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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optisch-elektrischen Koppler
nach Anspruch 1, der für die
Anordnung in großer
Nähe zu
einem Kraftfahrzeug ausgelegt ist, sowie ein Verfahren nach Anspruch
10 zum Analysieren eines Controller Area Network bzw. CAN.
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2. Beschreibung der einschlägig verwandten
Technik
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Aus
US-A-5,311,116 ist ein magnettransparentes Spannungssonden-Mehrkanalübertragunsstreckensystem
zum Überwachen
einer Vielzahl von Spannungssignalen an einer Vielzahl von Testpunkten
einer zu testenden Einrichtung, die einem Strahlungsfeld ausgesetzt
ist, bekannt. Jeder Kanal enthält
zwei Spannungssonden, einen elektrooptischen Sender, eine optische
Signalübertragungsleitung
und einen Empfänger,
der außerhalb
des Strahlungsfeldes angeordnet ist. Die Spannungssonden kontaktieren
und erfassen die Spannungssignale am Testpunkt. Die elektrooptischen
Sender sind abnehmbar in einer gemeinsamen Basis installiert und
werden entweder durch eine gemeinsame (oder geteilte) Energiequelle
und/oder durch eigene Energiequellen, wie aufladbare Batterien,
mit Energie versorgt. Die Empfänger
verarbeiten die optischen Signale und liefern Anzeigesignale, die
den erfassten Spannungssignalen an der Vielzahl von Testpunkten
entsprechen, um die Wirkung des Teststrahlenfeldes zu bewerten. Ein
Dämpfer,
der elektromagnetisch transparent sein kann, ist vorgesehen, um
ein erfasstes Spannungssignal auf einen Bereich zu dämpfen, der
für die
Verarbeitung durch eine Sendeeinrichtung mit einem begrenzten Eingangsbereich über einen
in Frage kommenden Frequenzbereich geeignet ist. Die Eingangsschaltungen
für den
Sender sind mit einem Knotenpunkt versehen, der einen Strormrückführweg für Spannungssignale
der getesteten Einrichtung bereitstellt, die von einer Spannungssonde
erfasst werden. Es werden Schaltungen mit niedrigem Energieverbrauch
und niedriger Spannungsdrift verwendet.
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Aus
US-A-5,701,082 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren für die kostengünstige Überwachung
des Signalpegels und des Testpunkts in einem System auf Empfindlichkeit
gegenüber
elektromagnetischen Feldern bekannt. Eine Sonde, die eine Sensordiode
und einen aperiodisch elektrisch gedämpften Leiter einschließt, der
für das
elektromagnetische Feld transparent ist, wird verwendet, um den Signalpegel
an einem Testpunkt als amplitudenmoduliertem Radiofrequenzträger zu überwachen.
Der Träger
wird unter Verwendung einer Übertragungsstrecke,
wie eines Lichtwellenleitersenders, der für das elektromagnetische Feld
transparent ist, wenn das getestete System versagt, zu einem Monitor
außerhalb
des Bereichs des elektromagnetischen Feldes übertragen. Die Sonde kann eine
Vielzahl von Detektordioden einschließen, die auf einer Leiterplatte
in einer geschirmten Struktur befestigt sind, die direkt mit dem
Testkabel der überwachten
Schaltung verbunden ist.
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Derzeitige
Entwürfe
für die
Steuerung und Verwaltung von Fahrzeugkomponenten beruhen zunehmend
auf Verfahren, die von Computer-Vernetzungstechniken abgeleitet
sind. Digitale Daten werden zwischen Komponenten-Steuereinrichtungen über eine
gemeinsame physikalische Schicht wie ein geschirmtes verdrilltes
Leiterpaar, ausgetauscht. Eine verständliche Kommunikation zwischen
zwei oder mehr Geräte-Steuereinrichtungen
unter einer größeren Vielzahl
von Geräten,
die alle über
die gleiche physikalische Schicht laufen, hängt davon ab, ob die Kommunikationsgeräte in der
Lage sind, eingehende Nachrichten zu unterscheiden und auf die an sie
gerichteten Nachrichten zu reagieren. Solche Verfahren sind in der
Technik bekannt und sind Teil der Standards, die die Society of
Automotive Engineers (SAE) veröffentlicht
hat und weiterhin als Teil des SAEJ1939-Protokolls veröffentlicht.
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Das
J1939-Protokoll liefert ein offenes Protokoll und eine Definition
der Leistungsanforderungen an das Medium der physikalischen Schicht,
aber ermöglicht
auch die Entwicklung von benutzerspezifischen Protokollen. Das SAE
J1939-Protokoll ist eine spezialisierte Anwendung eines Controlled
Area Network (CAN) und kann leicht unter Verwendung von im Handel
erhältlichen
integrierten Schaltungen, wie dem C167 Integrated Circuit von Siemens,
Deutschland, implementiert werden.
