DE19913652C2 - Verfahren zum Schützen eines Datenaustauschs auf einem seriellen Datenbus - Google Patents
Verfahren zum Schützen eines Datenaustauschs auf einem seriellen DatenbusInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen eines Aus
tauschs von Daten über einen seriellen Datenbus, an den über
Stichleitungen mehrere Recheneinheiten angeschlossen sind.
Insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik werden Datenbusse
eingesetzt, bei denen alle miteinander verbundenen Teilnehmer
parallel an einer Busleitung angeschlossen sind. Dies hat den
Vorteil, daß ein Ausfall eines Teilnehmers keine Auswirkungen
auf die übrigen über die Busleitung miteinander verbundenen
Teilnehmer hat. Problematisch ist allerdings, wenn ein Teil
nehmer oder eine Stichleitung, die einen Teilnehmer mit einer
Busleitung verbindet, kurzgeschlossen wird oder mit einem an
deren Potential zusammen geschlossen wird (Fremdschluß). Ins
besondere bei sicherheitskritischen Anwendungen ist es not
wendig, einen Datenbus vor einem Totalausfall zu schützen.
Aus der Patentanmeldung EP 0 503 170 A1 ist ein busorientier
tes Multiplexsystem bekannt, dessen Busstationen über Buslei
tungen an einen Datenbus angeschlossen sind. Um das System
für den Fall eines Kurzschlusses einer Busleitung gegen eine
vollständige Unterbrechung des Informationsaustausches zu si
chern, sind die Busleitungen miteinander über Sicherungsele
mente verbunden. Ein Schaltungsglied des Multiplexsystems
schaltet bei Feststellung eines Kurzschlusses einen Strom auf
den Datenbus. Die Größe dieses Stroms überschreitet die
Stromtragfähigkeit der Sicherungselemente. Dadurch wird das
jenige Sicherungselement zerstört, dessen Busleitung den
Kurzschluß aufweist. Die Busleitung wird hierdurch endgültig
vom Multiplexsystem abgetrennt.
Der Schutz des gesamten Multiplexsystems hängt somit von der
Funktionsfähigkeit eines einzigen Schaltungsglieds ab. Zudem
ist durch die Beaufschlagung des Multiplexsystems mit einem
überhöhten Strom eine Beschädigung intakter Sicherungselemen
te und Schaltkreise nicht auszuschließen.
Die Patentschrift DE 694 00 046 T2 betrifft ein Verfahren zum
Schutz eines seriellen Datenbusses, bei dem die Gleichheit
von Potentialen auf dem Bus erfaßt wird, um die für den
Kurzschluß verantwortliche, dezentrale Einheit abzutrennen.
Ein Empfang von Bussignalen ist in diesem Fall für die abge
trennte Einheit nicht mehr möglich.
Aus der Offenlegungsschrift DE 38 35 458 A1 ist eine Schnitt
stellenanordnung für ein Bussystem bekannt, bei dem die Bus
teilnehmer über jeweils über einen bidirektionale Treiber und
einen Kondensator oder einen Übertrager an den Bus gekoppelt
sind. Jeder Treiber ist mit einer Hysteresebeschaltung zur
Wiederherstellung des Gleichspannungswertes versehen. Ein
Kurzschluß kann auf diese Weise den Datenbus nicht blockie
ren.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Schützen ei
nes Datenaustauschs auf einem Datenbus bereitzustellen, bei
dem ein Totalausfall des gesamten Datenbusses vermieden wird,
wenn in einem Teilsystem ein Fremd- oder Kurzschluß vorliegt.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren zum Schützen eines Da
tenaustauschs erreicht, wie es in Patentanspruch 1 definiert
ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Durch die Anordnung einer Schutzschaltung zwischen der Bus
leitung und jeder Recheneinheit kann jede einzelne Stichlei
tung von der Busleitung abgetrennt werden. Dabei erfolgt al
lerdings nicht eine vollständige Abtrennung der betroffenen
Recheneinheit vom Datenbus. Vielmehr wird in einen hochohmi
gen Betrieb umgeschaltet, bei dem die Recheneinheit bei in
takter Stichleitung noch Signale empfangen kann. Einflüsse
von Kurz- und Fremdschlüssen werden auf diese Weise vom rest
lichen Datenbus abgeschirmt.
