JP4382813B2 - 双方向のシングルワイヤデータ伝送方法および装置 - Google Patents

双方向のシングルワイヤデータ伝送方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は,制御装置と,少なくとも1つの周辺機器との間で,シングルワイヤで双方向にデータ伝送する方法および装置に関するものであって,その場合にシングルワイヤ導線の機能を診断することができる。
制御装置と,導線によってそれに接続されている少なくとも1つの周辺機器とからなる任意のシステムに適用可能であるが,本発明およびその基礎となる問題を,例えば自動車領域におけるオットーエンジン(Ottomotoren)のための点火システムまたは噴射システムを参照して説明する。
今日の自動車技術で使用されるシステムにおいては,周辺機器が導線を介して制御装置と接続されている。その場合,当該周辺機器のほとんどが,制御ユニットから空間的に分離されており,それによって導線およびインターフェイスへの特殊な要請が課される。
例えばCANバスシステムのような,自動車適用のためのインターフェイスシステムまたはバスシステムが知られている。これらのバスシステムは,もちろん,リアルタイムシステム,即ち,マイクロ秒領域内で切替えプロセスを即座に作動させるには適しておらず,空間的に分配されたシステムのミリ秒領域における時間的に厳密ではないデータ交換にしか適していない。
他のシステムは,制御装置による周辺機器の駆動の間だけしか情報をフィードバックできない,という欠点を有している。
発明の利点
請求項1の特徴を有する本発明に基づく方法および請求項9に基づく対応する装置は,既知の解決方法に対して,制御装置とそれぞれ駆動すべき周辺機器,例えば,自動車エンジンの点火コイルまたは噴射弁との間に,1本の導線のみによって干渉保護されたインターフェイスが形成され,その場合に,インターフェイスは,例えば自動車内の点火システムまたは噴射システムにおいて起こり得る,時間的状況に関するリアルタイム能力を有する,という利点を有している。
さらに,本発明に基づくシステムによって,制御装置による周辺機器の駆動が行われない場合でも,周辺機器から制御装置へのフィードバック情報をフィードバックすることができる。
さらに,シングルワイヤ導線の状態を,決められた通りの機能について監視することができる。
本発明の基礎となるアイデアは,制御装置から周辺機器へ電圧コード化された,あるいは電流コード化された情報を伝送するために,第1の時間枠の間にシングルワイヤ導線を介して制御装置から周辺機器への第1の電流の流れが生成され;かつ周辺機器から制御装置へ電圧コード化された,あるいは電流コード化されたフィードバック情報をフィードバックするために,第2の時間枠の間にシングルワイヤ導線を介して周辺機器から制御装置への第2の電流の流れが生成され;その場合に第1と第2の時間枠が互いに重ならないように形成されることにある。
従って,双方向のシングルワイヤインターフェイスが形成され,それにおいては同一のシングルワイヤ導線を介して,それぞれ別途生成された電流の流れを用いて,周辺機器と制御装置との間で双方向に情報を交換することができる。そのために,周辺機器は専用のエネルギ源を有している。従って制御装置による周辺機器の駆動が行われない時でも,周辺機器から制御装置へフィードバック情報を伝送することができる。
第1の時間枠及び/又は第2の時間枠の内部において,周辺機器または制御装置は,さらに,電圧コード化された情報においては電流操作を行い,または電流コード化された情報においては電圧操作を行うことにより,フィードバックを形成することができる。
従属請求項には,請求項1に記載された方法または請求項9に記載された装置の好ましい展開と改良が設けられている。
好ましくは,自動車領域における周辺機器は,12ボルトまたは42ボルトのバッテリ電圧に接続されている。それは,制御装置の給電用と同じバッテリ電圧でもよく,あるいは別の供給電圧であってもよい。
好ましい展開によれば,周辺機器は第1の時間枠の間,制御装置から周辺機器への第1の電流の流れによって給電される。それによって,制御装置を通じた駆動の場合に,例えば周辺機器の電子部品のパワーの少ない部分,即ち,通信ロジックまたはパワー電子部品(エレクトロニクス)の駆動信号を含む,ドライバ装置と情報処理電子部品に給電することができる。
