JP3728402B2 - 特に車両におけるデータ伝送システムおよびデータ伝送方法 - Google Patents
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Description
本発明は2つの線路を有するバスを介して相互に接続された少なくとも2つのデータ処理ユニットを備えたデータ伝送システムに関する。本発明はまたデータ伝送方法に関する。
【0002】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第19622685号公報から、本発明の請求項1の上位概念に相応する車両の乗員保護システムで使用されるデータ伝送システムが公知である。ここでは制御装置は2つの線路を有するバスを介して点火ドライバ回路に接続されている。2つのバス線路間には点火ドライバ回路への給電のための直流電圧が印加され、この電圧には振幅変調によって伝送されるデータ信号が重畳されている。
【0003】
一般にこの種のデータ伝送システムは短絡の危険を免れない。なぜなら一方のバス線路が欠陥を起こして固定電位(例えばグラウンド電位、電源電圧、または他の固定電位)に置かれたコンポーネントと導電的に接触してしまった場合、データ伝送はもはや確実には保証されないからである。この種の導電的な接触は例えば車両でしばしば発生する振動や摩擦、またはアイソレーション部の欠陥などに基づいて生じる。こうしたケースでは安全性に関して重要なデータ伝送が損なわれるのみでなく、場合によっては1つまたは複数のバスドライバが高い短絡電流によって損なわれ、これにより短絡を除去ないし消去した後のデータ通信までも障害を受けたりまたは不可能になったりしかねない。その場合にはドライバを交換しなければならなくなる。
【0004】
したがって本発明の課題は、改善された短絡耐性を有するデータ伝送システムを提供することである。
【0005】
この課題は請求項1記載の特徴により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【0006】
さらに本発明によれば請求項6記載の特徴を有するデータ伝送方法が提供される。
【0007】
本発明ではバス線路の一方または双方での短絡の発生がアクティブに検査され、短絡電流または短絡電圧が発生した場合に相応の処置が導入される。有利には短絡検出後に2つのバス線路の目標電位が切り換えられる。これにより例えばその時点まで正の電位が印加されていた線路がゼロ電位またはロー電位へ切り換えられ、それまでゼロ電位またはロー電位が印加されていた線路がハイ電位へ切り換えられる。例えばその時点までハイ電位が印加されていたバス線路がグラウンドまたはロー電位の値へ短絡した場合、バス線路の電位を切り換えることにより、受信側でバス線路間のほぼ同じ差電圧が受信され、データ伝送時の構成どおりの振幅変調度をほぼ維持することができる。その時点までゼロ電位またはゼロ電位近傍に置かれていたバス線路は極性切り換え後にハイ電位を印加され、グラウンド電位またはロー電位へ短絡した他方のバス線路に対する電位差が維持されることが保証される。短絡時の2つのバス線路の極性切り換えによれば、確実なデータ伝送の維持が行えるほか、場合により連続的な給電も可能となる。これはバス線路がデータ伝送のみでなく、接続されているデータ処理ユニットへの直流電流の給電に用いられる場合である(ドイツ連邦共和国特許出願公開第19622685号明細書を参照)。
【0008】
短絡が検出されると、場合によっては短絡したバス線路のドライバもディスエーブルされる。これにより過度に高い短絡電流に起因するドライバの過負荷および損傷が回避される。
【0009】