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Das
CAN-Protokoll ist ein ISO-Standard (ISO 11898) für die serielle Datenkommunikation,
der besonders auf Kraftfahrzeuganwendungen ausgerichtet ist. Der
CAN-Standard schließt
eine physikalische Schicht (einschließlich des Datenenbusses) und
eine Leitungsschicht ein, die einige verschiedene Nachrichtenarten,
Arbitrierungsregeln für
den Buszugriff und Verfahren zur Fehlererkennung und Fehlereingrenzung
definieren. Die physikalische Schicht nutzt eine differentielle Übertragung
auf einem Bus aus einem verdrillten Leiterpaar. Eine zerstörungsfreie
bitweise Arbitrierung wird verwendet, um den Zugriff auf den Bus
zu steuern. Die Nachrichten sind klein, höchstens 8 Byte groß, und werden durch
Kontrollsummen-Fehlerermittlung geschützt. Es gibt keine explizite
Adresse in den Nachrichten, statt dessen trägt jede Nachricht einen numerischen Wert,
der ihre Priorität
im Bus steuert und in der Regel auch dazu dient, den Nachrichteninhalt
zu identifizieren. CAN bietet ein Fehlerbehandlungsschema, das ein
erneutes Senden von Nachrichten zur Folge hat, wenn diese nicht
richtig empfangen wurden. CAN liefert auch ein Mittel zum Entfernen
von fehlerhaften Knoten aus dem Bus. CAN fügt außerdem die Fähigkeit
hinzu, sogenannte „höhere Schichtprotokolle" zum Standardisieren
von Startabläufen
zu unterstützen,
einschließlich
der Bitraten-Festsetzung, der Verteilung von Adressen unter den
beteiligten Knoten oder Nachrichtenarten, der Bestimmung des Layouts
einer Nachricht und von Routinen für die Fehlerhandhabung auf
Systemebene.
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Digitale
Nachrichtenübermittlungen über serielle
Datenwege stellen eine wirksame Technik dar, um die Zahl der zugeordneten
Kommunikationswege zwischen den zahlreichen Schaltern, Sensoren,
Geräten
und Meßgeräten, die
in den Fahrzeugen installiert sind, zu reduzieren. Das Multiplexen
der Signale zu und von lokalen Steuervorrichtungen und Schaltern
verspricht eine größere physische
Einfachheit, weil ein großer
Teil des Fahrzeug-Kabelbaums wegfällt, was die Herstellungskosten
verringert, das Verbraucher-Management des Fahrzeugs erleichtert und
die Zuverlässigkeit
des Systems erhöht.
Solche Systeme sind jedoch nicht immun gegen elektromagnetische
Interferenz („EMI"). Die physikalische Schicht
des Kommunikationsnetzes ist eigentlich eine Antenne, die elektromagnetische
Strahlung in elektrische Signale in der physikalischen Schicht umwandelt.
Diese Signale können
sich auf eine Weise mit Datenimpulsen kombinieren, dass die Werte
der Datenimpulse verändert
werden. Das Ändern
eines einzigen Datenpunkts (Bits) in einem Datenpaket macht das
Datenpaket für
den angestrebte Zweck wertlos und kann sogar überhaupt verhindern, dass das
Signal am Ziel decodiert wird.
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Das
Design von Fahrzeugen, wobei das besondere Interesses hierbei Lastwagen
gilt, erfordert Überlegungen
hinsichtlich der EMI-Empfindlichkeit des Fahrzeug-Kommunikationssystems.
Das Testen solcher Systeme wird als Teil der Planung und Entwicklung
von Lastwagen in einer EMI-Intensitätsumgebung durchgeführt, wobei
der Lastwagen auf Rollen gestellt ist, so dass die EMI-Empfindlichkeit
bei laufendem Fahrzeug bestimmt werden kann. Die Testumgebung stellt
ein Rollenbett für
den Lastwagen bereit, wobei das Rollenbett wenn möglich auf
einer Drehscheibe angeordnet ist. Eine EMI-Quelle ist auf den Lastwagen
gerichtet. Eigentliches Ziel der Tests ist es, aus dem Kommunikationsnetz
des Fahrzeugs eine möglichst
unwirksame Antenne zu machen. Die Spezifikationen für das Testen
sind im SAE Standard J551, Teile 11, 12 ausgeführt.
