DE4421083A1 - Verfahren zur Überwachung einer seriellen Übertragung von digitalen Daten auf einer Ein-Draht-Multiplexverbindung zwischen untereinander kommunizierenden Signalverarbeitungsgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer seriellen Übertragung von digi­ talen Daten auf einer Ein-Draht-Multiplexverbindung zwischen untereinander kommunizie­ renden Signalverarbeitungsgeräten auf Fehlzustände, wie Kurzschlüsse, Unterbrechungen oder HF-Störungen.

Insbesondere bei der Datenübertragung zwischen den unterschiedlichsten Signalverarbei­ tungsgeräten eines Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise Zünd-, Einspritz-, Brems- oder Ge­ triebesteuergeräten, aber auch der Komfortelektronik, kann es aufgrund von fahrzeugeige­ nen als auch - fremder Störquellen, wie Sende- und Empfangsanlagen des Mobilfunknetzes, durch Überlagerung der Übertragungsdaten mit HF-Störungen als auch durch im System aufgetretene Kurzschlüsse oder Unterbrechungen zur Verfälschung der übertragenen Da­ ten kommen. Diese Übertragungsfehler müssen zur Vermeidung einer Fehlsteuerung als auch einer Überlastung einzelner Systemkomponenten erkannt und entsprechende Ge­ genmaßnahmen getroffen werden. Je des Signalverarbeitungsgerät muß deshalb Datenver­ änderungen selbsttätig erkennen und je nach Störungsart durch Übertragungswiederholung oder durch Abschaltung evtl. defekter Schaltungsteile eine eindeutige Kommunikations­ situation aufrechterhalten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung einer seriellen Übertra­ gung von digitalen Daten auf einer einzigen logischen Datenleitung zu schaffen, daß neben der Erkennung von Fehlzuständen auch eine Unterscheidung ihrer Ursache ermöglicht.

Die Aufgabe wird dabei durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Wei­ terbildungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Pegel der übertragenen Daten in dem als Sender autorisierten Signalverarbeitungsgerät als auch in den empfangenden Signalverarbeitungs­ geräten mit vorgegebenen Referenzpegelgrenzen verglichen werden, die innerhalb und/ oder außerhalb des Nutzpegelbereichs liegen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Referenzpegelgrenzen derart festgelegt, daß sie einen Abstand von den geforder­ ten Nutzpegeln aufweisen, der kleiner oder gleich dem halben Abstand zwischen den Nutz­ pegeln ist.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht dabei vor; daß in dem als Sender autorisierten Signal­ verarbeitungsgerät eine Überwachung der übertragenen Daten durch einen Vergleich der Pegel der rückgelesenen Daten mit mindestens einer innerhalb des Nutzpegelbereichs lie­ genden, eine HF-Störung kennzeichnenden ersten Referenzpegelgrenze und einer zweiten einen Kurzschluß kennzeichnenden Referenzpegelgrenze erfolgt, wobei der Abstand der zweiten Referenzpegelgrenze vom unteren Nutzpegel größer oder kleiner als der Abstand der eine überlagerte HF-Störung kennzeichnenden Referenzpegelgrenze GR3 ist.

Eine andere Möglichkeit der Erkennung eines vorliegenden Kurzschlusses besteht darin, daß die übertragene Datennachricht einer Filterung unterworfen wird, die die überlagerte HF-Störungen unterdrückt, und die gefilterte Datennachricht mit einer innerhalb des Nutz­ pegelbereichs liegenden, einen Kurzschluß kennzeichnenden Referenzpegelgrenze vergli­ chen wird.

Ein vorliegender Kurzschluß kann auch dadurch von einer HF-Störung unterschieden wer­ den, daß der Vergleich der übertragenen Datennachricht mit einer innerhalb des Nutzpe­ gelbereichs liegenden, einen Kurzschluß kennzeichnenden Referenzpegelgrenze minde­ stens über eine Zeitdauer; in der eine überlagerte HF-Störung die Referenzpegelgrenze unterschreiten würde, erfolgt. Geschieht dies während dieser Zeit nicht, liegt ein Kurzschluß vor.