本発明のデータ伝送システムは、短絡のない場合には一方のバス線路のみがデータ伝送のための振幅変調を行い、他方のバス線路を一定の電位にとどめるように構成されている。その時点まで振幅変調の行われていたバス線路で短絡が発生した後はじめて他方のバス線路が振幅変調へ切り換えられる。ただし有利にはバスドライバシステムを対称に構成し、線路の目標電圧、例えば+10V、0Vを同期して変調する。これにより意図的な変調振幅の変化量が双方の線路に対して等しく分割される。振幅変調が50%の変調度で行われる場合、一方の線路は例えば+10Vと+7.5Vとの間で切り換えられ、他方の線路はこれに同期して0Vと+2.5Vとの間で切り換えられる。このため受信機では2つのバス線路間での差電圧が10Vと5Vとで変動する。この種のシステムでは有利には、2つのラインドライバのうちの一方を対応するバス線路の短絡により遮断しなければならない場合、不活性の他方バス線路に対応するドライバが切り換えられて2倍の電圧のスウィングが形成されるように構成されている。例えば+10Vのバス線路がグラウンドへ短絡すると、他方のバス線路がその時点までの0Vから+10Vへ切り換えられるだけでなく、ドライバも+10Vと+5Vとの間の振幅変調を行うように制御される。このようにして受信機では障害のない場合と同じ振幅変調度が受信される。これによりデータ伝送の確実性はさらに改善される。一方のドライバの振幅の大きさを他方のバス線路のドライバのディスエーブル後に2倍にする措置はバス線路の電位について先行して電位の切り換えが行われなかった場合にも行うことができる。これは例えばその時点まで目標電位0Vで駆動されていたバス線路がグラウンドへ持続的に短絡した場合に相当する。このような場合にはもちろん電位の切り換えは抑圧され、有利にはハイレベルに置かれた他方のバス線路に対応するドライバの振幅の大きさが2倍にされる。
【0010】
前述のデータ伝送システムとしては一般にデータ伝送に適した任意の形式のデータおよびシステムを使用可能であるが、有利には車両内のセクション、例えば車両乗員保護システムで使用される中央制御機器とセンサおよび/または点火ピルドライバ回路との間のデータ伝送、または盗難防止装置制御システムなどが挙げられる。
【0011】
本発明を以下に実施例に則して図を参照しながら詳細に説明する。図1にはデータ伝送システムの実施例の概略的なブロック回路図が示されている。図2にはデータ伝送システムの動作を説明するフローチャートが示されている。図3には2つのバス線路で発生する信号の特性が示されている。
【0012】
図1に示された実施例には制御機器10が含まれている。この制御機器は例えば車両乗員保護システムの中央制御機器であり、制御装置1とこれによって制御される2つのバスドライバ2、3とを有している。各ドライバ2、3は2線バス8のそれぞれの線路6、7に対して設けられており、対応する線路6、7の電位をデータ伝送のために制御する。これらの線路は場合によっては2つの線路または端子を介してバス8の2つの線路6、7へ接続された他のデータ伝送ユニットまたはデータ処理ユニット9への直流電流の給電にも使用される。線路6には検出器4(U/I検出器)が接続されており、この検出器は線路6の電位および/またはこの線路を流れる電流を検出する。同様に線路7の電位および/または電流を検出する検出器5(U/I検出器)が線路7に接続されている。検出器4、5の出力側は制御装置1の入力側へ接続されており、線路6、7の電圧および/または電流を監視している。
【0013】
最も簡単なケースでは検出器4、5は単なる短絡電流検出器として構成されており、実際に流れる電流と短絡を信号化する基準値とを比較する。基準値に達するかまたは基準値が上方超過されると、過電流を信号化する信号が制御装置1へ印加される。これにより制御装置1は自身で電流評価を行なわずに済むので、大幅に負荷を軽減される。しかも有利には検出器4、5によりさらに線路6、7の実際の電位も検出されるので、制御装置1は短絡の発生を予測されない電位の変化によっても知ることができる。障害のない場合にはドライバ2は線路6に対して少なくともデータ伝送中(場合によっては持続的にスイッチオン駆動状態中)例えば+10Vのハイ電位の値を印加する。ドライバ2は線路7を障害のない場合に通常線路6の電位とは異なる電位値、例えば0Vへ置き、バスに対して10Vの差電圧を与える。データ伝送の際にはこの差電圧が変調される。このためにドライバ2は線路6の電位を伝送すべき0、1に同期して選択された符号方式に依存して通常の電位+10Vとこれより小さい例えば+7.5Vとの間で切り換える。これに対して対称にかつ同期してドライバ3も線路7の電位を電位値0Vと+2.5Vとの間で変化させる。このように差電圧は+5Vと+10Vとの間で伝送すべきデータに同期して切り換えられる。差電圧の交番変化はデータ処理ユニット9によって検出され評価される。一般にはさらに別のデータ処理ユニットもバス8に接続されており、その場合このユニットはアドレスによって選択される。双方向通信の際にはデータ処理ユニット9にもバス電圧を変調するドライバが設けられ、その場合制御機器10には線路6、7に接続された相応の評価回路が設けられる。