他の好ましい展開によれば,転写すべき,またはフィードバックすべき情報は,バイナリまたはアナログの信号として形成される。
他の好ましい展開によれば,周辺機器から制御装置へフィードバックされる情報は,周辺機器の診断のための診断信号として形成される。従って制御装置は,フィードバック情報を用いて周辺機器の状態の分析を実施することができる。
他の好ましい展開によれば,燃焼室信号が情報として形成され,その情報が制御装置によりエンジン制御のために使用可能である。
他の好ましい展開によれば,周辺機器から制御装置へフィードバックされる情報が評価されて,周辺機器を制御するための新しい制御信号として形成される。従って制御装置は,各周辺機器における,システムのそれぞれの状態に応じた制御を実施することができる。
他の好ましい展開によれば,制御装置は,エンジン制御装置として形成されている。
他の好ましい展開によれば,周辺機器は,自動車の点火コイルまたは噴射弁などとして形成されている。
情報伝送のために,制御装置は第1の手段を有し,周辺機器は第2の手段を有している。他の好ましい展開によれば,第1及び/又は第2の手段は,電圧コード化された,あるいは電流コード化された情報を生成するために,例えばトランジスタ等の抵抗とスイッチ,及び/又は,電流ソースまたは電圧ソースを有しており,その場合に所定の事象に基づいて,対応する電圧または対応する電流の変化と,それに伴って該当する伝送すべき情報が生成される。
他の好ましい展開によれば,制御装置と周辺機器との間のシングルワイヤ導線の状態が,その妥当性について検査される。特に,アースへの短絡,供給電圧への短絡および導線破断を検出することができる。
本発明の実施形態を,図面に示し,以下で詳細に説明する。
図において,同一の参照符号は,同一または機能の等しいコンポーネントを示している。
図1は,制御装置2と,例えば,自動車エンジンの点火コイル35,噴射弁,センサまたはアクチュエータなどを備えた,周辺機器3と,の間でシングルワイヤ導線4を介してデータ情報を双方向に伝送する装置1を概略的に示している。
以下,図1を参照し,装置の例を自動車エンジンの点火システムを挙げて説明する。上記点火システム5は,例えば,周辺機器3内の,点火プラグ6,高電圧接続37,点火コイル35,例えばロジック31のような点火駆動装置,点火出力段32,電圧供給部33およびドライバ回路30,およびエンジン制御装置2の点火ドライバ20からなる。制御装置2は,さらに,電子制御ユニット21とエネルギ供給部22を有している。
制御ユニット21は,制御装置2のドライバ回路20と接続されている。ドライバ回路20は,シングルワイヤ導線4を介して周辺機器3のドライバ回路30と接続されている。図1に示すように,周辺機器3のドライバ回路30は情報処理装置31と接続されており,それはまた周辺機器3のパワー電子部品32と接続することができる。さらに,好ましくは周辺機器3のドライバ回路30とパワー電子部品32は,外部のバッテリ電圧に接続されており,その場合に電流回路は好ましくは電子部品アース34を介して閉じられる。
電子制御ユニット21または制御装置2から,第1の時間枠内で,周辺機器3内の点火コイル35をオンにするための情報が伝達される。駆動は,コイル内に十分なエネルギが蓄えられ,かつ所望の点火時点に達した場合に完了する。このとき,制御装置2から周辺機器3への第1の電流の流れが終了する。そして,第2の時間枠の間に,周辺機器3内の所定の事象を表示する,周辺機器3から制御装置2への第2の電流の流れを,同じシングルワイヤ導線4を介して発生させることができる。
なお,第1と第2の時間枠が重なってはならないことに注意しなければならない。というのは,この時間枠内でシングルワイヤ導線4を介しては一方向の電流の流れだけしか生じ得ないからである。
周辺機器3または点火コイル35を診断するための情報,点火コイル35を制御するための情報あるいは同様な情報を,制御装置2へフィードバックすることができる。
以下,図2を参照して,本発明に基づく方法が,シングルワイヤで双方向にデータ伝送するための本発明に基づく装置によって詳細に説明され,かかる場合における抵抗配置とスイッチは,一般に,インターフェイス電流の変化と測定を行い得る,電流ソースまたは電流シンクの配置について単に象徴的に示されている。
