JP5175641B2 - Communication system disconnection detection apparatus and communication system - Google Patents
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Description
本発明は、2本の伝送路からなる通信バスと複数の通信ノードとからなる通信システムにおいて、各通信ノードを通信バスに接続するのに用いられる2本の通信線の一方の断線(片側断線)を検出する断線検出装置、及び、その断線検出装置を備えた通信システムに関する。 The present invention provides a communication system including a communication bus including two transmission paths and a plurality of communication nodes. One of the two communication lines used to connect each communication node to the communication bus (one-side disconnection). ) And a communication system including the disconnection detection apparatus.
従来より、自動車において、2本の伝送路からなる通信バスに、通信ノードとして、車両制御用の複数の電子制御装置(ECU)を接続し、各ECU間で車両制御に要するデータを送受信するように構成された車両用通信システム(所謂車載LAN)が知られている。 Conventionally, in an automobile, a plurality of electronic control units (ECUs) for vehicle control are connected as communication nodes to a communication bus composed of two transmission paths, and data required for vehicle control is transmitted and received between the ECUs. A vehicular communication system (so-called in-vehicle LAN) configured as described above is known.
また、この種の通信システムにおいては、通信バスや、各ECU(通信ノード)を通信バスに接続する通信線の一方に断線が生じると、各ECU(通信ノード)間で正常なデータ通信を行うことができないことから、通信バスや通信線の片側断線を検出する断線検出装置が提案されている。 Further, in this type of communication system, when a disconnection occurs in one of the communication bus and the communication line connecting each ECU (communication node) to the communication bus, normal data communication is performed between the ECUs (communication nodes). Since it is not possible, a disconnection detection device that detects one-side disconnection of a communication bus or communication line has been proposed.
具体的には、各ECU(通信ノード)が通常の通信モードから省電力モードに入り、通信バスの各伝送路が対地電圧0V(つまりグランド電位)となっているときに、任意のECUを一旦通常の通信モードに移行させてから再度省電力モードに戻すことによって、通信バスの2本の伝送路に過渡的な差動電圧が発生したか否かを判定し、2本の伝送路に過渡的な差動電圧が発生した場合に、その任意のECUを通信バスに接続する2本の通信線の一方が断線(片側断線)していることを検出する断線検出装置が知られている(例えば、特許文献1等参照)。 Specifically, when each ECU (communication node) enters the power saving mode from the normal communication mode and each transmission path of the communication bus is at ground voltage 0 V (that is, ground potential), any ECU is temporarily connected. By switching to the normal communication mode and then returning to the power saving mode again, it is determined whether or not a transient differential voltage has occurred in the two transmission paths of the communication bus, and the transition to the two transmission paths When a differential voltage is generated, there is known a disconnection detection device that detects that one of two communication lines that connect any ECU to a communication bus is disconnected (one side disconnection) ( For example, see Patent Document 1).
また、各通信ノードに、通信バスの各伝送路に接続される2本の通信線間の平均電圧を求める平均電圧検出回路を設け、この平均電圧が所定の値以上変動した場合に、通信バスの断線を検出するように構成された断線検出装置も知られている(例えば、特許文献2等参照)。
しかしながら、上記前者の断線検出装置は、通信バスに接続される全ての通信ノードが省電力モードとなって、通信バスの各伝送路が対地電圧0V(つまりグランド電位)となる通信システムには適用できるものの、通信ノードの動作モードとして省電力モードが設定されていない通信システムや、省電力モードが設定されていても、全ての通信ノードが同時に省電力モードにならない通信システムには適用することができないという問題がある。 However, the former disconnection detection device is applied to a communication system in which all communication nodes connected to the communication bus are in the power saving mode and each transmission path of the communication bus has a ground voltage of 0 V (that is, a ground potential). Although applicable, it can be applied to a communication system in which the power saving mode is not set as the operation mode of the communication node, or a communication system in which all the communication nodes are not simultaneously in the power saving mode even if the power saving mode is set. There is a problem that you can not.
また、各通信ノードを通信バスに接続する全ての通信線に対して断線判定を行うには、全ての通信ノードの動作モードを各々切り替える必要があるため、断線判定に時間がかかるという問題もある。 In addition, in order to perform disconnection determination for all communication lines connecting each communication node to the communication bus, it is necessary to switch the operation modes of all communication nodes, so there is a problem that it takes time to determine disconnection. .