【0014】
図1からわかるように、2つのドライバに対してそれぞれ入力電圧+10V、0V(または他の適切な値の電圧)が印加され、ドライバ2は障害のある場合に目標電位10Vから0Vへ切り換えられ、同様にドライバ3は目標電位0Vから目標電位10Vへ切り換えられる。これにより線路6、7上の電圧の電圧極性を切り換えることができる。このような切り換えの後、ドライバ2はデータ伝送のために線路6を電位値0Vと+2.5Vとの間で変調し、ドライバ3は線路7を+10Vと+7.5Vとの間で振幅変調する。したがってバス上で発生する差電圧は切り換えの後も5Vと10Vとの間で変調され、唯一の差は線路7の電位が線路6の電位よりも大きいということである。この切り換えは検出された短絡の所定のタイプに応じて行われ、このことは後に詳細に説明する。入力側のドライバ2、3にそれぞれ目標値+10V、0Vを給電することに代えて、選択手段として、短絡が生じた場合にドライバ2、3と線路6、7との接続のみを切り換えるように構成することもできる。これによりドライバ2は線路7を+10Vと+7.5Vとの間で変調し、これに対してドライバ3は線路6に接続され、この線路を0Vと+2.5Vとの間で変調する。この場合ドライバ2への“0V”の給電はドライバ3への“+10V”の給電と同様に省略される。
【0015】
選択手段として2つのドライバ2、3にそれぞれ+10V、0Vに対する2つの分離したドライバセクションを設け、そのうち一方のみを作動することができる。その際には制御装置1がドライバ2、3に接続された制御線路を介して2つのドライバセクション間の切り換えを定める。この場合実際には4つのドライバが存在することになるが、そのうちそれぞれ2つまたは場合によっては1つだけが他方のバス線路に対するドライバの完全遮断時にアクティブとなる。前述の電圧値0V、2.5V、7.5V、10Vは単なる例に過ぎず、実際の適用状況に応じて他の値を採用してもよい。
【0016】
さらにデータ伝送のために一方のバス線路、例えば線路6上の電圧振幅のみを変調することもできる。バス線路6の短絡が検出された後、他方の線路7の変調への切り換えが行われるが、データ伝送は連続して行うことができる。
【0017】
図2を参照しながら以下にデータ伝送システムの動作プロセスを説明する。プログラムルーチンの開始後、ステップS1でドライバ2が電流制限状態で動作しているか否か、すなわち短絡電流が流れているか否かが検査される。短絡は検出器4により検出され、この検出器から制御装置1へ相応のメッセージが送出される。場合により短絡電流の検出を直接に制御装置1が行ってもよい。例えば150mAまでの電流制限を設定することができるが、最大電流はシステムが正常に動作している場合で例えば100mAを超えて上昇することはない。したがってこの値を超える強い電流は別の電位(例えば車両シャシでのグラウンド電位)への線路6での短絡を示す指標となる。ただし他の電位に置かれたコンポーネント、例えば他の線路への短絡が発生することもある。
【0018】
ドライバ2が電流制限状態にある場合、このドライバはステップS2で遮断され、障害がなければ線路6の電位は0Vへ低下する。続いて制御装置1はステップS3で線路6の電圧aMが5Vよりも大きいか否か、すなわち線路6、7間の通常の電圧差の1/2よりも大きいか否かを検査する。さらに線路7の電位bMが5Vよりも大きいか否かが検査される。後者の検査はバス線路の極性切り換えが有効であるか否かを決定するために行われる。線路7の電位bMが同様に5V以上である場合は極性切り換えによっても全体の状況を有効に改善することはできない。電位aMおよび/またはbMが5Vよりも大きい場合にはステップS3は周期的に反復され、ドライバ2は遮断されたままとなる。
【0019】