Besonders bevorzugt ist der serielle Datenbus in einer Multi-
Master-Struktur organisiert. Die angeschlossenen Teilnehmer
oder Recheneinheiten sind dann nicht Slaves einer zentralen
Master-Einheit. Die Aktivierung der Schutzschaltung erfolgt
also dezentral oder autonom für jede Stichleitung.
Obwohl die hierzu erforderliche Steuerlogik in der Schutz
schaltung integriert sein kann, ist es besonders günstig, die
Funktion der Steuerlogik der ohnehin vorhandenen Rechenein
heit zu übertragen und auf eine zusätzliche Recheneinheit o
der einen Mikroprozessor in der Schutzschaltung zu verzich
ten.
Vorzugsweise sind an den seriellen Datenbus zwischen 2 und 16
Recheneinheiten oder Teilnehmer angeschlossen, und besonders
bevorzugt zwischen 4 und 8 Recheneinheiten.
Der erfindungsgemäße Datenbus eignet sich insbesondere für
den Einsatz in Kraftfahrzeugen und Luftfahrzeugen. Die über
die Busleitungen kommunizierenden Recheneinheiten steuern
vorzugsweise Aktuatoren, beispielsweise Elektromotoren zur
Betätigung von Bremsen (break by wire) oder einer Lenkung
(steer by wire).
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es
zeigen:
Fig. 1 eine über eine Schutzschaltung an Busleitungen ange
schlossene Recheneinheit,
Fig. 2 von einem Gehäuse geschützte Busleitungen und
Schutzschaltungen, und
Fig. 3 die auf den Stichleitungen und einer Steuerleitung
auftretenden Signale.
Fig. 1 veranschaulicht einen seriellen Datenbus, der über
Busleitungen 1 und 2 eine Vielzahl von Recheneinheiten 3 oder
Teilnehmer verbindet. In der Fig. 1 ist allerdings nur eine
Recheneinheit 3 beispielhaft dargestellt. Die Recheneinheit 3
ist ein Mikroprozessor oder Controller, der einen Elektromo
tor steuert.
Stichleitungen 4 und 5 verbinden die Recheneinheit 3 mit den
Busleitungen 1 und 2. Die Stichleitungen zweigen von den Bus
leitungen an Y-Stellen ab. An den Y-Stellen besteht ein
Schneid-Klemm-Kontakt zwischen einer Stichleitung und einer
Busleitung. Alternativ kommt auch eine induktive Ankopplung
der Stichleitungen an eine Busleitung in Betracht. Auf Steck
verbindungen innerhalb der Busleitungen 1, 2 sollte wegen der
Fehleranfälligkeit verzichtet werden. Insbesondere sollte ei
ne Busleitung einstückig ausgebildet sein.
Zwischen der Recheneinheit 3 und den Busleitungen 1, 2 ist
eine Schutzschaltung 6 angeordnet. Die Busleitungen 1, 2 sind
nicht durch die Schutzschaltung geschleift. Die Schutzschal
tung weist als Transistoren oder Relais ausgebildete Schalter
auf. Die Schalter werden jeweils parallel umgangen. Die Umge
hungspfade weisen Widerstände R als Strombegrenzer auf. Al
ternativ können beispielsweise auch Operationsverstärker oder
Dioden oder ein strombegrenzender Schaltkreis verwendet wer
den. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß im Falle eines
Kurzschlusses zwischen der Schutzschaltung 6 und der Rechen
einheit 3 die elektrischen Signale auf dem restlichen Daten
bus nicht derart beeinträchtigt werden, daß sie von empfan
genden Recheneinheiten nicht korrekt erkannt werden können.
