图7B，每个突发23都具有报头脉冲24、数据分组脉冲25以及校验和脉冲26。

根据图7C，每个数据分组25就其那方面来说具有开始位27、数据位28、奇偶位29以及停止位30。

如此外例如从图2和5、并且也从图9和10中出现的那样，通常在控制设备3中为计算单元4的输入端管脚11设置有安全电路31，以避免在输入端6(或6.1、6.2)处出现过电压以及过高频率的情况下损害或者破坏计算单元4。各自的输入信号相应地通过在所谓的上拉电阻33和旁路电容34之间的连接点32被输送，并且此外为了限流，以串联方式设置了串联电阻35。在两个输入端6.1、6.2的情况下也为每个输入端都设置了类似的安全电路31，如从图5和9中看到的那样。然而，在将信号或数据从控制设备3的计算单元4输出给诊断装置7的情况下，该安全电路31引起了大量的衰减，并且除此之外所包含的电容34还引起了符号间干扰。

为了在这里提供补偿，可以根据图8为诊断装置7一方面提供相应的放大器36、例如作为输入级，其中该放大器36可以同时执行矫正。然后，经由模数转换器37可以设置通道矫正器模块38用于均衡符号间干扰，其中该信号矫正器模块38例如包含本身已知的Viterbi算法以用于执行矫正。经过这样矫正的信号或数据接着被存储在缓冲存储器39中并从那里被输送给测试计算机8(见图1)。根据情况，此外还可以在诊断装置7中设置时钟信号恢复单元40，以便在数据传输时确保诊断装置7与控制设备3同步运行。

通常的车窗升降器开关具有(至少)两个开关输出端(Schaltausgaenge)、即端子或接触部6.1、6.2，以便开启或关闭窗，其中除此之外设置有接地连接、例如从图2中看到的那样，并且此外还经常设置有针对照明元件的管脚，以用于显示车窗升降器的运行。

因此，对于诊断装置7和控制设备3之间的双向连接来说，使用控制设备3的两个开关输入端(Schalteingaenge)6.1、6.2是有利的(如在图5中以示例性实施方式所示出的那样)，其中经由一个连接9.1将例如控制指令从诊断装置7传输给控制设备3或控制设备3的计算单元4，相反地经由另一连接9.2、经由另一端子6.2将诊断数据从控制设备3的计算单元4以所述方式传输给诊断装置7。

作为根据图5的实施方式的替换方式，在图9中示出一种可能性，其中经由一个连接9.1、经由一个端子6.1，既将控制指令从诊断装置7传输给控制设备3或控制设备3的计算单元4，又在相反方向上传输诊断数据。经由第二连接9.2、经由第二操作元件端子6.2，在这里传输时钟信号，以便以简单的方式在两侧——在控制设备3的计算单元4中以及在诊断装置7中——确保同步的数字信号处理。

如果控制设备3拥有访问总线41(例如CAN，LIN...)，则可以部分地经由该总线41来执行诊断接口，见图10。在控制设备3的一侧，以常规方式设置有总线驱动器42，而在诊断装置7的一侧，可以设置有本身同样常规的总线转换器43，以便可以经由总线41在一个方向上传输控制指令、而在另一个方向上传输数据。在此，所传输的数据可以是控制数据，然而出于对在控制设备3中所存储算法进行分析的目的，诊断数据被经由快速诊断接口、经由连接9传输给诊断装置7。

为了完整性还应该提及，为控制设备3或控制设备3的计算单元4设置有相应的控制输出端44用于驱动车窗升降器或者设置有用于防夹保护模块19的传感器信号输入端45，这本身是很常见的并且在图4中仅仅示意性地被图示说明。

Claims (22)

1.用于在具有至少一个操作元件端子(6；6.1、6.2)的电子的控制设备(3)和诊断装置(7)之间进行数据传输的装置，其特征在于，所述诊断装置(7)被配置用于与操作元件端子(6；6.1、6.2)连接，并且所述控制设备(3)被配置用于从操作信号接收状态切换到数据发送运行状态，以便经由所述操作元件端子来输出数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制设备(3)具有用于与所述诊断装置(7)通信的通信模块(20)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制设备(3)具有响应于所述诊断装置(7)的预给定的切换信号(13)的运行状态切换模块(12)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述运行状态切换模块(12)具有识别预给定的信号模式的检测器(14)和与所述检测器(14)连接的转换模块(15)。

5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述诊断装置(7)具有信号矫正模块(38)，所述信号矫正模块(38)例如具有Viterbi信号矫正。

6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，所述诊断装置(7)具有输入放大器(36)。

7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，所述诊断装置(7)具有时钟信号恢复单元(40)。

8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其特征在于，所述诊断装置(7)具有相应于控制设备(3)的操作元件(5)的操作元件(5′)。

9.根据权利要求1至8之一所述的装置，其特征在于，在控制设备(3)和诊断装置(7)之间的单通道连接(9)是半双工连接形式的连接或者优选是全双工连接形式的连接。

10.根据权利要求1至8之一所述的装置，其特征在于在具有两个操作元件端子(6.1、6.2)的控制设备(3)和诊断装置(7)之间的双通道连接(9.1、9.2)。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述一个通道(9.1)被设置用于将控制指令从所述诊断装置(7)传输给控制设备(3)，而该另一通道(9.2)被设置用于传输诊断数据。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述一个通道(9.1)被设置用于将控制指令从所述诊断装置(7)传输给控制设备(3)以及将诊断数据从控制设备(3)传输给诊断装置(7)，而该另一通道(9.2)被设置用于时钟信号传输。

13.根据权利要求1至12之一所述的装置，其特征在于，在所述控制设备(3)有总线端子可用的情况下，在所述诊断装置(7)和所述控制设备(3)之间设置用于传输控制指令的总线连接(41)。

14.根据权利要求1至13之一所述的装置，其特征在于，所述控制设备(3)被分配给机动车。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制设备(3)被分配给车窗升降器。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制设备(3)被分配给滑动/升举天窗驱动装置。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制设备(3)被分配给电机驱动的车门或滑动门。

18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制设备被分配给电机驱动的后挡板或行李箱盖。

19.根据权利要求1至18之一所述的装置，其特征在于，所述控制设备(3)具有操作按键或开关组作为操作元件(5)。

20.用于根据权利要求1至19之一所述装置的控制设备(3)，具有至少一个操作元件端子(6)，其特征在于用于与外部诊断装置(7)通信的通信模块(20)。

21.用于根据权利要求1至19之一、尤其是根据权利要求18所述装置的控制设备，其特征在于，所述控制设备具有响应于所述诊断装置(7)的预给定的切换信号(13)的运行状态切换模块(12)。

22.根据权利要求21所述的控制设备，其特征在于，所述运行状态切换模块(12)具有识别预给定的信号模式的检测器(14)和与所述检测器(14)连接的切换模块(15)。

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