ステップS3での応答がノーであった場合にはステップS4へ移行し、ここでドライバ2が再びスイッチオンされる。続いてステップS9へ移行し、ここでこのブロックが例えば最後の手動リセットまたはシステムのスイッチオン時に行われた最後のリセットから1回は経過されているか否かが検査される。経過されている場合にはステップS9は反復され、システムは待機状態に置かれる。このステップS9は短絡の問題を極性切り換えによって解決できない場合に周期的な極性切り換えを阻止するためのものであり、このことは後に説明する。場合によりこのステップS9を省略することもでき、その場合にはステップS4の後、直接にステップS10へ移行する。
【0020】
ステップS9での応答がノーであった場合、ステップS10でバス8の極性が切り換えられる。すなわち線路6、7の目標電位値が交換される。この場合ドライバ2は制御装置1によりバス線路6へ電位0Vが印加されるように切り換えられ、この線路は伝送すべきデータがあるとき0Vと+2.5Vとの間で切り換えられる。これに対してドライバ3は制御装置1により線路7へ目標電位+10V(場合により+7.5Vまで振幅変調される値)が印加されるように切り換えられる。バス8の極性を切り換えた後、プロセスは再びステップS1へジャンプして戻り、新たにドライバ2が電流制限状態にあるか否かが検査される。
【0021】
ステップS1での応答がノーであった場合はステップS5へ移行し、ここでドライバ3について対応するバス線路7で短絡が生じていないかどうか検査される。このために線路7を流れる電流が検出器5により問い合わされ、制御装置1へ相応の結果または実際に測定された電流値が報告される。短絡が発生しておらず、ドライバ3が電流制限状態で動作していない場合には再びステップS1へ移行し、ステップS1からステップS5が周期的に反復される。
【0022】
これに対してドライバ3が電流制限状態にある場合にはステップS6へ移行し、ここでドライバ3が遮断される。その後ステップS7で線路6の電位aMおよび/または線路7の電位bMがそれぞれ5Vより小さいか否かが検査される。これは線路6、7の電圧を検出器4、5により問い合わせて制御装置1へ報告するか、または制御装置1が直接に電位を測定することによりステップS3と同様に行われる。電位aM、bMの一方または双方が5Vより小さい場合、システムはステップS7で待機ループに置かれ、ドライバ3は遮断されたままとどまる。なぜならこの場合極性切り換えによっても状況が改善されないからである。ステップS7での応答がノーであった場合、ドライバ3はステップS8で再びスイッチオンされ、プロセスはブロックS9を経過する。ステップS1から直接にステップS5へ移行して極性切り換えが一度も行われていない場合には、ステップS9からステップS10へ移行し、バスの極性が切り換えられる。
【0023】
このシステムはバス線路6、7の短絡に対して、短絡のタイプに応じて、すなわち電位に依存して種々に応働できるように構成されている。ここでの応働とはバス線路の極性切り換えおよび/またはドライバ2、3の遮断である。これらの応働をまとめると次のようになる。一方の目標レベル10Vに対して設けられた線路が5Vと10Vの間の電圧へ短絡した場合、ドライバ2がステップS3で遮断され、そのまま保持される。線路6が0Vと5Vの間の電圧へ短絡した場合には極性がステップS10で切り換えられ、ステップS6、S7でドライバ3が遮断されてそのまま保持される。線路6がグラウンドへ短絡した場合には極性がステップS10で切り換えられる。その後システムが再び適切なデータ伝送を行えるようになるとドライバ2、3がスイッチオンされる。
【0024】
線路7が10V以上の電圧へ短絡した場合には、極性がステップS10で切り換えられる。線路7が5Vと10Vの間の電圧へ短絡した場合には極性が切り換えられ、ドライバ2が遮断される(まずドライバ3がステップS5で遮断され、その後ステップS8で再びスイッチオンされ、オンのまま保持される)。線路7が5Vよりも小さい電圧へ短絡した場合にはドライバ3は遮断され、そのまま保持される。固定電位への“ハード”な短絡については前述した通りである。ただしこのシステムは“ソフト”な短絡に対しても応働することができる。ソフトな短絡とは、高い電流が流れるのみで線路6、7の電位が目標値から大きく偏差しない状態をいう。線路6がグラウンドへのリーク電流を有し、この電流が例えば150mAに達する場合、ドライバ2は電流飽和状態にいたる。このことは検出器4および制御装置1を介して検出され、極性切り換えが行われる(ステップS10)。同様に極性切り換えは線路7がバッテリ電圧または他の高電圧へのリーク電流を有するようになった場合にも行われる。