制御装置2は,ドライバ回路20を有しており,それは好ましくは電子制御ユニット21を介して駆動される。ドライバ回路20は,本実施形態によれば,大きく分けて2つの領域から構成されている。第1の領域は,シングルワイヤ導線4を介してドライバ回路20から周辺機器3への第1の電流の流れを発生させるために用いられる。そのためにドライバ回路は,抵抗R1を有し,それがエネルギ供給部22に接続されている。抵抗R1は,スイッチS1を通じ,かつシングルワイヤ導線4を介して周辺機器3のドライバ回路30と接続されている。ドライバ回路20の第2の領域は,同様に抵抗R2からなり,その抵抗はアースに接続され,かつ第2のスイッチS2を通じ,同様にシングルワイヤ導線4を介して周辺機器3のドライバ回路30と接続されている。抵抗R1とR2は,それぞれ検出ユニット201を介し,かつインターフェイスロジック202によって電子制御ユニットと接続されている。スイッチS1とS2は,好ましくは同様に,インターフェイスロジック202によって電子ユニットと接続されている。
ドライバ回路30は,本発明の実施形態によれば,同様に2つの領域を有している。第1の領域は,好ましくは抵抗R3からなり,それは一方でエネルギ供給部33と,他方ではスイッチS3と接続されており,そのスイッチがシングルワイヤ導線4に接続されている。
第2の領域は,抵抗R4からなり,それは一方でアースに,他方ではスイッチS4と接続されており,そのスイッチもシングルワイヤ導線4と接続されている。
抵抗R3とR4は,検出ユニット301を介して,かつインターフェイスロジック302によって情報処理装置31と接続されている。スイッチS3とS4は,好ましくは同様に,インターフェイスロジック302によって情報処理装置31と接続されている。
駆動中に,例えば第1の時間枠内において制御装置2の周辺機器3への情報伝送が行われる。そのためにスイッチS2とS3は開放されて,S4は閉じていなければならない。その後,例えば,5Vを有するエネルギ供給部22から抵抗R1と付属のスイッチS1を介しての第1の電流の流れが生成され,シングルワイヤ導線4を介して周辺機器3へ伝達される。周辺機器3内で,抵抗R4の検出ユニット301が駆動電圧を検出することができる。
図3は,例えば,第2の時間枠内における周辺機器3から制御装置2への情報伝送を示している。ここで,スイッチS1とS4は開放し,S2は閉じなければならない。その後,例えば,5Vを有するエネルギ供給部33から抵抗R3と付属のスイッチS3を介しての第2の電流の流れが形成され,シングルワイヤ導線4を介して電子制御装置2へ伝送される。制御装置内では,抵抗R2の検出ユニット201がフィードバック電圧を検出することができる。
図4は,第1の時間枠内の状態フィードバックを示している。ここで,スイッチS2とS3は開放し,S1とS4は閉じていなければならない。駆動の間に,例えば,周辺機器3のドライバ回路30内の抵抗R5とスイッチS5からなる,周辺機器3内の付加的な配置を通じて,電流がバイナリにコード化され,同一のシングルワイヤ導線4を介して情報を制御装置2へ伝達することが可能である。周辺機器3内の付加的な配置が,制御可能な電流シンクからなる場合には,アナログ情報をフィードバックすることができる。
ドライバ回路20内の抵抗R1の検出装置201は,例えば,スイッチS5の開放とそれに基づく電流の減少によって,第1の時間枠内で周辺機器3内に所定の事象が発生したかどうかを検出することができる。
それに続いてドライバ回路20は,受信した情報を,以降のデータ評価または分析のために電子制御ユニット21へ伝達する。
図5は,第2の時間枠内の状態フィードバックを示している。ここでは,スイッチS1とS4が開放され,スイッチS2とスイッチS3が閉じていなければならない。周辺機器3から制御装置2への情報伝達の間,例えば制御装置2のドライバ回路20内の抵抗R6とスイッチS6からなる,制御装置2内の付加的な配置を通じて,電流がバイナリにコード化されて,同じシングルワイヤ導線4を介して情報を周辺機器3へフィードバックすることが可能である。ドライバ回路30内の抵抗R3の診断装置301は,例えばスイッチS6の開放とそれに基づく電流の減少によって,第2の時間枠内で制御装置2内に所定の事象が発生したかどうかを検出することができる。