Da während eines geforderten Datenpegels, der dem unteren Nutzpegel entspricht, die außerhalb des Nutzpegelbereichs liegende Referenzpegelgrenze, die den größeren Ab­ stand zum unteren Nutzpegel aufweist, zur Erkennung einer HF-Störung nicht benötigt wird, wird diese nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung auf den Wert der einen Kurz­ schluß kennzeichnenden Referenzpegelgrenze vermindert und zur Überwachung auf Kurz­ schluß verwendet. Da eine Kurzschlußüberwachung nur bei einem geforderten Datenpegel, der dem unteren Nutzpegel entspricht, benötigt wird, kann somit auf eine zu­ sätzliche Referenzpegelgrenze zur Kurzschlußerkennung verzichtet werden.

Bei einem Pegelwechsel, beispielsweise von High auf Low, springt das Datensignal nicht sofort auf den anderen Pegel, sondern benötigt dafür eine bestimmte Zeit. Eine Kurzschluß­ erkennung würde also während der Zeit in der das Datensignal noch über der Referenz­ pegelgrenze für Kurzschluß liegt, zu falschen Ergebnissen führen. Aus diesem Grund ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Überwachung auf Kurzschluß mit einer Verzögerung erfolgt, die der Mindestdauer entspricht, die das Datensignal nach einem vorgegebenen Pegelwechsel von High auf Low benötigt, um bei Nichtvorliegen eines Kurz­ schlusses unter die diesen kennzeichnende Referenzpegelgrenze zu fallen. Eine andere Möglichkeit zur Berücksichtigung dieser Zeit, besteht darin, daß diese Mindestdauer zu der zu einer Kurzschlußerkennung erforderlichen Mindestzeit hinzuaddiert wird.

Ein nicht als Sender autorisiertes Signalverarbeitungsgerät führt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nur eine Überwachung auf eine während der Datenübertragung überlagerte HF-Störung durch. Da es den gesendeten Pegel der übertragenden Daten nicht kennt, vergleicht es den ankommenden Datenpegel mit einer oberhalb und einer unterhalb des Nutzpegelbereichs liegenden Referenzpegelgrenze. Wird dabei eine der beiden Referenz­ pegelgrenzen überschritten, liegt eine unzulässige, dem gesendeten Pegel überlagerte HF-Störung vor. Die erhaltene Nachricht wird vom Empfänger als fehlerhaft bewertet und nicht verwendet.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist je des Signalverarbeitungsgerät in der Lage, Datenveränderungen selbsttätig zu erkennen und je nach Störungsart durch Übertra­ gungswiederholung, Nichtbewertung einer empfangenen Nachricht oder durch Abschalten evtl. defekter Schaltungsteile auf jeden Fall eine eindeutige Kommunikationssituation auf­ rechtzuerhalten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Fehlerbewertung auf einen vorliegenden Stör­ pegel,

Fig. 2 ein Spannungs-Zeitdiagramm bei Vorliegen einer Hochfrequenzstörung,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Erkennung eines Kurzschlusses,

Fig. 4 ein Spannungs-Zeitdiagramm einer Datennachricht mit einem vorliegenden Kurzschluß und

Fig. 5 ein Spannungs-Zeitdiagramm mit einer auf das Niveau der Referenzpegel­ grenze GR4 heruntergezogenen Referenzpegelgrenze GR2.