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Während des
Testens wird eine Datenstrecken- oder Telemetriesonde mit einem
Datenbus-Diagnoseport des Lastwagens verbunden und kann im Führerhaus
des Lastwagens unter der Lenksäule
positioniert werden. Die Datenstrecke verläuft von dem Port zu einer Stelle
abseits des Lastwagens, wo sie mit einer Überwachungsausrüstung verbunden
wird. Diese Datenstrecken werden normalerweise aus einem verdrillten
Kabelpaar aufgebaut. Die externe Datenstrecke ist in ihrer Länge stark
beschränkt, größtenteils
deshalb, weil das Kabel als Verlängerung
der Antenne wirkt, die von der physikalischen Schicht des Lastwagennetzes
gebildet wird. Weil das externe Kabel die Abmessung und Länge der
Antenne ändert, ändert es
auch die Empfindlichkeit des kombinierten Systems. Dies kann zu
zusätzlichen Fehlern
in Nachrichten führen,
die über
das CAN-Netz des Lastwagens gesendet werden, oder unter gewissen
Umständen kann
dies dazu führen, dass
weniger Fehler auftreten, als es normalerweise der Fall wäre. In jedem
Fall sind die Testergebnisse nicht zuverlässig.
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Da
die externe Strecke selbst als Antenne wirkt oder als Verlängerung
der Antenne, die von der physikalischen Schicht des Lastwagen-Datennetzes gebildet
wird, verzerrt die externe Datenstrecke die Testbedingungen. Genauere
direkte Messungen könnten
erhalten werden, wenn die Auswirkungen der externen Datenstrecke
minimiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist die Bereitstellung einer zuverlässigen CAN-Kommunikationsstrecke
in einer EMI-intensiven Umgebung.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Testdatenstrecke
zu einem elektrischen Datenkommunikationssystem, die die Änderungen
der EMI-Empfmdlichkeit eines Fahrzeug-Kommunikationssystems minimiert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines auf CAN
beruhenden Verstärkers,
der in der Lage ist, einen Teil eines CAN-Netzes zu simulieren.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines CAN-Netzes
an einen entfernte Ort während
des EMI-Empfindlichkeits-Tests.
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Entsprechend
dem erfindungsgemäßen System,
das einen optisch-elektrischen Koppler einschließt, werden die genannten Ziele
von den Merkmalen von Beispiel 1 erreicht.
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Verbesserte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Systems,
das einen optisch-elektrischen Koppler einschließt, ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis
9.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Datenübermittlungssystem
für die
externe Verwendung mit einem CAN bereitgestellt, das in einem Kraftfahrzeug eingebaut
ist, das einem Test auf Empfindlichkeit gegen hochintensive elektromagnetische
Interferenz unterzogen wird. Das Datenübertragungssystem schließt einen
Lichtwellenleiter ein, der sich von der unmittelbaren Umgebung des
Lastwagens zu einer Stelle relativ entfernt zum Lastwagen und außerhalb des
wirksamen Bereichs der künstlich
erzeugten elektromagnetischen Interferenz ausdehnt. Ein optisch-elektrischer
Koppler in großer
Nähe zum
Kraftfahrzeug wird mit dem Fahrzeug-CAN verbunden, um Nachrichten,
die in dem Netz übertragen
werden, in optische Signale umzuwandeln. Die Verbindung wird von
einem aus einem verdrillten Leiterpaar gebildeten Elektrokabel bereitgestellt.
Der optisch-elektrische Koppler wird auch mit einem Ende des Lichtwellenleiters
in der Nähe
des Lastwagens verbunden. Ein Datenfernverarbeitungsgerät ist am
entfernten Ende des Lichtwellenleiters über eine im Datenfernverarbeitungsgerät installierte
Schnittstellenkarte angeschlossen. Die Schnittstellenkarte wandelt
optische Signale für
die Bewertung in CAN-kompatible elektrische Signale um.
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Zusätzliche
Wirkungen, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden
schriftlichen Beschreibung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
neuen Merkmale, von denen angenommen wird, dass sie für die Erfindung
kennzeichnend sind, sind in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung selbst jedoch,
ebenso wie ihre weiteren Ziele und Vorteile, wird am Besten mit
Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen verstanden, worin:
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1 eine
Abbildung des elektrischen Systems eines Fahrzeugs in einer perspektivischen
Teilschnittansicht eines Lastwagens ist;
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2 ein
High Level-Blockdiagramm der Erfindung ist;
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3 ein
Zustandsdiagramm ist, das die Steuerabfolge für das System der Erfindung
erläutert;
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4 ein
detailliertes Blockdiagramm eines mit dem System der Erfindung verwendeten
optisch-elektrischen Kopplers ist;
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5 eine Draufsicht auf einen angeschlossenen
optisch-elektrischen Koppler und eine Testablauf-Topographie ist;
und
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6 ein
detailliertes Schaltschema eines Kanals des optisch-elektrischen
Kopplers der 4 und 5 ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs 13 und
eines elektrischen Steuersystems 10, das in dem Fahrzeug
eingebaut ist. Das elektrische System 10 des Fahrzeugs
schließt
ein verdrilltes Leiterpaar (entweder geschirmt oder nicht geschirmt)
ein, das als serieller Datenbus 18 dient. Gemeinsam bilden
der Bus 18 und die verschiedenen damit verbundenen Knoten
ein CAN.