一方、上記後者の断線検出装置は、通信ノード毎に断線判定を行うことから、通信異常発生時に断線箇所を特定するには、全ての通信ノードから断線の判定結果を取得する必要があるが、各通信ノードから判定結果を取得する際には、既存の通信線や通信バスを利用することができないことから、各通信ノードに断線箇所特定用の装置を接続する必要があり、装置構成が複雑になるという問題がある。 On the other hand, since the latter disconnection detection device performs disconnection determination for each communication node, it is necessary to acquire disconnection determination results from all communication nodes in order to identify a disconnection location when a communication abnormality occurs. When obtaining the determination results from each communication node, it is not possible to use existing communication lines or communication buses, so it is necessary to connect a device for identifying the disconnection point to each communication node, and the device configuration is complicated. There is a problem of becoming.
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、通信バスに接続される複数の通信ノードの動作モードを制御することなく、各通信ノードを通信バスに接続する通信線で生じた片側断線を検出できる断線検出装置、及び、その断線検出装置を備えた通信システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems. One-side disconnection that occurs in a communication line that connects each communication node to the communication bus without controlling the operation mode of a plurality of communication nodes that are connected to the communication bus. It is an object of the present invention to provide a disconnection detecting device capable of detection and a communication system including the disconnection detecting device.
かかる目的を達成するためになされた本発明(請求項1)の断線検出装置は、2本の伝送路からなる通信バスと、この通信バスに2本の通信線を介して接続された複数の通信ノードとからなる通信システムにおいて、通信バスに検査用ノードとして接続されることにより使用されるものであり、所定の伝送周波数で所定の対地電圧を有する高周波信号を発生する信号発生手段と、この信号発生手段が発生した高周波信号を、インピーダンス素子を介して通信バスの各伝送路に同相で出力する出力スイッチとを備える。 The disconnection detecting device of the present invention (Claim 1) made to achieve such an object includes a communication bus composed of two transmission paths, and a plurality of communication buses connected to the communication bus via two communication lines. In a communication system comprising a communication node, a signal generating means for generating a high-frequency signal having a predetermined ground voltage at a predetermined transmission frequency is used by being connected to a communication bus as an inspection node; And an output switch for outputting the high-frequency signal generated by the signal generating means in the same phase to each transmission path of the communication bus via the impedance element.
そして、この出力スイッチがオンされ、信号発生手段が発生した高周波信号がインピーダンス素子を介して通信バスの各伝送路に出力される際には、出力計測手段が、各伝送路への出力電流又は出力電圧を計測し、断線判定手段が、その計測された各伝送路への出力の差分と、通信ノード毎に予め設定された断線判定用の情報とに基づき、通信バスとの間の通信線に片側断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定する。 When the output switch is turned on and the high frequency signal generated by the signal generating means is output to each transmission path of the communication bus via the impedance element, the output measuring means outputs the output current to each transmission path or The output voltage is measured, and the disconnection determining means determines the communication line between the communication bus based on the measured difference between the outputs to each transmission path and the information for disconnection determination preset for each communication node. It is determined whether there is a communication node in which one-side disconnection has occurred.
以下、この断線判定動作について、詳しく説明する。
まず、図1(a)は、一対の伝送路BP、BMからなる通信バスに2本の通信線を介して通信ノード1〜6が接続された通信システムに、本発明の断線検出装置10を接続し、出力スイッチをオン状態にしたときの回路構成を表す。
Hereinafter, the disconnection determination operation will be described in detail.
First, FIG. 1A shows a
図1(a)に示すように、この通信システムは線型回路とみなすことができ、各相(BP、BM)について十分対称に構成されているものとすると、断線検出装置10からインピーダンス素子ZP、ZMを介して各伝送路BP、BMへ出力される出力電圧VP、VMの差Vo(=VP−VM)は0となる。
As shown in FIG. 1 (a), this communication system can be regarded as a linear circuit, and assuming that each phase (BP, BM) is sufficiently symmetric, the
これに対し、例えばノード6の伝送路BP側通信線との接続部(コネクタ等)が接触不良となり、その通信線が開放状態となった場合(換言すればノード6の伝送路BP側通信線が片側断線した場合)、その開放部に現れる電圧をVBとすると、図1(b)に示すように、この開放部に電圧源VBを接続しても電流は流れず、状態は変わらない。 On the other hand, for example, when the connection part (connector or the like) of the node 6 with the transmission line BP side communication line becomes poorly contacted and the communication line becomes open (in other words, the transmission line BP side communication line of the node 6 If the voltage appearing at the open part is VB, even if the voltage source VB is connected to the open part as shown in FIG. 1B, no current flows and the state does not change.