In Fig. 1 ist schematisch ein Netzwerk zur Kommunikation verschiedener elektronischer Steuergeräte T1-T3 über eine einzige logische Datenleitung dargestellt. Typische Steuer­ geräte, bei denen die Erfindung zur Anwendung kommen kann, sind beispielsweise Steu­ ergeräte für Kraftfahrzeuge, wie Zünd-, Einspritz-, Brems-, oder Getriebesteuergeräte, aber auch Steuergeräte der Komfortelektronik. Nach einem Ausführungsbeispiel wird die logi­ sche Datenleitung, über die die einzelnen Steuergeräte T1-T3 ihre Datennachrichten von anderen Steuergeräten empfangen oder selbst senden, im Ruhezustand auf Nutzpegel 1 (HIGH) gehalten. Jede Übertragung beginnt mit dem Aussenden eines Startbits 0 (LOW) und einem Synchronisationssignal auf den sich alle Empfänger synchronisieren. Liegen bei mehreren Steuergeräten T1-T3 Sendeanforderungen vor; wird in einer Abitrationsphase dem sendenden Steuergerät T1, dessen Information die höchste Priorität hat, der Leitungs­ zugriff erteilt. Bei der Datenübertragung in einem Netzwerk können durch Störungen im Netz selbst, wie Kurzschlüsse oder Leitungsunterbrechungen, aber auch durch Hochfre­ quenzfelder in der Umgebung des Netzes Datenverfälschungen auftreten, die zu Funktions­ störungen führen können. Es müssen also Mechanismen vorgesehen werden, die diese Signalverfälschungen sicher erkennen und je nach Störungsart durch Übertragungswieder­ holung oder durch Abschaltung evtl. defekter Schaltungsteile auf jeden Fall eine eindeutige Kommunikationssituation aufrecht erhalten. In der Praxis ist es von Vorteil, jede übertra­ gene Nachricht auf beiden Seiten der Übertragungsstrecke also im Sender und auch im Empfänger; zu überwachen. In Fig. 1 soll das Steuergerät T1 zu dem betrachteten Zeit­ punkt als Sender der Datennachricht und die Steuergeräte T2 und T3 als Empfänger der Datennachricht arbeiten. Nach dem Absetzen der Datennachricht auf die logische Datenleitung liest der Sender T1 von der Datenleitung seine Datennachricht D zurück und vergleicht sie im Komparator K1 mit einer innerhalb des Nutzpegelbereichs 0, 1 liegenden Referenzpegelgrenze GR3, die im Ausführungsbeispiel 50% des Nutzpegels 1 beträgt. Da der Sender T1 die abgesetzte Datennachricht kennt, kann er bei Über- oder Unterschreitung der Referenzpegelgrenze GR3 durch den gesendeten Datenpegel der Datennachricht D eine Hochfrequenzstörung erkennen. Die logische Verknüpfung der invertierten Datennachricht mit dem Ausgang A1 des Komparators K1:

ergibt, daß bei einem geforderten Datenpegel 1 (HIGH) und einer Unterschreitung der Refe­ renzpegelgrenze GR3 als auch bei einem geforderten Datenpegel 0 (LOW) und einer Über­ schreitung der Referenzpegelgrenze GR3 eine unzulässige, überlagerte Hochfrequenz­ störung vorliegt.

Bei bitweise abritrierenden Übertragungsprotokollen kann die Situation eintreten, daß innerhalb des abritrierenden Bereichs der Datennachricht =O gesendet und A1=O auch durch den gleichzeitigen Sendebetrieb zweier Steuergeräte T1-T3 hervorgerufen werden kann. Der die Sendebefugnis verlierende Sender geht dabei in den Empfangsbetrieb.

Die als Empfänger arbeitenden Steuergeräte T2 und T3 kennen die gesendete Datennach­ richt nicht, wissen also nicht, ob ein Datenpegel 0 oder 1 gesendet wurde. Aus diesem Grund vergleichen sie den Datenpegel der erhaltenen Datennachricht D mit jeweils einer oberhalb des Nutzpegels 1 (HIGH) und einer unterhalb des Nutzpegels 0 (LOW) liegenden Referenzpegelgrenze GR2; GR1. Im Ausführungsbeispiel wurde die Referenzpegelgrenze GR2 mit 150% und die Referenzpegelgrenze GR1 mit Minus 50% des Nutzpegels 1 defi­ niert. Wird die Referenzpegelgrenze GR1 vom Datenpegel der erhaltenen Datennachricht D unterschritten oder die Referenzpegelgrenze GR2 überschritten, erkennt das als Emp­ fängerarbeitende Steuergerät T2, T3 eine durch eine Hochfrequenzstörung hervorgerufene Datenverfälschung.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das als Empfänger arbeitende Steuergerät T2; T3 zusätzlich einen Vergleich der erhaltenen Datennachricht D mit der Referenzpegel grenze GR3 durchführt. Ein Vergleich der Ausgänge A1 und A2 der Komparatoren K1; K2 ergibt dann folgende Verknüpfung.

Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung eine übertragende Datennachricht D mit einer überlagerten Hochfrequenzstörung.

