EP1238495A2 - Datenaustausch auf einem datenbus - Google Patents

Datenaustausch auf einem datenbus

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Publication number
EP1238495A2
EP1238495A2 EP00990534A EP00990534A EP1238495A2 EP 1238495 A2 EP1238495 A2 EP 1238495A2 EP 00990534 A EP00990534 A EP 00990534A EP 00990534 A EP00990534 A EP 00990534A EP 1238495 A2 EP1238495 A2 EP 1238495A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bus
data
branches
bus line
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00990534A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Goss
Markus Kucera
Roman Nossal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1238495A2 publication Critical patent/EP1238495A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40169—Flexible bus arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for data exchange on a data bus and a data bus with at least one bus line with defined levels for a dominant and a recessive state, in particular for motor vehicle technology.
  • a communication network for a vehicle in which an erroneous operation of control devices is to be prevented.
  • a large number of control devices are connected to bus bars.
  • the bus bars can be connected to one another and separated from one another via a switching device, so that the control devices can be separated into groups that use different communication methods.
  • the patent specification EP 0 412 085 B1 relates to a network interface in which an interruption or short circuit on the bus line connected to the network interface can be detected even when the network work interface is in an inactivated operating mode ("sleep ode"). It is an object of the invention to provide a method for data exchange on a data bus and a data bus which allow at least partial maintenance of the data exchange, even if a fault has occurred on a bus line.
  • At least one data exchange can take place in the event of a fault on a bus line in which the bus level is incorrectly present (stuck at dominant state or stuck at recessive state) or in which the undefined level is present to be continued on a bus branch.
  • a fault can occur, for example, in the event of a local short circuit to ground or an external short circuit to a power supply.
  • the bus branches are reconnected when the error disappears or when the data bus is reset when it is switched on again.
  • the bus branches can only be connected when the device is switched on again.
  • the data exchange on the data bus is preferably carried out using pulse-code-modulated data m NRZ (no return to zero) and bit stuffing to interrupt long high or low bit sequences.
  • bit stream can be encoded by means of a self-synchronizing coding.
  • Preferred areas of application of the invention are safety-relevant applications in motor vehicles, such as, for example, a data bus for an electromechanical brake or steering,
  • An bus branch advantageously connects two actuators of an electromechanical brake. This means that two wheels can be braked by a bus branch that has remained intact, similar to a conventional hydraulic dual-circuit system.
  • the actuators connected by the bus branch are preferably arranged diagonally on different vehicle axles.
  • the figure shows a data bus with an isolating circuit.
  • the data bus shown has two bus lines 1 and 2 for connecting bus subscribers or computing units (not shown).
  • the computing units are connected in parallel to the data bus.
  • the computing units are control systems and controllers connected to them, which issue received control commands to electric motors that actuate wheel brakes.
  • Data is transmitted on the bus lines by switching between defined levels for a dominant state and for a recessive state.
  • the dominant state is the higher priority state. In the present case, a voltage of 3.5 V is applied to one bus line and a voltage of 1.5 V to the other bus line in the dominant state. In the recessive state, both bus lines are supplied with 2.5V. This corresponds to the "unoccupied" state. If the dominant state and the recessive state occur simultaneously, the dominant state consequently "overwrites" the recessive state.
  • the connected computing units cause a change between the dominant state and the recessive state for data transmission.
  • the dominant state can be a certain voltage or current level to which the logic state high or low is assigned. The level is formed from the difference between the levels on the two bus lines 1 and 2.
  • the bus lines 1, 2 are monitored by an isolating circuit 3.
  • the isolating circuit 3 comprises a monitoring logic 31 for recognizing a dominant state which persists in an erroneous manner, which is referred to below as SADS (stuck at dominant state).
  • SADS sleep at dominant state
  • An SADS error occurs when a defective bus subscriber or an electrical contact between the power supply line and a bus line (external fault) causes the dominant state to be present for longer than a defined time interval. The time interval is determined depending on the coding.
  • the monitoring logic 31 contains a receiver or a transceiver 311 and a status monitoring 312.
  • the status monitoring 312 permanently monitors the logic level which is transmitted from the transceiver 311 to the status monitoring 312 on a receiving line.
  • An SADS error is detected by the status monitor 312, which monitors the receive line. If the bit representation on the reception line, which corresponds to the dominant state, is present longer than a predetermined time interval, then a SADS error is recognized.
  • the isolating circuit 3 has a measuring unit 32 for recognizing a recessive state which is erroneously persistent, which is referred to below as SARS (stuck at recessive state).