制御装置2内の付加的な配置が,制御可能な電流シンクからなる場合には,アナログ情報をフィードバックすることができる。
図6は,例えば,第2の時間枠内の付加的な状態報告を示している。その場合にスイッチS1,S4およびS5は開放されており,S2とS3は閉じられている。そして,ドライバ回路30内に,並列に接続された抵抗R3とR7からなる他の抵抗配置が設けられている。抵抗R3とR7は,それぞれスイッチS3またはS7を介してシングルワイヤ導線4に接続されている。この配置は,図6に示すように,専用の電圧ソース33と接続されているので,同一のシングルワイヤ導線4を介して,周辺機器3から制御装置2への第2の電流の流れの変化を生成することができ,その値は接続される抵抗R7に依存する。ドライバ回路20内の抵抗R2の検出装置201を用いて,例えばスイッチS7が閉じているかとそれに基づく電流上昇により,周辺機器3内に所定の事象が発生したかどうかを検出することができる。
周辺機器3のドライバ回路30内の付加的な配置が,制御可能な電流ソースからなる場合には,アナログ情報を伝達することができる。
以下において,図7の(a)から(f)を参照して,伝送すべき情報または信号の例を説明する。
図7の(a)は,S1がオンにされた場合における,第1の時間枠内の周辺機器の電圧駆動の時間的推移を示している。この種の電圧の印加によって,制御装置2から周辺機器3への第1の電流の流れが生成される(図4)。
周辺機器3内に所定の事象が発生した場合に,例えば,図7の(c)に示すように,点火コイル35内の一次電流が所定の値Iflを上回ったとき,スイッチS5は,図4に示すように開放され,第1の電流の流れが減少する。このことが,第1の電流の流れの時間的な電流推移を例示する図7の(b)に示されている。第1の電流の流れのこの変化は,上で詳細に説明したように,駆動されている間に,制御装置2側で検出され,評価され得る。
図7の(d)は,点火コイル35の一次側接続における電圧の時間的推移を概略的に示しており,この点火コイルはパワー電子部品32と接続されている。第2の時間枠内において,この電圧が,予め定められた,例えばクランピングによって制限される電圧値まで上昇する。最大電圧値に達した場合,例えば図6で説明したように,スイッチS3またはS7のいずれかが閉じられ,それぞれ周辺機器3内にどのような事象が発生したかが制御装置2に伝達される。
図7の(e)には,例えばスイッチS6を閉じることにより,第1の信号によって第1の電圧しきい値U1の超過が信号化されることが示されている。この情報は,上で詳細に説明した方法に従って,周辺機器3から制御装置2へ伝達され,分析される。
図7の(f)には,事象の他の例,例えば点火プラグの燃焼期間が信号として例示されている。第2の時間枠内で電圧がしきい値U2を上回り,それが燃焼期間に相当する場合に,この事象が,例えばスイッチS7の付加的な閉じ動作,それに応じたシングルワイヤ導線4を介した電流の流れによって制御装置2へ信号として知らされる。
従って,第1および第2の電流の流れにおける電流の大きさを分析することにより,周辺機器内またはシステム内の所定の事象をリアルタイムに検出し,2つの時間枠内で時間的に同期させて双方向に伝達することができる。
図8と表1は,制御装置2内のシングルワイヤ導線4の診断を示している。
シングルワイヤインターフェイス4の決められた通りの機能は,第1の時間枠内で診断することができる。例えば,図2または図4に従って,スイッチS1とS4が閉じられ,スイッチS2とS3が開放されているとき,R1への導線内において電流が検出されない場合には,導線の破断が存在すると考えられる。導線4がアースへ短絡している場合には,電流が典型的に高いか,あるいはインターフェイスの電圧がほぼ0Vである。というのは,車両電気系統のバッテリ電圧(Ubatt)への短絡は,一般的に,供給電圧(Uversorgung)が車両電気系統のバッテリ電圧よりも低く,あるいは,インターフェイスの電圧がUbattであることにより,逆方向の電流をもたらす。
第2の時間枠内:例えば図3または図5に従って,スイッチS2とS3が閉じられ,スイッチS1とS4が開放されているとき,R2への導線内で電流が検出されない場合には,導線の破断か,あるいはアースへの短絡が存在する。車両電気系統のバッテリ電圧への短絡は,典型的に高い電流をもたらすか,あるいはインターフェイスの電圧がほぼUbattである。