Bei der Verwendung eines CAN-Busses ist beispielsweise ein
Widerstandswert von 150 Ohm geeignet.
Über eine Steuerleitung 7 aktiviert die Recheneinheit 3 die
5 Schutzschaltung 6, so daß deren Schalter geöffnet werden. Al
ternativ kann die Aktivierung mit modulierten oder getakteten
Steuersignalen auf den Stichleitungen erfolgen.
Nach Aktivierung der Schutzschaltung bleibt der Teilnehmer 3
über die mit den Widerständen R realisierte Strombegrenzungs
schaltung mit den Busleitungen 1 und 2 verbunden. Falls die
Stichleitungen 4 und 5 intakt sind und die Aktivierung der
Schutzschaltung 6 durch einen Fehler erfolgte, der an einer
anderen Stichleitung aufgetreten ist, kann die Recheneinheit
i trotz der aktivierten Schutzschaltung 6 Signale von den Bus
leitungen 1, 2 empfangen. Allerdings ist die Recheneinheit 3
nicht in der Lage, gültige Signale auf die Busleitungen 1, 2
zu senden.
Aufgrund der schnell reagierenden Schutzschaltungen 6 können
potentielle Störungsquelle rasch isoliert werden. Der Daten
verkehr auf dem seriellen Datenbus kann störungsfrei auf
rechterhalten werden, da die Busleitungen 1, 2 durch die
Schutzschaltungen nicht unterbrochen werden.
Fig. 2 veranschaulicht einen seriellen Datenbus mit einer
Quasi-Sternstruktur. Die Busleitungen 1, 2 und sämtliche
Schutzschaltungen 6 sind von einem Gehäuse 8 geschützt. Das
Gehäuse 8 soll diese Komponenten vor Beschädigungen schützen.
Die Recheneinheiten 3 befinden sich außerhalb Gehäuses 8. So
mit sind alle von außen zugänglichen Stichleitungen 4, 5 ge
gen Fremd- oder Kurzschlüsse gesichert.
Jeweils eine Schutzschaltung 6 ist über Stichleitungen 4, 5
mit einer Recheneinheit 3 verbunden.
Die Recheneinheiten 3 sind autonom, das heißt es gibt keinen
zentralen Master. Es handelt sich also um ein Multi-Master-
System, bei dem jede Recheneinheit 3 ihre eigene Stichlei
tung(en) überwacht und schützt.
Die Kommunikation zwischen den Recheneinheiten 3 erfolgt in
einem Zeit-Multiplex-Verfahren (TDMA), bei dem jedem Teilneh
mer ein bestimmter Zeitschlitz zum Senden von Signalen oder
Daten zugeordnet ist (TTP-Bus; Time Triggered Protocol).
Die einer Recheneinheit 3 zugeordnete Schutzschaltung 6 wird
jeweils von der Recheneinheit 3 aktiviert und die Verbindung
zu den Busleitungen 1 und 2 in einen strombegrenzten Modus
geschaltet, solange die Recheneinheit 3 keine Erlaubnis zum
Senden hat. Die Schutzschaltung wird nur für die Zeiträume
deaktiviert, in denen die Recheneinheit 3 in dem ihr zugeord
neten Zeitschlitz sendet. Es muß in diesem Fall keine Prüfung
vorgenommen werden, ob ein Defekt auf einer Stichleitung 4, 5
(Kurzschluß oder Fremdschluß) aufgetreten ist. Die Rechenein
heit 3 kann trotz der aktivierten Schutzschaltung 6 Signale
von den Busleitungen 1, 2 empfangen, wie dies in Zusammenhang
mit Fig. 1 beschrieben ist.