  • SARS spike at recessive state
  • An SARS error occurs when as a result of an external short circuit or a short circuit, the dominant state can no longer be set.
  • This error is recognized by the measuring unit 32 through a resistance measurement.
  • the resistance between the two bus lines 1 and 2 is specified by the terminating resistors.
  • the resistance measurement must not impair communication on the bus lines. This is ensured by a known diode resistance circuit, not shown in the figure. This enables a resistance measurement to be carried out at any time.
  • a switch control 33 separates the data bus into two bus branches 11 and 21 via isolating switches 34 and 35 if the monitoring logic has detected an SADS error or the measuring unit 32 has detected a SARS error.
  • the isolating switches 34 and 35 are each switched to a terminating resistor 36 or 37.
  • the two bus lines 1 and 2 are connected to one another via the terminating resistors and consequently terminated correctly. Since a single error can affect only one of the bus branches 11 or 21, it is possible to maintain data exchange on the other bus branch. This is particularly useful if a control unit that controls actuators connected to the bus lines is either designed redundantly for each bus branch or has separate connections to the bus branches.
  • bus branches 11 and 21 are interconnected when the system is reset as a result of the system being switched off and on again (power-on reset).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zum Datenaustausch auf einem Datenbus werden Daten auf einer Busleitung (1; 2) übertragen, indem zwischen definierten Pegeln für einen dominanten Zustand und einen rezessiven Zustand gewechselt wird. Die Busleitung wird in wenigstens zwei Zweige (11; 21) getrennt, wenn der Pegel für den dominanten Zustand an der Busleitung (1; 2) länger als ein vorbestimmtes Zeitintervall anliegt. Der Datenaustausch kann auf dem von einer Störung unbeeinflussten Zweig des Datenbusses fortgesetzt werden.

Description

Beschreibung
Datenaustausch auf einem Datenbus
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Datenaustausch auf einem Datenbus und einen Datenbus mit mindestens einer Bus- leitung mit definierten Pegeln für einen dominanten und einen rezessiven Zustand, insbesondere für die Kraftfahrzeugtech- nik.
In der Kraftfahrzeugtechnik halten zunehmend Datenbusse Einzug. Im Falle eines Kurzschlusses einer Busleitung oder des Kontakts mit einem anderen Potential (Fremdschluss ) kann es zu einem Totalausfall der Kommunikation kommen. Auch kann ein defekter Busteilnehmer den Datenaustausch zum Erliegen bringen, wenn er die Busleitung permanent auf ein bestimmtes Potential setzt. Dies ist insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen in einem Kraftfahrzeug problematisch.
Aus der Offenlegungsschrift DE 195 15 194 AI ist ein Kommunikationsnetzwerk für em Fahrzeug bekannt, bei dem em irrtümlicher Betrieb von Steuereinrichtungen verhindert werden soll. Hierzu wird eine Vielzahl von Steuereinrichtungen mit Busschienen verbunden. Die Busschienen können über eine Schalteinrichtung miteinander verbunden werden und voneinander getrennt werden, so dass die Steuereinrichtungen in Gruppen auftrennbar sind, die unterschiedliche Kommunikationsverfahren anwenden. Es ist allerdings kein Schutz vor einem Defekt einer Busleitung vorgesehen.
Die Patentschrift EP 0 412 085 Bl betrifft eine Netzwerkschnittstelle, bei der eine Unterbrechung oder e Kurz- schluss emer mit der Netzwerkschnittstelle verbundenen Busleitung selbst dann erkannt werden kann, wenn sich die Netz- Werkschnittstelle in einem inaktiviertem Betriebsmodus ("sleep ode") befindet. Es ist em Ziel der Erfindung, em Verfahren zum Datenaustausch auf einem Datenbus und einen Datenbus bereitzustellen, die eine wenigstens teilweise Aufrechterhaltung des Datenaus- tauschs erlauben, selbst wenn eine Störung auf einer Buslei- tung aufgetreten ist.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren und einem Datenbus erreicht, wie sie m den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind m den Unteranspruchen angegeben.
Durch die Trennung der Busleitung m wenigstens zwei Buszweige kann bei einer Störung auf einer Busleitung, bei der fehlerhafter Weise em Buspegel dauerhaft anliegt (stuck at do- mmante State oder stuck at recessive State) oder bei der em nicht definierter Pegel anliegt, der Datenaustausch wenigstens auf einem Buszweig fortgesetzt werden. Eine solche Störung kann beispielsweise bei einem lokalen Kurzschluss mit Masse oder bei einem Fremdschluss mit einer Energieversorgung auftreten.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform werden die Buszweige wieder miteinander verbunden, wenn der Fehler verschwindet oder wenn der Datenbus bei einem neuen Einschalten zurückgesetzt wird. Alternativ kann em Zusammenschluss der Buszweige ausschließlich bei einem neuen Einschalten erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt der Datenaustausch auf dem Datenbus mit pulse-kode-modulierten Daten m NRZ (no return to zero) und Bit-Fullung (bit stuffing) zur Unterbrechung langer High- oder Low-Bitfolgen.