【0025】
図3には線路6、7の電位の特性が示されている。線路6は時点12以前にはハイ電位10Vを有している。ここでスパイク状のピークはデータ伝送のために行われた10Vと7.5Vの間の振幅変調を表している。図3に(曲線bで)示されているように線路7の電位は0Vであり、線路6の電位に対して同期して対称に(0Vと2.5Vの間で)振幅変調されている。時点12の直前、線路7は5Vと10Vの間の電位へ短絡する。これによりドライバ3が過負荷となり、ステップS5〜S9が経過されて、その後時点12で極性切り換えが行われる。したがって時点12の後、データ伝送は切り換えられたバス極性で行われる。線路7上で短絡のためにもはや適切な振幅変調を行えない場合でも、線路6を介した振幅変調が行われ、これにより適切なデータ伝送が保証される。制御装置1は線路の短絡ひいては線路の欠陥を検出した後、振幅変調のために他方の障害のない線路のドライバを(場合により極性切り換え後に)駆動し、このドライバが2倍の大きさの振幅、例えば5Vを形成するように制御する。これにより受信側では短絡のない場合と同じ差電圧の変化が検出される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 データ伝送システムの実施例のブロック回路図である。
【図2】 データ伝送システムの動作を説明するフローチャートである。
【図3】 2つのバス線路で発生する信号の特性図である。
Claims (19)
- 2つの線路(6,7)を有するバス(8)を介して相互に接続された少なくとも2つのデータ処理ユニット(9,10)が設けられており、
2つの線路(6,7)は少なくともデータ伝送時に異なる目標電位を印加され、制御装置(1)によって形成されたデータは変調信号として少なくとも1つの目標電位に重畳変調され、
伝送すべき変調信号を形成する少なくとも1つのドライバ(2,3)が目標電位と変調信号とを重畳変調する線路(6,7)に接続されており、
一方の線路(6、7)の短絡を検出する短絡検出装置(1、4、5)が設けられている
データ伝送システムにおいて、
短絡検出装置(1,4,5)は短絡の検出に依存して短絡していないほうの線路にもともとは短絡したほうの線路が有していた目標電位を印加する
ことを特徴とするデータ伝送システム。 - 短絡検出装置(1、4、5)は短絡の検出に依存して線路の目標電位を相互に交換する、請求項1記載のデータ伝送システム。
- 短絡検出装置(1、4、5)は短絡の検出に依存して短絡した線路に配属されているドライバを遮断する、請求項1または2記載のデータ伝送システム。
- 2つの線路(6,7)を有するバス(8)を介して相互に接続された少なくとも2つのデータ処理ユニット(9,10)が設けられており、
2つの線路(6、7)は少なくともデータ伝送時に異なる目標電位を印加され、制御装置(1)によって形成されたデータは変調信号として少なくとも1つの目標電位に対して重畳変調され、
伝送すべき変調信号を形成する少なくとも1つのドライバ(2,3)が目標電位と変調信号とを重畳変調する線路(6,7)に接続されており、
一方の線路の短絡を検出する短絡検出装置(1、4、5)が設けられている
データ伝送システムにおいて、
短絡検出装置(1、4、5)は短絡が検出されたことに依存して短絡していない線路で変調信号の大きさを拡大する
ことを特徴とするデータ伝送システム。 - 制御装置(1)により一方のドライバ(2,3)が短絡に起因して遮断された後に他方のドライバが制御され、後者のドライバに対応する線路にはデータ伝送のために障害のない場合の2倍の大きさの変調信号が印加される、請求項4記載のデータ伝送システム。
- 2つの線路(6,7)を有するバス(8)を介して相互に接続された少なくとも2つのデータ処理ユニット(9,10)が設けられており、