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Aktive
Fahrzeugkomponenten werden normalerweise von einer aus einer Gruppe
von autonomen, zweckgebundenen Steuereinrichtungen, die ein Instrumentenbrett 14,
einen Motor-Steuereinrichtung 20, einen Getriebe-Steuereinrichtung 16,
eine Hilfsinstrument- und Schalterbank 12 sowie eine Antiblockiersystem-
(ABS-) Steuereinrichtung 22 einschließt, wobei es sich bei allen
um Knoten in dem Bus 18 handelt. Die autonomen Steuereinrichtungen schließen eine
lokale Datenverarbeitung und Programmierung ein und werden normalerweise
vom Hersteller der gesteuerten Komponente geliefert. Der Bus 18 ist
ein verdrilltes Leiterpaar, das gemäß SAE Standard J1939 aufgebaut
ist und von außen über einen
Diagnoseport 36 zugänglich
ist. Der Diagnoseport 36 befindet sich in der Regel unter
der Lenksäule im
Führerhaus
des Fahrzeugs 13, kann sich aber auch an anderer Stelle
befinden.
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In
vielen Anwendungen handhaben die autonomen Steuereinrichtungen viele
Funktionen lokal, wobei sie Daten nutzen, die sie von anderen Steuereinrichtungen über den
Bus 18 erhalten. Manche CAN-Netze können eine ESC (Electrical System Controller) 30 aufweisen,
in welchem Fall sie Daten an die ESC 30 übermitteln
und von der ESC 30 Operationsanforderungen empfangen. Falls
vorhanden, verwaltet die ESC 30 eine Anzahl zweckgebundener Steuereinrichtungen,
die als Knoten an den Bus 18 angeschlossen und im Fahrzeug 13 angeordnet
sind. Die ESC 30 führt
außerdem
ein Lastverwaltungsprogramm aus, das die Gesamtlast überwacht,
die von verschiedenen im Fahrzeug eingebauten Zusatzgeräten auf
das elektrische System und den Antriebsstrang des Fahrzeugs wirkt.
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Bei
den auf das Fahrzeug 13 wirkenden Lasten, die von einem
elektrischen Steuersystem 30 gesteuert werden, handelt
es sich in der Regel um elektrische Verbraucher, sie können jedoch
auf das elektronisch gesteuerte Einrücken von mechanischen Einrichtungen
im Antriebsstrang des Fahrzeugs 13 einschließen. Die
Auswahl der Gangstufe in einem Automatikgetriebe wäre ein Beispiel
für solch
ein System. Andere elektrisch gesteuerte, nicht-elektrische Lasten
können
die Steuerung einer Kupplung für
einen Klimaanlagenkompressor oder die Betätigung von Pumpen sein, die
vom Antriebsstrang des Fahrzeugs angetrieben werden. Das Lastverwaltungsprogramm
kann abhängig
von den Leistungsanforderungen der Komponenten über die Motorsteuereinrichtung
eine erhöhte
Ausgangsleistung vom Motor fordern.
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Das
Instrumentenbrett 14, die Getriebesteuereinrichtung 16 und
die Motorsteuereinrichtung 20 können alle mit der ESC 30 kommunizieren,
die dann die von der Hilfsinstrumente- und Schalterbank 12 über die
serielle Kommunikationsstrecke im Kabelbaum 18 empfangenen
Eingangssignale überwacht. Die
ESC 30 kann so programmiert sein, dass sie die normalen
Antwortcharakteristika des Instrumentenbretts 14, der Getriebesteuereinrichtung 16 und
der Motorsteuereinrichtung 20 übergeht, falls die elektrischen
und mechanischen Lasten die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs übersteigen,
falls Anforderungen miteinander in Konflikt stehen und unter anderen
Umständen.
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Der
Bus 18, bei dem es sich um ein entweder geschirmtes oder
ungeschirmtes verdrilltes Leiterpaar handelt, kann als Antenne wirken
und ist daher empfindlich gegenüber
elektromagnetischer Interferenz (EMI). Digitale Daten unterscheiden
sich von digital gesendeter Sprache oder Musik dahingehend, dass
sie relativ empfindlich gegenüber
elektromagnetischer Interferenz sind. Digital übermittelte unkomprimierte
Musik und Sprache ist gegen EMI relativ unempfindlich, da das Ändern einiger
weniger Bits in dem digitalen Datenstrom den Datenstrom nicht ausreichend ändert, um
die menschliche Wahrnehmung von dessen akustischer Wiedergabe zu
beeinflussen. In der typischen acht Byte-Nachricht, die in einem
CAN verwendet wird, zerstört
die Änderung
eines einzigen Bits jedoch den Nutzen der Nachricht. Übermäßige Fehlerquoten,
definiert als gesteigerte Häufigkeit
von fehlerhaften Nachrichten, besonders wenn diese kritische Funktionen
des Fahrzeugs oder Lastwagens betreffen, können in gewissem Umfang von
der physikalischen Anordnung des Busses 18 oder durch den
Austausch von teureren geschirmten Kabeln gegen ungeschirmte Kabel
begrenzt werden.
