CN104769899A - 具有can总线系统的总线系统与用于补偿干扰干涉的装置的并行运行 - Google Patents

Abstract

提供一种用于连接到总线线路上的用户站和一种用于补偿接收信号中的由于CAN总线系统引起的干扰的方法。借助总线线路将CAN总线系统的信号在与另外的总线系统的信号共存的情况下传输。用户站包括用于接收总信号和用于补偿接收的总信号中的干扰的接收单元，所述干扰由于CAN总线系统的连接到总线线路上的用户站的变换的输出阻抗而形成。

Description

具有CAN总线系统的总线系统与用于补偿干扰干涉的装置的并行运行

技术领域

本发明涉及一种用于连接到总线线路上的用户站和一种用于补偿接收信号中的由于CAN总线系统引起的干扰的方法。

背景技术

如今在机动车、医院等中，CAN总线系统已经作为合适的标准总线系统来建立。在该标准总线系统中将消息或信号根据ISO11898中的CAN规定在用户站之间传输，所述用户站也称作为节点。用户站例如是机动车的控制仪器或者显示设备等。

为了实现在例如机动车控制仪器的结构中的高的数据速率，如今执行引入新的高速率的总线系统。在此，多次基于不同的系统构建网络部段，其中例如使用LIN、CAN、FlexRay、以太网等。每个总线系统在此应用在相应的总线用户之间的专用的线路形式的自身的连接拓扑。

期望的是，能够将尤其适合于高速率地传输数据的第二总线系统设计成，使得其能够在与现有的CAN总线、第一总线系统并联的相同的线缆上运行。这需要CAN系统和第二总线系统独立地共存，即这两个系统独立地共存。

通过使用分开的通道基于存在的标准对现有的通信网络扩展另外的发射和接收装置例如在DE 103 01 637A1中探讨。

在研究中已经表明，设计两个系统到不同的频率范围上本身对于共存是不足够的，只要CAN总线作为这两个系统中的一个将具有不同阻抗的显性的和隐性的比特状态借助于常规的也称作为收发器的发送/接收装置耦合输入到总线上。然而这种技术是CAN传输机制包括仲裁的基础。其变化会过强地干预CAN传输机制的系统特性。

问题是，总线阻抗根据CAN收发器的输出状态的变换引起可认定为不再静态的传输介质。变换能够被建模为CAN节点的时间变化的节点阻抗。附加的是，所述阻抗通常是频率相关的。

除了该阻抗效应之外，在总线线路上存在对于第二总线系统的CAN传输的高次谐波形式的干涉。然而，高次谐波的功率密度在较高的频率上强烈地下降。干涉能够通过适当地选择尤其高频的谱和设计第二总线系统的发送功率来置于可以忍受的程度上。然而由此出现如下问题，即非静态的总线阻抗表现为第二总线系统的尤其高频的信号与CAN信号的乘法并且产生接收信号中的附加的分量。该部分的功率利用第二总线系统的发送功率来标量并且因此引起固有的干扰功率，所述干扰功率随发送功率成比例地提高。这能够引起：在常见的尤其在要遵守的错误率方面的质量要求下的接收不再可能。

出于所述原因，CAN总线系统与第二总线系统的互联在没有其他措施的情况下仅能够极其受限地使用。

发明内容

因此，本发明的任务是：提供一种用于连接到总线线路上的用户站和一种用于补偿接收信号中的由于CAN总线系统引起的干扰的方法，所述用户站和方法解决上述问题。特别是，应当提供一种用于连接到总线线路上的用户站和一种用于补偿接收信号中的由于CAN总线系统引起的干扰的方法，所述用户站和所述方法能够以良好的接收质量接收经由总线线路传输的信号，所述总线线路并行地用于CAN总线系统和另外的总线系统。

所述任务通过具有权利要求1的特征的用于连接到总线线路上的用户站来解决。关于用户站能够借助于总线线路将CAN总线系统的信号在与另外的总线系统的信号共存的情况下传输。用户站包括用于接收关于另外的总线系统的信号和用于补偿所接收的信号中的干扰的接收单元，所述干扰由于CAN总线系统的可连接到总线线路上的用户站的变换的输出阻抗而形成。