そして、この片側断線によるネットワーク回路全体の電圧・電流の変化は、重ね合わせの理により、図1(a)に示した正常時の回路の全ての電圧源を短絡除去し、片側断線した伝送路BP側通信線の開放部に電圧源VBを接続した回路から求められる(図1(c)参照)。つまり、このとき、断線検出装置10から各伝送路BP、BMへ出力される出力電圧VP、VMの差Vo(=VP−VM:以下、差動出力電圧ともいう)は、ノード6での片側断線に対応した値Vo6となる。
The change in the voltage and current of the entire network circuit due to the disconnection on one side is caused by superposition of all the voltage sources in the normal circuit shown in FIG. It is obtained from a circuit in which the voltage source VB is connected to the open part of the BP side communication line (see FIG. 1C). That is, at this time, the difference Vo between the output voltages VP and VM output from the
一方、ノード6の伝送路BM側通信線との接続部(コネクタ等)が接触不良となり、その通信線が開放状態となった場合(換言すればノード6の伝送路BM側通信線が片側断線した場合)、ネットワーク回路全体の電圧・電流の変化は、図1(d)のように、全ての電圧源を短絡除去し、片側断線した伝送路BM側通信線の開放部に電圧源VBを接続した回路から求められる。 On the other hand, when the connection part (connector or the like) of the node 6 with the transmission line BM side communication is poor, and the communication line is in an open state (in other words, the transmission line BM side communication line of the node 6 is broken on one side. 1), the voltage / current of the entire network circuit is changed as shown in FIG. 1 (d) by removing all the voltage sources by short-circuiting and applying the voltage source VB to the open part of the transmission line BM side communication line that is disconnected on one side. It is obtained from the connected circuit.
そして、この場合には、ネットワーク回路の各相(BP、BM))に対する対称性から、断線検出装置10からの差動出力電圧Vo(=VP−VM)は、Vo6に値「−1」を乗じたものとなる。
In this case, due to the symmetry with respect to each phase (BP, BM) of the network circuit, the differential output voltage Vo (= VP−VM) from the
従って、ノード6と通信バスとの間の通信線で生じた片側断線は、断線検出装置10から各伝送路BP、BMへの出力電圧(若しくは出力電流)の差Voを求め、その差VoがVo6又は−Vo6であるか否かを判定することにより、検出できる。
Therefore, the one-side disconnection generated in the communication line between the node 6 and the communication bus determines the difference Vo of the output voltage (or output current) from the
また、ノード6以外の通信ノード(ノード1〜5)の通信線に片側断線が生じた際にも、断線検出装置10から各伝送路BP、BMへの出力(電圧、電流)に差が生じ、しかも、その差は、片側断線が生じた通信線の長さに応じて変化する。
Further, even when one-side disconnection occurs in the communication lines of the communication nodes other than the node 6 (
このため、本発明の断線検出装置によれば、各通信ノードの通信線が片側断線したときに生じる当該断線検出装置から伝送路への出力の差分を、断線判定用の情報として、通信ノード毎に予め記憶しておき、出力計測手段にて断線検出装置から各伝送路への出力が計測された際に、その計測された出力の差分が断線判定用の情報と一致(若しくは略一致)しているかを判断することによって、片側断線が生じた通信ノードを検出することが可能となる。 For this reason, according to the disconnection detection device of the present invention, the difference in output from the disconnection detection device to the transmission path that occurs when the communication line of each communication node is disconnected on one side is used as information for disconnection determination for each communication node. Is stored in advance, and when the output measuring means measures the output from the disconnection detection device to each transmission line, the difference between the measured outputs matches (or substantially matches) the information for disconnection determination. It is possible to detect a communication node in which a one-side disconnection has occurred.
よって、本発明の断線検出装置によれば、上述した従来装置のように、通信バスに接続される複数の通信ノードの動作モードを制御することなく、各通信ノードを通信バスに接続する通信線で生じた片側断線を簡単にしかも短時間で検出できることになる。また、本発明の断線検出装置によれば、断線検出装置単体で断線を検出できることから、既存の通信システムにも簡単に適用することができる。 Therefore, according to the disconnection detecting device of the present invention, the communication line that connects each communication node to the communication bus without controlling the operation mode of the plurality of communication nodes connected to the communication bus as in the above-described conventional device. Thus, the one-side disconnection caused by the above can be detected easily and in a short time. Moreover, according to the disconnection detection device of the present invention, since the disconnection can be detected by the disconnection detection device alone, it can be easily applied to an existing communication system.