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Dementsprechend
beinhaltet die Entwicklung des Fahrzeugs 13 vorzugsweise
das Testen der EMI-Empfindlichkeit des CAN-Netzes einschließlich des
Busses 18 und der daran angeschlossenen Knoten. Die Bewertung
des Netzes wird so durchgeführt, dass über einen
Diagnoseport 36 auf das Netz zugegriffen wird, während das
Fahrzeug einer EMI ausgesetzt wird. Eine Sendeantenne 38,
die außerhalb
des Fahrzeugs 13 angeordnet ist, überträgt während des Tests elektromagnetische
Strahlung zum Fahrzeug 13. Dann werden die Wirkungen der
Strahlung auf die Kommunikation im Netz überwacht.
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Im
Stand der Technik würde
ein J1939-kompatibles Kabel vom Port 36 zu einem entfernten
Diagnoserechner 44 geführt.
J1939-Kabel, bei denen es sich um geschirmte oder ungeschirmte verdrillte
Leiterpaare handelt, unterscheiden sich in der Regel elektronisch
nicht von dem Kabel, das in dem Fahrzeug als Bus 18 verwendet
wird. Auf diese Art dient das Diagnosekabel ebenso als Antenne wie
der im Fahrzeug eingebaute Bus 18. Die Wirkung kann die Testergebnisse
verzerren, entweder durch Einführen von
zusätzlichen
Nachrichtenfehlern an das Netz oder durch Reduzieren der Anzahl
auftretenden Fehler. Es ist zu erwarten, dass die Wirkung von der
Frequenz der EMI-Inter ferenz abhängt,
da die dem Netzkabel mitgeteilte Änderung einer Änderung
der Geometrie und der Abmessungen der Antenne gleicht. Die Empfindlichkeit
der Antenne ist eine Funktion der elektromagnetischen Frequenz.
Das System der vorliegenden Erfindung nutzt eine optische Strecke 42, um
die physikalische Schicht des CAN-Netzes auf einen entfernten Diagnoserechner 44 zu
erweitern. Die Erweiterung der physikalischen Schicht schließt einen
Diagnoseport 36, ein kurzes, geschirmtes, verdrilltes Leiterpaar 39 und
eine CAN-kompatible optische Kopplereinheit 40 ein. Das
Leiterpaar 39 verbindet in der Regel einen Diagnoseport 36 mit
einer Kopplereinheit 40, unter gewissen Umständen wird jedoch
das Leiterpaar als Rückkopplungsschleife
in die Kopplereinheit 40 für diagnostische Zwecke verwendet.
Ein Personal Computer 44 wird mit einer CAN-kompatiblen
optisch-elektrischen Netzschnittstellenkarte mit der Datenstrecke
verbunden, wie nachstehend beschrieben.
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2 erläutert eine
mögliche
Topographie der physikalischen Schichterweiterung auf ein Fahrzeug-CAN 50 einschließlich eines
verdrillten Leiterpaars 39, eines optischelektrischen Kopplers 40 und einer
optischen Strecke 42. Die optische Strecke 42 ist
mit einer Adapterkarte/usfernsteuereinrichtung 46 verbunden,
die mit einem Erweiterungssteckplatz für einen ISA-, PCI- oder PCMIA-Bus 48 in
einem Personal Computer 44 verbunden ist, der so programmiert ist,
dass er als Diagnosetool dient. Der Personal Computer 44 ist
ansonsten ein herkömmlicher
Speicherprogramm-Computer mit einem Speicher 52, einer
zentralen Verarbeitungseinheit 54 und einem Anzeigeadapter 56.
Das Kabel 39B zeigt die Verbindung des Kabels 39 in
einer Rückkopplungsschleife für die Bewertung
der optischen Strecke 42 und des Kopplers 40 an.
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Der
Computer 44 implementiert verschiedene Modi, die vom Modusdiagramm
von 3 dargestellt sind. Das System arbeitet in zwei
Modi, Standby 60 und Datenerfassung 62. Es gibt
natürlich
den Nicht-Betriebsmodus „AUS" 64, wenn
das auf dem Computer 44 installierte Testregime nicht abläuft. Beim Übergang
vom Aus-Modus 64 zum Standy-Modus 60 werden verschiedene
Hardwareschnittstellen initialisiert. Im Standby-Modus 60 werden
keine Daten vom CAN-Bus 18 erfasst. Aus dem Standby- Modus 60 kann
das System in den Aus-Modus zurückkehren
oder kann zum Datenerfassung-Modus 62 übergehen.