Die Erkennung eines Kurzschlusses im Netz erfolgt gemäß dem Ausführungsbeispiel nur in dem die Datennachrichtung aussendenden Steuergerät T1. Fig. 3 zeigt dazu eine Mög­ lichkeit der im Schnittstellen-IC integrierte Prüfschaltung. Im Komparator K3 wird die inver­ tierte Datennachricht D mit einer Referenzpegelgrenze zur Erkennung des Datenpegels verglichen, die beispielsweise gleich der Referenzpegelgrenze GR3 ist. Der Ausgang A3 des Komparators K3 weist dann einen Pegel 1 auf, wenn der Datenpegel der Datennach­ richt D größer als der Wert der Referenzpegelgrenze ist und einen Pegel 0, wenn er unter­ halb der Referenzpegelgrenze liegt. Dem Komparator K3 ist ein weiterer Komparator K4 nachgeschaltet, der den Pegel am Ausgang A3 mit der Referenzpegelgrenze GR4 ver­ gleicht. Die Kurzschlußerkennung wird nur bei einem geforderten Datenpegel 0 durchge­ führt. Aus diesem Grund ist dem Ausgang A4 des Komparators K4 ein UND-Gatter 5 nach­ geschaltet, das das Ausgangssignal mit dem geforderten Datenpegel verknüpft, liegt am Ausgang A5 des UND-Gatters 5 ein Pegel 1 an, so liegt ein Kurzschluß vor.

Um einen vorliegenden Kurzschluß von einer überlagerten HF-Störung unterscheiden zu können, ist in der Prüfschaltung zwischen den Komparatoren K3 und K4 ein R-C-Glied R1; C1 zur Filterung der HF-Störung vorgesehen.

Der Spannungs-Zeit-Verlauf einer Datennachricht D bei Vorliegen eines Kurschlusses ist in Fig. 4 dargestellt.

Zur Einsparung einer Referenzpegelgrenze besteht die Möglichkeit, die einen Kurzschluß definierende Referenzpegelgrenze GR4 gleich der Referenzpegelgrenze GR3 zu setzen.

Bei einer Überwachung auf Kurzschluß ist zu beachten, daß bei einem Pegelwechsel der Datennachricht D eine bestimmte Zeit benötigt wird, bis der neue Nutzpegel erreicht ist. Dies kann bei einem Pegelwechsel von 1 auf 0 zu einer falschen Kurzschlußerkennung füh­ ren. Aus diesem Grund, muß die Überwachung eines Kurzschlusses mit einer Verzögerung bzw. Ausblenden einer Zeitdauer t₀-t₁ erfolgen.

Da die Referenzpegelgrenze GR2 zur Erkennung einer Hochfrequenzstörung sowohl bei dem als Sender als auch bei dem als Empfänger arbeitenden Steuergerät nur bei einem geforderten Datenpegel 1 benötigt wird, kann diese Referenzpegelgrenze während eines geforderten Datenpegels 0 auf die Größe der Referenzpegelgrenze GR4 heruntergezogen und zur Kurzschlußerkennung genutzt werden. Ein entsprechendes Spannnungs-Zeitdia­ gramm ist in Fig. 5 dargestellt.

Zur gemeinsamen Verarbeitung und Ausgabe der gewonnen Fehlermeldungen auf einer einzigen logischen Datenleitung werden die einzelnen Statusinformationen zu einem einzi­ gen Fehlerstatus zusammengefaßt, wobei das als Sender arbeitende Steuergerät einen Fehlerstatus F in Abhängigkeit einer logischen Verknüpfung der geforderten Datennachricht , der Kurzschlußerkennung KS und dem Vorliegen einer Hochfrequenzstörung HF ermit­ telt. Die folgende Tabelle zeigt dabei eine Möglichkeit der logischen Verknüpfung:

Da im Empfänger nur eine Überprüfung auf eine überlagerte Hochfrequenzstörung erfolgt und der geforderte Datenpegel 0; 1 nicht bekannt ist, wird hier der Fehlerstatus nur in Ab­ hängigkeit des Vorliegens eine HF-Störung erzeugt.

Ein Sender kann damit bei Vorliegen nur einer HF-Störung oder nur eines Kurzschlusses eindeutig erkennen, welche Art Fehler vorliegt.