用户站能够借助于尤其是作为预处理的信号处理来整理在接收装置中所接收的接收信号，使得大部分地消除CAN信号的影响。特别是，这能够作为预处理与多个传输方法组合。

在使用较高的频率范围的情况下，用户站能够与CAN总线系统在现有的拓扑中（总线布线）共存地实现使用具有高速率传输的另外的总线系统。

借助用户站可以进行具有高等级的符号情况的有效的传输，即使并行运行的CAN用户站的变换的输出阻抗对于常见的传输方法引起强的干扰。CAN信号的补偿在另外的总线系统的接收装置中执行并且可以耗费适宜地作为预处理算法。

因此，本发明的优点在于，在相同的布线（和拓扑）上实现CAN总线系统与另外的总线系统的不相关的并行的运行。

用户站的有利的其他的设计方案在从属权利要求中说明。

接收单元能够包括：周期估算装置， 以用于估算由接收单元（20）接收的信号中的CAN信号的时间周期；检测装置，以用于检测每个周期的CAN信号的状态；模拟装置，以用于模拟假设发送的CAN信号；值估算装置，以用于估算CAN信号的相应的状态的范围中的值；确定装置，以用于确定用于由接收单元所接收的信号的预先确定的系数，和补偿装置，以用于补偿另外的总线系统的信号中的CAN信号的部分。

可行的是，周期估算装置被设计用于借助于信号匹配的滤波器（匹配的滤波器）来估算CAN信号的时间周期。在此，代替信号匹配的滤波器可以应用具有任意脉冲响应的滤波器，所述滤波器事先借助匹配于传输的脉冲波形来预调节。替代地，在此信号匹配的滤波器可以根据符号持续时间而被设计用于应用矩形的脉冲响应或适当的脉冲响应、例如余弦滚降滤波器的脉冲响应，所述符号持续时间事先借助所应用的脉冲波形的标准值来预调节。信号匹配的滤波器也可以经由在处理消息块之内所确定的最大值和最小值而被设计用于确定边沿中值并且被设计用于应用与所述信号匹配的滤波器的输出信号的交点作为时间参考点。

检测装置能够被设计用于基于CAN信号的状态的变换的时间位置和信号匹配的滤波器的输出信号来检测CAN信号的状态。

之前所描述的用户站能够是系统的部分，所述系统还具有总线线路和用于根据CAN协议将信号发送到总线线路上的第二用户站。在此，之前描述的用户站连接到总线线路上。

之前提出的任务还通过一种根据权利要求9所述的用于补偿接收信号中的由于CAN总线系统引起的干扰的方法来解决，其中CAN总线系统在总线线路上传输与另外的总线系统的信号共存的信号。该方法包括如下步骤：借助接收单元接收关于另外的总线系统的信号，和补偿在接收步骤中接收到的信号中的干扰，所述干扰由于CAN总线系统的连接到总线线路上的用户站的变换的输出阻抗而形成。

该方法提供如其之前参考用户站所提出的相同的优点。

本发明的其他可行的执行方案也包括之前或在下文中关于实施例描述的特征或实施方式的未明确提出的组合。在此，对于本领域技术人员也将单独方面作为改进或补充添加至本发明的相应的基本形式。

附图说明

下面，参考所附的附图并且根据实施例详细描述本发明。其中：

图1示出根据第一实施例的总线系统的简化的方框电路图；

图2示出根据第一实施例的总线系统的等效电路图；

图3示出根据第一实施例的总线系统的另一等效电路图；

图4示出CAN发送信号的信号变化的一个实例，所述CAN发送信号经由根据第一实施例的总线系统来传输；

图5示出根据第一实施例的方法的流程图，借助所述方法能够补偿由于CAN总线系统在总线信号中引起的干扰；和

图6示出余弦滚降滤波器的脉冲响应的信号变化的另一实例。

在附图中，相同的或功能相同的元件只要不另作说明就设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出具有下面称作为CAN总线系统2的总线系统2和集成在共同的总线线路4中的另外的总线系统3的系统1。CAN总线系统2和另外的总线系统3也能够称作为共同的总线线路4的通道。在总线线路4上将信号5、6形式的消息传输给用户站7、8，所述用户站连接到总线线路4上。用户站7是另外的总线系统3的用户站。用户站8是CAN总线系统2的用户站。在CAN总线系统2中，根据CAN协议传输信号5形式的消息，在另外的总线系统3中传输信号6形式的消息。信号5、6如下面更详细描述的那样相互影响。尽管如此，CAN总线系统2能够与另外的总线系统3、例如LIN、FlexRay、以太网等在共同的总线线路4上并行地运行。