Ferner kann der Bitstrom mittels einer selbstsynchromsieren- den Kodierung kodiert sein. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind sicherheitsrelevante Anwendungen n Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise em Datenbus für eine elektromechanische Bremse oder Lenkung,
Vorteilhafterweise verbindet em Buszweig zwei Aktoren einer elektromechanischen Bremse. Dadurch können analog einem herkömmlichen hydraulischen Zweikreissystem durch einen intakt gebliebenen Buszweig zwei Rader gebremst werden. Die durch den Buszweig verbundenen Aktoren sind vorzugsweise diagonal an unterschiedlichen Fahrzeugachsen angeordnet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmoglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels m Verbindung mit der Zeichnung.
Die Figur zeigt einen Datenbus mit einer Trennschaltung.
Der dargestellte Datenbus weist zwei Busleitungen 1 und 2 zur Verbindung nicht dargestellter Busteilnehmer oder Rechenein- heiten auf. Die Recheneinheiten sind parallel an den Datenbus angeschlossen. Bei den Recheneinheiten handelt es sich um em Steuersystem und mit diesem Verbindung stehende Kontroller, die empfangene Steuerbefehle an Elektromotoren ausgeben, die Radbremsen betätigen.
Auf den Busleitungen werden Daten übertragen, indem zwischen definierten Pegeln für einen dominanten Zustand und für einen rezessiven Zustand gewechselt wird. Der dominante Zustand ist der Zustand höherer Priorität. Im vorliegenden Fall wird im dominanten Zustand an eine Busleitung eine Spannung von 3,5V und an die andere Busleitung eine Spannung von 1,5 V angelegt. Im rezessiven Zustand sind beide Busleitungen mit 2,5V beaufschlagt. Dies entspricht dem „unbelegten" Zustand. Bei einem gleichzeitigem Auftreten des dominanten Zustands und des rezessiven Zustands „überschreibt" folglich der dominante Zustand den rezessiven Zustand. Zur Datenübertragung veranlassen die angeschlossenen Recheneinheiten einen Wechsel zwischen dem dominanten Zustand und dem rezessiven Zustand. Der dominante Zustand kann em bestimmter Spannungs- oder Strompegel sein, dem der logische Zustand High oder Low zugeordnet ist. Der Pegel wird aus der Differenz zwischen den Pegeln an den beiden Busleitungen 1 und 2 gebildet.
Die Busleitungen 1, 2 werden von einer Trennschaltung 3 uber- wacht.
Die Trennschaltung 3 umfasst eine Uberwachungslogik 31 zur Erkennung eines fehlerhafter Weise andauernden dominanten Zustands, der im folgenden mit SADS (stuck at dominant State) bezeichnet wird. Em SADS-Fehler tritt em, wenn durch einen defekten Busteilnehmer oder einem elektrischen Kontakt zwischen emer Energieversorgungsleitung und einer Busleitung (Fremdschluss) der dominante Zustand langer als em definiertes Zeitmtervall anliegt. Das Zeitmtervall wird dabei in Abhängigkeit von der Kodierung bestimmt.
Die Uberwachungslogik 31 enthalt einen Receiver oder einen Transceiver 311 und eine Zustandsuberwachung 312. Die Zu- standsuberwachung 312 überwacht permanent den logischen Pe- gel, der auf einer Empfangsleitung vom Transceiver 311 an die Zustandsuberwachung 312 übermittelt wird.
Em SADS-Fehler wird von der Zustandsuberwachung 312 detek- tiert, die die Empfangsleitung überwacht. Liegt auf der Emp- fangsleitung die Bitreprasentation, die dem dominanten Zustand entspricht, langer als em vorbestimmtes Zeitmtervall an, so ist em SADS-Fehler erkannt.