また、本発明の断線検出装置では、断線検出装置から各伝送線への出力の差分(差動出力)に基づき、片側断線を検出することから、未接続のノードが存在する場合でも、断線検出を行うことができる。 Moreover, in the disconnection detection device of the present invention, one-side disconnection is detected based on the difference (differential output) of the output from the disconnection detection device to each transmission line, so even if there is an unconnected node, disconnection detection It can be performed.
つまり、例えば、図1(a)に示した通信システムにおいて、ノード5を接続するための通信線に、ノード5が接続されていない場合、その通信線の先端は各相(BP、BM)共に開放状態となる。
That is, for example, in the communication system shown in FIG. 1A, when the
この場合、ネットワーク回路全体の電圧・電流の変化は、図1(e)に示すように、正常時の回路の全ての電圧源を短絡除去し、ノード5接続用の2本の通信線の各々に電圧源VBを接続した回路から求められることになるが、その変化量は各相(BP、BM)共に同じであるため、断線検出装置10からの出力の差(Vo)は正常時と同じ0となる。
In this case, as shown in FIG. 1 (e), the voltage and current of the entire network circuit are changed by removing all the voltage sources of the normal circuit by short-circuiting each of the two communication lines for connecting the
よって、本発明の断線検出装置によれば、通信ノードが接続されていない通信線が存在しても、その通信線の影響を受けることなく、片側断線している通信ノードを検出することができる。 Therefore, according to the disconnection detecting device of the present invention, even if there is a communication line to which no communication node is connected, it is possible to detect a communication node that is disconnected on one side without being affected by the communication line. .
また特に、本発明では、信号発生手段を、予め設定された一定周波数の高周波信号を発生するように構成するのではなく、周波数の異なる複数の高周波信号を発生するように構成し、出力計測手段が、信号発生手段が周波数の異なる高周波信号を発生する度に、断線検出装置から各伝送路に出力される電流又は電圧を計測し、断線判定手段が、その計測された高周波信号毎の出力の差分と断線判定用の情報とに基づき、断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定するようにしている。
このため、本発明の断線検出装置によれば、断線判定に用いるパラメータを多くして、断線箇所の検出精度を高めることができる。
In particular, in the present invention, the signal generating means is configured not to generate a high-frequency signal having a predetermined constant frequency, but to generate a plurality of high-frequency signals having different frequencies, and to output measurement means. However, each time the signal generating means generates a high-frequency signal having a different frequency, the current or voltage output from the disconnection detecting device to each transmission path is measured, and the disconnection determining means outputs the output for each measured high-frequency signal. Based on the difference and the information for disconnection determination, it is determined whether there is a communication node in which the disconnection has occurred .
For this reason, according to the disconnection detection apparatus of this invention, the parameter used for disconnection determination can be increased and the detection precision of a disconnection location can be improved.
また、このように複数の高周波信号を用いて断線検出及び断線箇所の特定を行う場合、断線判定手段を、請求項2に記載のように構成すれば、断線箇所をより高精度に特定することができる。
Further, when disconnection detection and disconnection location identification are performed using a plurality of high-frequency signals in this way, if the disconnection determination means is configured as described in
すなわち、請求項2に記載の断線検出装置において、断線判定手段には、特徴情報生成手段と、基準特徴情報記憶手段と、適合度算出手段とが設けられている。特徴情報生成手段は、出力計測手段にて周波数の異なる高周波信号毎に計測された各伝送路への出力に基づき、その出力の差分をベクトル化した特徴情報を高周波信号毎に生成するものであり、基準特徴情報記憶手段には、通信ノードの通信線が片側断線しているときに特徴情報生成手段にて生成される特徴情報を表す基準特徴情報が、通信ノード毎に記憶されている。
That is, in the disconnection detection apparatus according to
そして、適合度算出手段は、特徴情報生成手段にて生成された特徴情報と基準特徴情報記憶手段に記憶された基準特徴情報との適合度を、通信ノード毎に算出し、断線判定手段は、この適合度算出手段にて算出された通信ノード毎の適合度に基づき、通信バスとの間の通信線に片側断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定する。 The degree-of-fit calculation means calculates the degree of fit between the feature information generated by the feature information generation means and the reference feature information stored in the reference feature information storage means for each communication node. Based on the adaptability for each communication node calculated by the adaptability calculator, it is determined whether or not there is a communication node in which a one-side disconnection occurs in the communication line to the communication bus.