系统1能够应用在车辆、尤其是机动车、飞行器等中或应用在医院等中。用户站7、8例如能够是机动车的控制仪器或显示设备。

如在图1中示出，用户站7分别包括通信控制单元10和接收单元20。接收单元20包括周期估算装置21、检测装置22、模拟装置23、值估算装置24、确定装置25和补偿装置26。

图1中的用户站8分别包括通信控制单元81和接收单元82。

接收单元20能够按照另外的总线系统3经由总线线路4从另外的用户站7接收信号6形式的消息。该信号6然后由接收单元20借助于其装置21至26来整理，如下面以简单的系统模型的实例来描述，所述系统模型在图2和图3中示出。

如在图2中示出那样假设：每个总线系统2、3将也能够称作为节点的用户站连接到在两侧终止的总线线路4上。在此，在图2中“HF”代表用户站7并且“CAN”代表用户站8。总线线路4的扩展和对称在图3中示出的进一步的建模中被忽略。因此，借助连接电阻R_T在两个端部处终止总线线路4能够被综合成具有值R_T/2的电阻。

如在图3中示出，对于另外的总线系统3假设，（电压）信号s_HF(t)经由总线线路4上的电阻R_X耦合输入到另外的总线系统3中。CAN节点或者用户站8基本上通过（电压）信号s_CAN(t)和时间变化的内电阻R_OUT(t)来建模，所述（电压）信号s_CAN(t)与用户站7的信号在（电压）接收信号r_Bus（t）中叠加。时间变化的阻抗R_OUT(t)通过CAN总线系统2的用户站8的变换的输出阻抗形成。用户站8的变换的输出阻抗也能够称作为时间变化的阻抗R_OUT(t)。

因此，得到对于总线线路4上的合成信号的如下描述，所述信号在接收装置20中作为接收信号r_Bus（t）接收：

因此，接收信号r_Bus（t）除了分量s_CAN(t)和s_HF(t)之外也包括分量s_CAN(t)×s_HF(t)。此基础在于：适用，其中α代表恒量，内电阻以所述恒量与CAN信号成比例地变化，并且β代表附加的偏差。在真实的系统中通常适用的是：和。

因此，接收信号r_Bus（t）能够简化地作为三个分量的组成来描述：

为了进一步描述，尽管全部部分也能够连续地被处理，而现在假设块处理。

对于传输假设，CAN信号s_CAN(t)采用在此为了更简化的描述而归一化的对应于的状态z并且以固定的周期或周期时间T_CAN随机地变换所述状态z，如在图4中示出的那样。在此，时间t关于周期时间T_CAN来示出。ΔT_CAN是发送器和接收器之间的任意的时间上的偏差，所述偏差在图4中示出的实例中位于t/T_CAN=3。所述位置同时对应于时间指数i的值0，所述时间指数下面称作为CAN信号的周期，如从稍后说明的公式（3）中得出。

此外，零平均值的信号s_HF(t)的平均功率任意地假设为一：。

根据所述假设现在适用的是：估算接收信号r_Bus（t）的因数或系数a₁、a₂和a₃和力求补偿接收信号r_Bus（t）中的项a₃ S_CAN(t)×s_HF(t)。项a₃ S_CAN(t)×s_HF(t)为接收信号r_Bus（t）中的干扰，所述干扰由于用户站8的变换的输出阻抗R_OUT(t)形成。

图5示意地示出方法的流程，所述方法在接收单元20中进行并且包括用于补偿接收信号r_Bus（t）或总线信号中的由于CAN总线系统2引起的干扰的方法，在所述CAN总线系统2中传输CAN信号S_CAN(t)。

因此，在方法启动之后，在步骤S1中由接收单元20接收另外的总线系统3的信号、即接收信号r_Bus（t）。所述信号包括信号5和由于用户站8的变换的输出阻抗R_OUT(t)引起的干扰。此后，流程继续行进至步骤S2，在所述步骤S2中开始用于补偿干扰的方法。

在步骤S2中，由周期估算装置21估算CAN信号S_CAN(t)的时间周期T_CAN。此后，流程继续行进至步骤S3。

在步骤S3中，检测装置22在相应的时间指数i检测CAN信号S_CAN(t)的状态z（也参见图4）。在此对于时间t适用如下公式

如在图4中示出。状态如之前所说明那样为0或1。此后，流程继续行进至图5中的步骤S4。

在步骤S4中，模拟装置23模拟假设发送的CAN信号。此后，流程继续行进至步骤S5。

在步骤S5中，值估算装置24估算值e1、e2、e3。这在CAN信号S_CAN(t)的相应状态的范围中作为边界条件。在此适用

此后流程继续行进至步骤S6。

在步骤S6中，确定装置25根据如下规定确定系数a₃'、a₂'、a₁'。系数a₃'、a₂'、a₁'如下也称作预先确定的系数并且是在总线线路4、更精确地说另外的总线系统3上传输的信号的因数的a₃、a₂、a₁的估算值，所述信号在接收单元20中作为接收信号r_Bus（t）被接收。在此适用：