Figure 0004382813
本発明は好ましい実施形態を用いて上で説明されているが,本発明はそれに限定されるものではなく,多様な方法で修正可能である。
特に,電流コード化された情報伝送の代わりに,電圧コード化された情報伝送も行うことができる。この場合において,事象が発生したときには,一定の電流の流れと,印加される,対応する電圧の変化がもたらされる。処理,即ち情報のフィードバックまたは分析は,上で詳細に説明した実施形態と同様に行われる。その場合にそれに応じたコンポーネントが,電圧ソースとしてでなく,電流ソースとして形成されるだけである。周辺機器3のドライバ回路30の抵抗配置は,電圧フィードバックの際に,一定の電流においてそれぞれ印加された電圧が変化するように,全抵抗が変化され,即ち,電圧コード化された情報がフィードバックされるように,形成される。
同様に,伝送すべきまたはフィードバックすべき情報をバイナリ信号としても,アナログ信号としても変調または形成し,伝送し,かつ分析することができる。
制御装置2と,シングルワイヤ導線4を介してそれと接続されている周辺機器3とからなる,本発明に基づく装置を概略的に示している。 本発明の実施形態に基づく本発明装置を詳細に示しており,その場合に第1の時間枠の間の電流の流れが示されている。 本発明の実施形態に基づく本発明装置を詳細に示しており,その場合に第2の時間枠の間の電流の流れが示されている。 本発明の実施形態に基づく本発明装置を詳細に示しており,その場合に第1の時間枠内の状態フィードバックが示されている。 本発明の実施形態に基づく本発明装置を詳細に示しており,その場合に第2の時間枠内の状態フィードバックが示されている。 本発明の実施形態に基づく本発明装置を詳細に示しており,その場合に第2の時間枠内における状態報告が示されている。 (a)は,図2に示す本発明の実施形態に基づく,第1のスイッチ(S1)のスイッチオンプロセスにおける第1の時間枠の間の駆動の時間的な電圧推移を示しており;(b)は,本発明の実施形態に基づく周辺機器からの状態フィードバックを有する第1の時間枠の間のシングルワイヤ導線上の時間的な電流推移を示しており;(c)は,本発明の実施形態に基づく,所定の事象が発生した場合に周辺機器における状態変化を作動させる,第1の時間枠の間の点火コイルの一次電流の時間的な信号推移を示しており;(d)は,本発明の実施形態に基づく,周辺機器内の第2の時間枠の内の点火コイルの一次電圧の時間的な推移を示しており;(e)は,図3に示す本発明の他の実施形態に従って,クランピングの期間を定め,かつ周辺機器から制御装置へ伝送される,第1の信号の時間的推移を示しており;(f)は,図3に示す本発明の他の実施形態に従って,点火火花の燃焼期間を記述し,かつ周辺機器から制御装置へ伝達される,第2の信号の時間的推移を示している。 シングルワイヤ導線の診断を示している。

Claims (13)

  1. 制御装置(2)と少なくとも1つの周辺機器(3)との間でデータ情報をシングルワイヤで双方向にデータ伝送する方法であって:
    前記制御装置(2)から前記周辺機器(3)へ電圧コード化または電流コード化された情報を伝送するために,第1の時間枠の間にシングルワイヤ導線(4)を介して前記制御装置(2)から前記周辺機器(3)へ第1の電流を発生させ,および/または前記周辺機器(3)から前記制御装置(2)へ電圧コード化または電流コード化された情報を伝送するために,前記第1の時間枠と相互に重ならないように形成された第2の時間枠の間に,前記シングルワイヤ導線(4)を介して前記周辺機器(3)から前記制御装置(2)へ第2の電流を発生させるステップと;
    前記第1および/または第2の時間枠の間において,前記シングルワイヤ導線(4)を介して前記コード化された情報を受信する受信側で,前記シングルワイヤ導線(4)を介して前記コード化された情報を送信する送信側に送信すべき追加情報を発生させ,前記受信側で前記シングルワイヤ導線(4)を介して受信される前記コード化された情報を変調することにより,前記受信側から前記送信側へデジタルまたはアナログの信号として前記追加情報を伝送し,前記送信側で前記追加情報を評価するステップと;