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Im
Standby-Modus 60 sind Interaktionen mit einem Operator über ein
herkömmliches
graphisches Anwender-Schnittstellenprogramm möglich, das für eine der
Windows-Anwendungsprogramm-Schnittstellen geschrieben wurde und
herkömmlich
durch Peripheriegeräte
implementiert ist (z.B. CRTs, Tastaturen, Scheiben (nicht dargestellt),
die am Computer angeschlossen sind. Der Anwender kann mit der Systemkonfiguration
interagieren, der Spezifikation von beschreibenden Informationen,
die für
jeden Test hinterlegt sind, und den Computer anweisen, in den Erfassungsmodus
(62) zu gehen (d.h. einen neuen Test zu starten), die Ergebnisse
von früheren
Tests zu bearbeiten, und das System anweisen, in den Aus-Modus 64 zu
gehen. Konfigurationsinformationen, die im Standby-Modus 60 eingegeben
werden können,
schließen
Daten ein, die erforderlich sind, um die Hardware-Eigenschaften
der CAN-Schnittstellen zu spezifizieren, einschließlich z.B.
der Interruptnummer und der Eingabe/Ausgabe-Adresse. Außerdem müssen Vorgabegrenzwerte
für Fehlererfassungsquoten,
Vorgabewerte für
bewegliche Fensterperioden für
die Fehlerquotenberechnung und Vorgabeinformationen für allgemeine
Annotationen eingegeben werden.
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Alle
Konfigurationsinformationen werden in Konfigurationsinitialisierungsdateien
gespeichert, die für
die Initialisierung der Instrumente verwendet werden. Eine Initialisierungsdatei
wird beim Wechsel vom Aus-Modus 64 zum Standby-Modus 62 verwendet.
Der zu dieser Zeit verfügbare
Speicher- und Festplattenraum wird überprüft, um sicherzustellen, dass
genügend
Ressourcen auf dem Computer 44 vorhanden sind, um den Test
auszuführen.
Unzulängliche
Ressourcen verhindert nicht die Durchführung des Tests, aber bewirken
die Ausgabe einer Warnung an den Anwender. Die Konfigurationsdateien)
werden gelesen, um die Anfangskonfiguration einzurichten, die einer Änderung
durch den Anwender unterliegt.
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Im
Datenerfassung-Modus 62 erfasst das System Daten vom CAN-Bus 18.
Der Personal Computer 44 liefert nahezu eine Echtzeitdarstellung
der Ergebnisse des ab laufenden Tests, einschließlich der Ergebnisse für eine individuelle
und allgemeine Fehlerüberwachung,
Nachrichtenübertragungsraten,
des aktuellen Status des CAN-Busses 18 und
etwaiger Statusänderungen
des Busses 18. Anwenderinteraktionen, die sich auf die
Steuerung des Übergangs
des Systems vom Erfassungsmodus 62 in den Standby-Modus 60,
Modifizierungen der Schwellenwerte, die für die Fehlerquotenerfassung
verwendet werden, die Steuerung von Fehlererfassungsspeichern und
auf das Zulassen von Annotationen eines ablaufenden Tests beziehen
sind möglich,
einschließlich von:
(1) Anmerkungen zu dem Test; (2) Steuerung des Ereigniszählers; und
(3) Notationen der eingegebenen Feldstärke und Frequenz.
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Außerdem gibt
es einen Test-Übertragungsmodus 66,
der im Erfassungsmodus 62 aktiv sein kann. Der Test-Übertragungsmodus 66 unterstützt die Übertragung
einer anwenderspezifischen Nachrichtenliste in anwenderspezifischen
Intervallen. Dies verleiht dem System die Fähigkeit, sich selbst sowohl zum
Senden als auch zum Empfangen von Nachrichten in der Hoch-EMI-Umgebung
zu qualifizieren. Dieser Betriebsmodus ermöglicht es dem Anwender auch,
während
des Fahrzeugtests Anfragen an bestimmte CAN-Knoten zu stellen, um
zu bewirken, dass der Knoten während
des Tests empfängt
und sendet.
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Das
vom Computer 44 implementierte Testregime schließt die Verwendung
einer CAN-Busfehlererfassung verschiedener Arten ein. Die Erklärung des
Testregimes wird durch die Erklärung
einiger Operationen des CAN 50 erleichtert. Jede gesendete Nachricht
auf dem CAN 50 schließt
einen zyklischen 16 Bit-Blockprüfungs-
(CRC-) Code ein. Der CRC wird vom Sendeknoten berechnet und wird
aus dem Nachrichteninhalt generiert. Das Testverfahren summiert
die Zahl der CRC-Fehler, die im Aufnahmemodus 62 auftreten.
Die Summenzählung
kann von der CAN-Schnittstelle des Computers 44 ausgeführt werden
und kann mit anderen Fehlern zu einer Gesamtsumme zusammengefasst
werden. Andere Fehlermodus-Erfassungsschemata existieren, beispielsweise
das Bitstopfen. Die Erfassung eines Bitstopffehlers führt zu einer
Neusynchronisation des CAN.