在此“sqrt（…）”代表括号中的项的平方根。此后，流程继续行进至步骤S7。

在步骤S7中，补偿装置26补偿另外的总线系统3的信号、即接收信号r_Bus（t）中的CAN信号S_CAN(t)的部分。所得出的信号r_Bus'（t）为另外的总线系统3的信号、信号s_HF(t)的重建，使得所述信号能够借助常见的接收方法来处理：

此后，用于补偿的方法结束，其中流程继续行进至步骤S8。

在步骤S8中，接收单元20将得出的信号r_Bus'（t），必要时在对于另外的总线系统3另外的常见的处理之后转发给通信控制单元10。此后，结束该方法。

在上述方法中，在步骤S1中例如能够借助于信号匹配的滤波器（匹配的滤波器）来执行周期估算，其中匹配接收和发送滤波器。在此，假设持续时间的或具有时间周期T_CAN的矩形的脉冲响应，其中所述持续时间首先借助所应用的脉冲波形的标准值来预调节。标准值例如是脉冲波形的边沿、幅度（最大值和最小值）、时间周期等。经由消息的消息块的处理之内所确定的最小值和最大值于是确定边沿中值并且应用与信号匹配的滤波器的输出信号（匹配的滤波器的输出信号）的交点作为时间的参考点，其中信号5基于所述消息。从中能够确定精确的值T_CAN还有CAN状态变换的时间位置，这随后在步骤S2中进行。

这就是说，在步骤S2中能够基于信号匹配的滤波器的输出信号和CAN状态变换的时间位置来检测CAN状态z。

根据第二实施方式，模拟装置23能够在步骤S3中不基于矩形的而是借助于余弦滚降滤波器（从“上升的余弦”边沿）模拟信号，如在图6中示出。所述模拟装置具有良好的谱特性并且尤其在乘法中，如其稍后在步骤S6中通过补偿装置26执行的那样在时域中表现为是有利的。以类似的方式，可以直接地优化假设的发送信号S_CAN'(t)的边沿，使得代替矩形的脉冲也能够使用具有任意的、梯形或余弦形等的过渡的脉冲波形。由此，通过接收单元20执行的方法相对于通过周期估算装置的周期估算中的误差的鲁棒性能够在步骤S1中被改进并且参考点的重建在步骤S4中被改进。

在其他方面，第二实施例以相同的方式被构建，如在第一实施例中描述的那样。

方法和系统1、尤其是用户站7、8的全部之前描述的设计方案能够单独地或以全部可行的组合来应用。特别是，第一和第二实施例的特征和/或功能能够任意地组合。附加地，尤其能考虑如下修改形式。

根据第一和第二实施例的之前描述的CAN总线系统2根据基于CAN协议的总线系统描述。然而，根据第一和第二实施例的CAN总线系统2也能够是其他类型的通信网络。可以、但非必然的前提，在总线系统2中至少在确定的时间段内确保用户站8对于共同的通道的排他的无冲突的访问。

根据第一和第二实施例的CAN总线系统2尤其是CAN网络或TTCAN网络（TTCAN=时间触发控制局域网络=时间控制的CAN），其中将时间控制装置安置到现有的CAN上，或者CAN FD网络（具有灵活的数据速率的CAN=具有灵活的数据速率的CAN），其中数据速率能够灵活地选择并且消息根据规定“CAN with Flexible Data-Rata，Specification Version 1.0 （具有灵活的数据速率的CAN，规定版本1.0）”（来源http://www.semiconductors.bosch.de）传输。

第一和第二实施例的总线线路4的总线系统2、3中的用户站7、8的布置和数量是任意的。此外，也能够存在以下用户站，所述用户站能够接收和处理不仅CAN总线系统2的而且另外的总线系统3的信号。接收单元20、82也能够分别被设计为发送/接收单元，所述发送/接收单元能够发送和接收信号。

接收单元20能够被设计成，使得其仅当利用CAN总线系统2的传输在总线线路上进行进而存在变换的输出阻抗R_OUT(t)时才执行根据图5的之前描述的步骤S2至S7的用于补偿的方法。