Bezugszeichenliste

GR1 bis GR4 Referenzpegelgrenze
0, 1 Nutzpegel
geforderte Datennachricht
D_fil gefilterte Datennachricht
T1 bis T3 Signalverarbeitungsgerät
K1 bis K4 Komparator
A1 bis A5 Ausgang
5 UND-Gatter
R1 ohmscher Widerstand
C1 Kondensator
D erhaltene Datennachricht

Claims (12)

1. Verfahren zur Überwachung einer seriellen Übertragung von digitalen Daten auf einer Ein-Draht-Multiplex- Verbindung zwischen untereinander kommunizierenden Signalver­ arbeitungsgeräten auf Fehlzustände, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegel der gesendeten und/oder empfangenen Datennachricht (D) mit vorgegebenen Referenz­ pegelgrenzen (GR1-GR4) verglichen werden, die innerhalb und/oder außerhalb des Nutzpegelbereichs (0, 1) liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzpegelgrenzen (GR1-GR4) einen Abstand von den Nutzpegeln (0, 1) aufweisen, der kleiner oder gleich dem halben Abstand zwischen den Nutzpegeln (0, 1) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Sender autorisierten Signalverarbeitungsgerät (T1-T3) eine Überwachung der übertragenen Daten durch ein Rücklesen der Daten und einen Vergleich der Datenpegel der übertra­ genen Datennachricht (D) mit mindestens einer innerhalb des Nutzpegelbereichs (0, 1) liegenden, eine HF-Störung kennzeichnenden Referenzpegelgrenze (GR3) und einer einen Kurzschluß kennzeichnenden Referenzpegelgrenze (GR4), deren Abstand vom Nutzpegel (0) größer oder kleiner als der Abstand der eine überlagerte HF-Störung kennzeichnenden Referenzpegelgrenze (GR3) ist, erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über­ tragene Datennachricht (D) derart einer Filterung unterworfen wird, daß überlagerte Hochfrequenzstörungen unterdrückt werden, und die gefilterte Datennachricht (D_fil) mit einer innerhalb des Nutzpegelbereichs (0, 1) liegenden, einen Kurzschluß kennzeich­ nenden Referenzpegelgrenze (GR4) verglichen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erken­ nung eines vorliegenden Kurzschlusses ein Vergleich der übertragenen Datennachricht (D) mit einer innerhalb des Nutzpegelbereichs (0, 1) liegenden, einen Kurzschluß kenn­ zeichnenden Referenzpegelgrenze (GR4) mindestens über eine Zeitdauer; in der eine überlagerte Hochfrequenzstörung die Referenzpegelgrenze (GR4) unterschreitet, erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die außer­ halb des Nutzpegelbereichs (0, 1) liegende Referenzpegelgrenze (GR2), die den größe­ ren Abstand zum Nutzpegel (0) aufweist, während eines geforderten Datenpegels der übertragenen Datennachricht (D), der dem Nutzpegel (0) entspricht, auf die einen Kurz­ schluß kennzeichnende Referenzpegelgrenze (GR4) vermindert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Kurzschluß definierende Referenzpegelgrenze (GR4) gleich der Referenzpegelgrenze (GR3) gesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ wachung eines Kurzschlusses mit einer Verzögerung (t₁-t₀) erfolgt, die der Mindest­ dauer entspricht, die das Datensignal nach einem vorgegebenen Pegelwechsel von (1) auf (0) benötigt, um bei Nichtvorliegen eines Kurzschlusses unter die Referenzpegel­ grenze (GR4) zu fallen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Min­ destdauer (t₁-t₀),die das Datensignal nach einem vorgegebenen Pegelwechsel von (1) auf (0) benötigt, um bei Nichtvorliegen eines Kurzschlusses unter die Referenzpe­ gelgrenze (GR4) zu fallen, zu der für eine Kurzschlußerkennung erforderliche Mindest­ zeit hinzuaddiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ wachung der übertragenen Datennachricht (D) auf eine überlagerte HF-Störung durch einen Vergleich ihrer Datenpegel mit jeweils einer oberhalb und einer unterhalb des Nutzpegelbereichs (0, 1) liegenden Referenzpegelgrenze (GR1, GR2) erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das die Daten empfangende Signalverarbeitungsgerät (T1-T3) nur eine Überwachung auf eine überlagerte HF-Störung durchführt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterbrechung der Datenleitung (D) von den Signalverarbeitungsgeräten (T1-T3) erkannt wird, wenn kein Pegelwechsel bei einer übertragenen Datennachricht (N, ) erfolgt.