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Es
gibt bestimmte vordefinierte Bitwerte, die an bestimmte Stellen
jeder CAN-Nachricht übertragen
werden müssen.
Wenn ein Annahmeknoten ein ungültiges
Bit an einer dieser Positionen erfasst, wird vom Empfänger ein
Formatfehler signalisiert. Die Anzahl der Formatfehler, die im Erfassungsmodus 62 auftreten,
wird für
Vergleichszwecke bis zu einem Grenzwert tabuliert. Eine weitere überwachte
Fehlerart ist ein Bestätigungs-
(ACK-) Fehler, der von einem Sendeknoten signalisiert wird. Außerdem wird
der aktuelle Bitpegel im Erfassungsmodus überwacht.
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Das
Bitstopfen wurde bereits genannt. Das Bitstopfprotokoll verlangt,
dass jedesmal, wenn fünf aufeinander
folgende Bitlevel gleicher Polarität übermittelt wurden, ein Sender
automatisch ein Bit der entgegengesetzten Polarität in den
Bitstrom einfügt (stopft).
Die Empfänger
löschen
diese Bits vor dem Verarbeiten von Nachrichten automatisch. Ein
Empfängerknoten,
der sechs aufeinander folgende Bits desselben Werts erfasst, signalisiert
einen Stopffehler. Das Auftreten von solchen Fehlern wird überwacht.
Fehlerleistungsdaten über
den CAN-Bus 18 werden entweder in Form eines Synchronsationsverlusts
oder einer niedrigen Übertragungsrate
zu einer Gesamtsumme aufgerechnet.
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Die
angezeigten Testdaten schließen
ein: Zeit; Ereigniszähler;
Nachrichtenfehlerquoten; Nachrichtenerfolgsquoten; Buszustand (aktiv/passiv/aus); Nullfehlerzählungsbis
Nicht-Nullfehlerzählungs-Übergänge; aktueller
Bestanden/Nicht Bestanden-Status für jede überwachte Fehlerquote; gespeicherter
Bestanden/Nicht Bestanden Status und die Fähigkeit, Bestanden/Nicht Bestanden-Signalpeicher
zurückzusetzen.
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4 ist
ein Blockdiagramm der Haupt-Funktionsblöcke des optisch-elektrischen Kopplers 40 und
einer Busfernsteuerung 46, die verwendet werden, um die
vorliegende Erfindung zu implementieren. Das System der vorliegenden
Erfindung macht es möglich,
einen CAN-Bus zu einem entfernten Ort auszuweiten, hier dem Standort
eines Personal Computers 44, ohne die Ergebnisse der EMI-Empfindlichkeitstests
des CAN-Busses zu
beeinträchtigen.
Eine Feldeinheit, die von einem optisch-elektrischen Koppler 40 bereitgestellt
wird, muss in großer
Nähe zum
Fahrzeug 13 betrieben werden können und befindet sich vorzugsweise
bis zu 2 Meter vom Diagnoseport 36 entfernt. Der optisch-elektrische
Koppler 40 ist in der Regel über ein CAN-kompatibles, verdrilltes
Leiterpaar 39, das zwischen einem J1939-Stubverbinder 70 und
einem Diagnoseport 36 angeschlossen ist, mit dem CAN-Bus 18 verbunden.
Ein interner optisch-elektrischer Koppler 40 schließt einen
J1939-Sender-Empfänger bzw.
Transceiver ein, um CAN-Nachrichten
in eine Impulssequenz zum Betätigen
von lichtemittierenden Dioden umzuwandeln (Teil des Faser-Transceivers 74).
Die LEDs und lichtempfindlichen Elemente des Faser-Transceivers 74 sind
in einem faseroptischen Verbinder 76 angeordnet, um Lichtimpulse
mit einer faseroptischen Strecke 42 zu koppeln. Die Zweiwegeübertragung
von Daten kann auf über
40 Meter ausgedehnt werden, wobei 35 Meter der EMI-Intensitätsumgebung
ausgesetzt sind, ohne dass es zu Bit-Timingproblemen kommt. Längere Einwegübertragungsstrecken
sind möglich.
Der optisch-elektrische Koppler ist gegen EMI geschirmt 78 und ist
vorzugsweise elektrisch unabhängig
vom Fahrzeug 13.
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Die
faseroptische Strecke 42 ist an einem Ende mit einem faseroptischen
Verbinder 76 an einem optisch-elektrischen Verbinder 40 angeschlossen
und am anderen Ende mit einem faseroptischen Verbinder an einer
Bus-Fernsteuerkarte 46, die in einem herkömmlichen
Personal Computer installiert ist. Die Bus-Fernsteuerkarte 46 weist
einen Faser-Transceiver 82 auf, der direkt mit dem faseroptischen
Verbinder 80 verbunden ist. Der Faser-Transceiver 82 kommuniziert
mit einer CAN-Steuereinheit 84, die ihrerseits über einen
ausgewählten
aktuellen Standard-PC-Bus, einschließlich eines ISA-Busses, eines
PCI-Busses oder eines PCMCIA-Busses, mit einer CAN-Steuereinheit
kommuniziert.