Ferner weist die Trennschaltung 3 eine Messeinheit 32 zur Er- kennung eines fehlerhafterweise andauernden rezessiven Zustands auf, der im folgenden mit SARS (stuck at recessive State) bezeichnet wird. Em SARS-Fehler tritt auf, wenn in- folge eines Fremdschlusses oder eines Kurzschlusses der dominante Zustand nicht mehr eingestellt werden kann. Dieser Fehler wird von der Messeinheit 32 durch eine Widerstandsmessung erkannt. Der Widerstand zwischen den beiden Busleitungen 1 und 2 ist durch die Abschlusswiderstande vorgegeben. Die Widerstandsmessung darf die Kommunikation auf den Busleitungen nicht beeinträchtigen. Dies wird durch eine in der Figur nicht dargestellte bekannte Dioden-Widerstandsschaltung gewahrleistet. Dadurch kann eine Widerstandsmessung zu einem beliebigem Zeitpunkt erfolgen.
Eine Schaltersteuerung 33 trennt über Trennschalter 34 und 35 den Datenbus in zwei Buszweige 11 und 21 auf, wenn von der Uberwachungslogik em SADS-Fehler oder von der Messeinheit 32 em SARS-Fehler erkannt worden ist. Bei der Auftrennung der Busleitungen 1, 2 werden die Trennschalter 34 und 35 jeweils auf einen Abschlusswiderstand 36 oder 37 umgelegt. Dadurch werden in jedem der beiden Buszweige die beiden Busleitungen 1 und 2 über die Abschlusswiderstande miteinander verbunden und folglich korrekt terminiert. Da ein einzelner Fehler nur einen der Buszweige 11 oder 21 betreffen kann, ist es möglich, den Datenaustausch auf dem anderen Buszweig aufrecht zu erhalten. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn eine Steuereinheit, die an die Busleitungen angeschlossene Aktoren steu- ert, entweder für jeden Buszweig redundant ausgeführt ist oder separate Verbindungen zu den Buszweigen aufweist.
Nach dem Trennen des Datenbusses wird die Überwachung durch die Uberwachungslogik 31 und die Messeinheit 32 fortgesetzt. Wird festgestellt, dass kein SADS- oder SARS- Fehler mehr vorliegt bzw. kein unzulässiges Potential mehr an den Busleitungen anliegt, so werden die Buszweige 11 und 21 wieder zusammengeschaltet .
Zusatzlich erfolgt ein Zusammenschalten der Buszweige 11 und 21 bei einem Rucksetzen des Systems infolge eines Abschaltens und neuen Emschaltens des Systems (power-on reset) .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Datenaustausch auf einem Datenbus, wobei
- Daten auf einer Busleitung (1; 2) übertragen werden, indem zwischen definierten Pegeln für einen dominanten Zustand und einen rezessiven Zustand gewechselt wird,
- die Busleitung m wenigstens zwei Zweige (11; 21) getrennt wird, wenn der Pegel für den dominanten Zustand an der Busleitung (1; 2) langer als em vorbestimmtes Zeitmtervall anliegt,
- der Datenaustausch wenigstens einem der Zweige (11; 21) fortgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Busleitung (1; 2) m wenigstens zwei Zweige (11; 21) getrennt wird, wenn auf der Busleitung ein Kurzschluss oder em Fremdschluss vorliegt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Trennung der Busleitungen (1; 2) jeder Zweig (11; 21) mit einem Abschlusswiderstand (35; 36) versehen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bitstrom durch NRZ und Bit-Stuffing kodiert ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bitstrom mittels einer selbstsyn- chronisierenden Kodierung kodiert ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Buszweige (11; 21) wieder miteinander verbunden werden, wenn die Energieversorgung des Datenbusses neu eingeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegel der getrennten Buszweige (11; 21) überwacht werden, und dass die Buszweige wieder miteinander verbunden werden, wenn die definierten Pegel wieder er- reicht werden.
8. Datenbus zur Verbindung von Recheneinheiten, der aufweist:
- mindestens eine Busleitung (1; 2) mit definierten Pegeln für einen dominanten Zustand und für einen rezessiven Zu- stand,
- eine Trennschaltung (3), die die Busleitung (1; 2) in zwei autonom weiter arbeitende Zweige (11; 21) trennt, wenn der Pegel für den dominanten Zustand der Busleitung (1; 2) langer als em vorbestimmtes Zeitmtervall anliegt.
9. Datenbus nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (32) zur Detektion eines Kurzschlusses oder eines Fremdschlusses vorgesehen ist.
10. Datenbus nach einem der vorhergehenden auf einen Datenbus gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass em Buszweig (11; 21) zwei Aktoren emer elektromechanischen Bremse verbindet, die diagonal an unterschiedlichen Fahrzeugachsen angeordnet sind.
EP00990534A 1999-12-16 2000-12-14 Datenaustausch auf einem datenbus Withdrawn EP1238495A2 (de)

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DE19960800 1999-12-16
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