In Fig. 3 ist der Verlauf eines Signales H, das auf der
Stichleitung 4 eines Teilnehmers 3 auftritt, ein Signal L,
das auf der Stichleitung 5 zum selben Teilnehmer auftritt,
und das Steuersignal S veranschaulicht, das auf der Steuer
leitung 7 auftritt.
Die Kommunikation auf dem Datenbus erfolgt über differentiel
le Signale gemäß dem Standard ISO 11898. Beim Zustand 1 wei
sen das Signal H der Stichleitung 4 und das Signal L der zu
gehörigen Stichleitung 5 jeweils einen Pegel von 2,5 Volt
auf. Im Zustand Null weist das Signal H einen Pegel von 3,5 Volt
auf und das Signal L einen Pegel von 1,5 Volt. Die Re
cheneinheit überprüft die Signalpegel oder Potentiale der an
geschlossenen Stichleitungen 4, 5. Stellt die Recheneinheit
fest, daß ein Potential von 1,5 Volt unterschritten oder ein
Potential von 3,5 Volt überschritten ist, so veranlaßt sie
eine Aktivierung der zugehörigen Schutzschaltung.
Die Aktivierung der Schutzschaltung erfolgt mit einem Steuer
signal S, dessen Potential von den zulässigen Potentialen der
Signale H und L abweicht. In diesem Beispiel weist das Steu
ersignal S entweder ein Potential von Null Volt (Deaktivie
rung der Schutzschaltung) oder von 5 Volt (Aktivierung der
Schutzschaltung) auf. Dadurch wird vermieden, daß ein Fremd
schluß zwischen der Steuerleitung und einer Stichleitung 4, 5
unerkannt bleibt.
Claims (3)
1. Verfahren zum Austausch von Daten über einen seriellen Da
tenbus mit mehreren Recheneinheiten (3), die jeweils über ei
ne Stichleitung (4; 5) mit einer Busleitung (1; 2) verbunden
sind und mittels eines Zeit-Multiplex-Verfahrens kommunizie
ren, bei dem die Stichleitung (4; 5) in einen hochohmigen Zu
stand geschaltet wird, in dem die Recheneinheit (3) Signale
(H; L) von der Busleitung (1; 2) empfangen kann, wenn die Re
cheneinheit (3) kein Zugriffsrecht auf den Datenbus hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schutzschaltung (6) mit einem Steuersignal (S) gesteuert
wird, das ein gegenüber den Signalen (H; L) unterschiedliches
Potential aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (6) mit einem getak
teten Steuersignal (S) aktiviert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999113652 DE19913652C2 (de) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | Verfahren zum Schützen eines Datenaustauschs auf einem seriellen Datenbus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999113652 DE19913652C2 (de) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | Verfahren zum Schützen eines Datenaustauschs auf einem seriellen Datenbus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19913652A1 DE19913652A1 (de) | 2000-10-05 |
DE19913652C2 true DE19913652C2 (de) | 2003-05-08 |
Family
ID=7902435
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999113652 Expired - Fee Related DE19913652C2 (de) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | Verfahren zum Schützen eines Datenaustauschs auf einem seriellen Datenbus |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19913652C2 (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3835458A1 (de) * | 1988-10-18 | 1990-04-19 | Ant Nachrichtentech | Schnittstellenanordnung fuer ein bussystem |
DE69400046T2 (de) * | 1993-02-18 | 1996-06-27 | Sgs Thomson Microelectronics | Verfahren und Anordnung zum Schutz eines seriellen Bus gegen Kurzschluss |
-
1999
- 1999-03-25 DE DE1999113652 patent/DE19913652C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3835458A1 (de) * | 1988-10-18 | 1990-04-19 | Ant Nachrichtentech | Schnittstellenanordnung fuer ein bussystem |
DE69400046T2 (de) * | 1993-02-18 | 1996-06-27 | Sgs Thomson Microelectronics | Verfahren und Anordnung zum Schutz eines seriellen Bus gegen Kurzschluss |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19913652A1 (de) | 2000-10-05 |
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