只要用户站8的也能够称作CAN收发器的发送/接收单元82的脉冲波形强烈地与矩形不同，就可行的是，在由接收单元20执行的方法的步骤S3中代替仅匹配边沿而匹配基础信号波形本身。因此，也能够匹配幅度等。

替代于之前提出的在由接收单元20执行的方法的步骤S1中的周期估算和/或在由接收单元20执行的方法的步骤S2中的检测CAN状态的方案而可行的是，应用周期同步的现有的或者已知的方法和现有的接收技术并且将所需要的参数提供给借助另外的步骤S3至S4执行的补偿算法。

Claims (9)

1.用于连接到总线线路（4）上的用户站（7），借助于所述总线线路能够与另外的总线系统（3）的信号（6）共存的情况下传输CAN总线系统（2）的信号（5），其中所述用户站（7）包括用于接收关于所述另外的总线系统（3）的信号（r_Bus（t））和用于补偿所接收的所述信号（r_Bus（t））中的干扰（a₃s_CAN(t)×s_HF(t)）的接收单元（20），所述干扰由于所述CAN总线系统（3）的可连接到所述总线线路（4）上的用户站（8）的变换的输出阻抗（R_OUT(t)）而形成。

2.根据权利要求1所述的用户站（7），其中所述接收单元（20）包括

周期估算装置（21）， 以用于估算由所述接收单元（20）所接收的信号（r_Bus（t））中的CAN信号（s_CAN(t)）的时间周期（T_CAN），

检测装置（22），以用于每个周期（i）检测所述CAN信号（s_CAN(t)）的状态（z），

模拟装置（23），以用于模拟假设发送的CAN信号（s_CAN(t)），

值估算装置（24），以用于估算所述CAN信号（s_CAN(t)）的相应的状态（z）的范围中的值（e1，e2，e3）作为边界条件，

确定装置（25），以用于确定用于由所述接收单元（20）所接收的信号（r_Bus（t））的预先确定的系数（a₁'，a₂'，a₃'），和

补偿装置（26），以用于补偿所述另外的总线系统（3）的信号中的CAN信号（s_CAN(t)）的部分。

3.根据权利要求2所述的用户站（7），其中所述周期估算装置（21）被设计用于借助于信号匹配的滤波器来估算所述CAN信号（s_CAN(t)）的时间周期。

4.根据权利要求3所述的用户站（7），其中代替所述信号匹配的滤波器应用具有任意脉冲响应的滤波器，所述滤波器事先利用匹配于传输的脉冲波形来预调节。

5.根据权利要求3所述的用户站（7），其中所述信号匹配的滤波器根据符号持续时间被设计用于应用余弦滚降滤波器的脉冲响应或矩形的脉冲响应，所述符号持续时间事先利用所应用的脉冲波形的标准值来预调节。

6.根据权利要求5所述的用户站（7），其中所述信号匹配的滤波器经由在处理消息块之内所确定的最大值和最小值而被设计用于确定边沿中值并且用于应用与所述信号匹配的滤波器的输出信号的交点作为时间参考点。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的用户站（7），其中所述检测装置（22）被设计用于基于所述CAN信号（s_CAN(t)）的状态的变换的时间位置和信号匹配的滤波器的输出信号来检测所述CAN信号（s_CAN(t)）的状态。

8.系统（1），具有：

总线线路（4），

根据上述权利要求中任一项所述的第一用户站（7），所述用户站连接到所述总线线路（4）上，和

第二用户站（8），以用于根据CAN协议将信号发送到所述总线线路（4）上。

9.用于补偿接收信号（r_Bus（t））中的由于CAN总线系统（2）引起的干扰（a₃s_CAN(t)×s_HF(t)）的方法，其中所述CAN总线系统（2）在与另外的总线系统（3）的信号（6）共存的情况下在总线线路（4）上传输信号（5），所述方法具有如下步骤：

借助接收单元（20）接收（S1）关于所述另外的总线系统（3）的信号（r_Bus（t））和

补偿（S2-S7）在接收步骤（S1）中所接收的所述信号（r_Bus（t））中的干扰（a₃s_CAN(t)×s_HF(t)），所述干扰（a₃s_CAN(t)×s_HF(t)）由于所述CAN总线系统（2）的连接到所述总线线路（4）上的用户站（8）的变换的输出阻抗（R_OUT(t)）而形成。