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5 erläutert
die Verbindungstopographie von zwei faseroptischen Transceiver-Kanälen 104 und 154,
die in einem optisch-elektrischen Verbinder 40 enthalten
sind. In der Testtopographie sind zwei unabhängige Bus-Fernsteuereinrichtungen 184 und 194,
die vorzugsweise auf unabhängigen
Testbett-Personal Computern installiert sind, die aber auch auf
dem gleichen Personal Computer installiert sein können. Die
Bus-Fernsteuereinrichtung 184 ist über eine Glasfaserstrecke 174 so
verbunden, dass sie Signale empfängt,
die von der LED 110A gesendet werden, oder dass sie Signale
an ein licht empfindliches Empfängerelement 112A in
einem faseroptischen Verbinder 170 sendet. Die Bus-Fernsteuereinrichtung 194 ist
ebenso über
eine Glasfaserstrecke 164 mit einem faseroptischen Verbinder 76 verbunden,
der seinerseits ein Senderelement 112 und ein Empfängerelement 110 im
Verbinder 70 einschließt.
Signale können über die
Glasfaserstrecke 164 gesendet oder empfangen werden. Kanäle 154 und 104 werden
elektrisch mit einem J1939-kompatiblen verdrillten Leiterpaar 144 verbunden.
Optische Signale, die entweder zum Kanal 154 oder zum Kanal 104 gesendet
werden, werden vom Empfängerkanal
als elektrische Signale über
das Kabel 144 zum Nicht-Empfängerkanal geschickt, um erneut
als optische Signale gesendet zu werden. Somit ist ein vollständiges Testen
der Einheit möglich.
Die differenzierten Kanäle
haben auch die Fähigkeit,
ihre eigenen Nachrichten zu empfangen und Schaltungen von Steuereinrichtungen
zu den Verbindungen hinaus zu überprüfen. Somit
ist die Gefahr von falschen Anzeigen eines korrekten Betriebs eingegrenzt.
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6 ist
ein detaillierter Schaltplan für
eine bevorzugte Ausführungsform
des optisch-elektrischen Kopplers 40, der einen Lichtwellenleiter 104 und
eine Energiequelle 90 darstellt. Ein zweiter Lichtwellenleiter
ist aus Gründen
der Klarheit weggelassen. Die elektrische Isolierung des Kopplers 40 gegenüber dem
Energiesystem des überwachten CAN-Netzes
wird üblicherweise
von einem Energieversorgungsabschnitt 88 bereitgestellt,
der sechs handelsüblichen
1,5 Volt-Batterien verwendet, die als Block 90 in Reihe
geschaltet sind. Der Koppler 40 kann durch einen einfachen
Hartschalter 92 betätigt werden,
der mit dem Batterieblock 90 in Reihe geschaltet ist. Eine
fünf Volt-Quelle 100 ist über einen Reglerabschnitt 102 von
der maximalen 9,0-Volt-Ausgangsquelle, die von einem frischen Block 90 unterstützt wird,
unterstützt.
Eine „EIN"-Anzeige wird durch die Stromversorgung
einer grünen LED 94,
die im Außenschirm 78 des
Kopplers 40 angebracht ist, bereitgestellt. Dies passiert,
wenn die positive Ausgangsspannung im „Kanal 2" ausreichend
hoch ist. Eine Niederenergieanzeige wird durch die Stromversorgung
einer roten LED 96 angezeigt, die in einem Sondenabschnitt 98 angeordnet ist.
Die LED 96 leitet Strom als Antwort auf die Abnahme der
Spannung der Ausgangsquellenspannung auf unter einen minimalen erforderlichen
Pegel.
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Ein
Lichtwellenleiter-Transceiverabschntt 104 schließt einen
JI939-Stubverbinder ein. Der Transceiverabschnitt 104 schließt eine
LED 110 und ein lichtempfindliches Element 112 ein.
Die Schaltung ist üblich
für die Änderung
des Formats der Nachrichten aus oder in CAN-Standards.
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Die
Erfindung stellte eine zuverlässige CAN-Kommunikationsstrecke
zu einem entfernten Ort in einer EMI-Intensitätsumgebung bereit. Da die Kommunikationsstrecke
optisch ist, beeinflusst sie nicht die EMI-Empfindlichkeit eines
getesteten elektrischen Kommunikationssystems. Die Strecke selbst kann
ohne Weiteres für
die Verwendung in einer bestimmten EMI-Umgebung qualifiziert werden.
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Obwohl
die Erfindung nur in einer ihrer Formen gezeigt ist, ist sie nicht
darauf beschränkt,
sondern unterliegt verschiedenen Änderungen und Modifizierungen,
ohne vom Bereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.