2つの線路(6、7)は少なくともデータ伝送時に異なる目標電位を印加され、制御装置(1)によって形成されたデータは変調信号として1つの目標電位のみに対して重畳変調され、
伝送すべき変調信号を形成する少なくとも1つのドライバ(2,3)が目標電位と変調信号とを重畳変調する線路(6,7)に接続されており、
一方の線路(6、7)の短絡を検出する短絡検出装置(1、4、5)が設けられているデータ伝送システムにおいて、
短絡検出装置(1,4,5)は変調信号を伝送する線路で短絡が検出されたことに依存して変調信号と他方の線路の目標電位とを重畳変調する
ことを特徴とするデータ伝送システム。 - 線路電圧検出装置(4、5)が設けられており、該線路電圧検出装置により短絡した線路の電位、または短絡した線路の電位および他方の線路の電位が検査され、制御装置(1)により電位の切り換えおよび/または1つまたは複数のドライバ(2、3)の遮断が線路電圧に依存して制御される、請求項1から6までのいずれか1項記載のデータ伝送システム。
- 各線路(6、7)に固有のドライバ(2、3)が設けられており、該ドライバは障害のない場合に同期して動作し、それぞれ1/2の大きさの振幅変調を調製する、請求項1から5および7のうちいずれか1項記載のデータ伝送システム。
- データ処理装置はデータ検出のために2つの線路(6、7)間の電圧差を評価する、請求項1から8までのいずれか1項記載のデータ伝送システム。
- 2つの線路(6、7)を有するバス(8)を介して相互に結合された少なくとも2つのデータ処理ユニット(9、10)を設け、
2つの線路(6、7)に少なくともデータ伝送時にそれぞれ異なる目標電位を印加し、
線路(6、7)について短絡が発生していないか検査し、
短絡が発生した場合、短絡していないほうの線路にもともとは短絡したほうの線路が有していた目標電位を印加する
ことを特徴とするデータ伝送方法。 - 短絡が発生した場合に線路の目標電位を相互に交換する、請求項10記載のデータ伝送方法。
- 短絡が発生した場合に短絡したほうの線路に配属されているドライバを遮断する、請求項10または11記載のデータ伝送方法。
- 短絡を検出するために一方のドライバ(2、3)が電流制限状態にあるか否かを検査し、電流制限状態にある場合には当該のドライバを遮断し、その後当該のドライバに対応する線路(6、7)が有する電位と場合により他方の線路の電位とを検査する、請求項10から12までのいずれか1項記載のデータ伝送方法。
- 遮断されたドライバに対応する線路の電位または他方の線路の電位が所定の値よりも小さい場合、当該のドライバを遮断したままとする、請求項13記載のデータ伝送方法。
- バス(8)の極性を一度切り換えた後は更に短絡電流が発生しても極性の更なる切り換えを阻止する、請求項11から14までのいずれか1項記載のデータ伝送方法。
- ドライバの遮断後、動作しているドライバを制御して障害のない場合の2倍の大きさの電圧変化量を形成する、請求項12から15までのいずれか1項記載のデータ伝送方法。
- 2つの線路(6、7)を有するバス(8)を介して相互に結合された少なくとも2つのデータ伝送ユニット(9、10)を設け、
2つの線路(6、7)に少なくともデータ伝送時にそれぞれ異なる目標電位を印加し、
変調信号と少なくとも1つの目標電位とを重畳変調し、
各線路について短絡が発生していないか検査し、
短絡が発生した場合に短絡していない線路で変調信号の大きさを拡大する
ことを特徴とするデータ伝送方法。 - 変調信号の大きさを2倍にする、請求項17記載のデータ伝送方法。
- 2つの線路(6、7)を有するバス(8)を介して相互に結合された少なくとも2つのデータ伝送ユニット(9、10)を設け、
2つの線路(6、7)に少なくともデータ伝送時にそれぞれ異なる目標電位を印加し、
変調信号と一方の目標電位のみとを重畳変調し、
線路(6、7)について短絡が発生していないか検査し、
変調信号を伝送する線路に短絡が発生した場合、変調信号と他方の線路の目標電位とを重畳変調する
ことを特徴とするデータ伝送方法。
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