    を含むことを特徴とする,シングルワイヤで双方向にデータ伝送する方法。
  2. 前記周辺機器(3)は,専用のエネルギ供給部に接続されていることを特徴とする,請求項1に記載の方法。
  3. 前記制御装置(2)から前記周辺機器(3)への前記第1の電流によって,前記周辺機器(3)が駆動されることを特徴とする,請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。
  4. 前記追加情報の伝送は,リアルタイムに生じることを特徴とする,請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記追加情報は,デジタル信号として2以上の段階で形成されることを特徴とする,請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記周辺機器(3)から前記制御装置(2)へフィードバックされる前記追加情報が,前記周辺機器(3)の診断のための診断信号として形成されることを特徴とする,請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
  7. シングルワイヤインターフェイスの所定の機能が診断されることを特徴とする,請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記周辺機器(3)から前記制御装置(2)へフィードバックされる追加情報は,前記周辺機器(3)を制御する新しい制御信号を計算するための情報として形成されることを特徴とする,請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 第1の時間枠の間に,シングルワイヤ導線(4)を介して,制御装置(2)から周辺機器(3)へ電圧コード化または電流コード化された情報を伝送するために,第1の電流を発生させる,前記制御装置内に設けられている第1の手段と;および/または
    前記第1の時間枠と相互に重ならないように形成された第2の時間枠の間に,前記シングルワイヤ導線(4)を介して,前記周辺機器(3)から前記制御装置(2)へ電圧コード化または電流コード化されたフィードバック情報を伝送するために,第2の電流を発生させる,前記周辺機器(3)内に設けられている第2の手段と;および
    前記第1および/または第2の時間枠の間において,前記シングルワイヤ導線(4)を介して前記コード化された情報を受信する受信側で,前記シングルワイヤ導線(4)を介して前記コード化された情報を送信する送信側に送信すべき追加情報のために,前記受信側で前記シングルワイヤ導線(4)を介して受信される前記コード化された情報を変調する,前記制御装置(2)または前記周辺機器(3)内に設けられている変調手段と;
    前記受信側から前記送信側へデジタルまたはアナログの信号として前記追加情報を伝送する,前記制御装置(2)または前記周辺機器(3)内に設けられている伝送手段と;
    前記送信側で前記追加情報を評価する,前記制御装置(2)または前記周辺機器(3)内に設けられている評価手段と;
    を備える,制御装置と少なくとも1つの周辺機器との間でデータ情報をシングルワイヤで双方向にデータ伝送する装置。
  10. 前記制御装置(2)は,エンジン制御装置として形成されていることを特徴とする,請求項9に記載の装置。
  11. 前記周辺機器(3)は,電子部品を有するコンポーネントとして形成されていることを特徴とする,請求項9または10に記載の装置。
  12. 前記第1または第2の手段は,前記電圧コード化または電流コード化された情報を変化させる,抵抗およびスイッチ,または,電流ソースもしくは電圧ソースからなることを特徴とする,請求項9から11のいずれか1項に記載の装置。
  13. 前記周辺機器は,前記第1の時間枠の間に前記制御装置(2)から前記周辺機器(3)への前記第1の電流によって給電され,前記制御装置による駆動の間に,前記周辺機器のパワーの小さい電子部品,即ち,通信ロジックまたはパワー電子部品の駆動を含む,ドライバ装置と情報処理する電子部品が給電されることを特徴とする,請求項9から12の少なくとも1項に記載の装置。
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