従って、この請求項2に記載の断線検出装置によれば、周波数の異なる複数の高周波信号を用いて計測される当該断線検出装置から各伝送路への出力の差分をベクトル化することにより、各通信ノードの断線時に生じる特徴情報をより詳細に検出して、各通信ノードでの断線発生時に生じる基準特徴情報との適合度を求めることができるようになり、その適合度から、断線の検出及び断線箇所の特定をより高精度に行うことができるようになる。
Therefore, according to the disconnection detection device described in
なお、上記周波数の異なる複数の高周波信号は単一周波数の正弦波として順次発生する他、複数の周波数成分を含む信号として一時に発生してもよく、その場合は、出力計測手段が内蔵する周波数フィルタにより周波数成分を分離する、または計測信号をデジタル化しFFT等により周波数成分を分離する、等の手段により、周波数の異なる高周波信号毎の計測値を得られる。 The plurality of high-frequency signals having different frequencies may be sequentially generated as a single-frequency sine wave, or may be generated at once as a signal including a plurality of frequency components. A measurement value for each high-frequency signal having a different frequency can be obtained by means such as separating frequency components by a filter, or digitizing measurement signals and separating frequency components by FFT or the like.
また次に、断線検出装置による断線判定動作は、例えば、通信バスが空いているときに、定期的に行うようにしてもよいが、請求項3に記載のように、断線検出装置に、通信システムで生じた通信エラーを検出する通信エラー検出手段を設け、この通信エラー検出手段による通信エラーの検出頻度が所定の閾値を越えたときに、制御手段が、出力スイッチをオンして断線判定動作を実行させるようにしてもよい。
Also then, the disconnection determining operation by disconnection detection device, for example, when the communication bus is free, may be performed periodically, but as described in
そして、このようにすれば、断線判定を頻繁に行うことなく、通信エラーの発生頻度が高いとき(つまり断線の可能性が高いとき)に、断線判定を確実に行うことができるようになり、断線判定の実行によって、各通信ノード間でのデータ通信に影響を与えるのを防止できる。 And if it does in this way, when the occurrence frequency of a communication error is high (that is, when the possibility of a disconnection is high) without frequently performing the disconnection determination, the disconnection determination can be reliably performed. By performing the disconnection determination, it is possible to prevent data communication between the communication nodes from being affected.
一方、請求項4、5に記載の発明は、2本の伝送路からなる通信バスと、この通信バスに2本の通信線を介して接続された複数の通信ノードとからなる通信システムに関する発明である。
そして、請求項4に記載の通信システムにおいては、通信バスに、
所定の伝送周波数で所定の対地電圧を有する高周波信号を発生する信号発生手段と、
該信号発生手段が発生した高周波信号を、インピーダンス素子を介して前記通信バスの各伝送路に同相で出力する出力スイッチと、
該出力スイッチのオン時に前記信号発生手段からインピーダンス素子を介して前記通信バスの各伝送路に出力される電流又は電圧を計測する出力計測手段と、
該出力計測手段にて計測された前記各伝送路への出力の差分と、前記通信ノード毎に予め設定された断線判定用の情報とに基づき、前記通信バスとの間の通信線に片側断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定する断線判定手段と、
を備えた断線検出装置が接続され、更に、各通信ノードと通信バスとの間の通信線の長さが、各通信ノード間で互いに異なる長さに設定される。
また、請求項5に記載の通信システムにおいては、通信バスに、上述した請求項1〜請求項3の何れかに記載の断線検出装置が接続され、更に、各通信ノードと通信バスとの間の通信線の長さが、各通信ノード間で互いに異なる長さに設定される。
On the other hand, the inventions according to
In the communication system according to
Signal generating means for generating a high-frequency signal having a predetermined ground voltage at a predetermined transmission frequency;
An output switch for outputting the high-frequency signal generated by the signal generating means in phase to each transmission path of the communication bus via an impedance element;
Output measuring means for measuring the current or voltage output from the signal generating means to each transmission path of the communication bus via the impedance element when the output switch is turned on;
One-side disconnection in the communication line with the communication bus based on the difference in output to each transmission path measured by the output measuring means and the information for disconnection determination preset for each communication node Disconnection determination means for determining whether or not there is a communication node that has occurred,
Are further connected, and the lengths of the communication lines between the communication nodes and the communication bus are set to different lengths between the communication nodes.
In the communication system according to
つまり、請求項4、5に記載の通信システムにおいて、通信バスに接続される断線検出装置は、何れかの通信ノードで通信線の一方がコネクタの接触不良等によって開放されたときに、断線検出装置から各伝送線への出力に生じる差分を検出することで、断線の有無及び断線箇所の特定を行うものであることから、各通信ノードの通信線で生じた片側断線を検出できる。
That is, in the communication system according to any one of
しかし、通信線の長さが同じ通信ノードが存在する場合、その通信ノードのどちらで断線が発生しても、断線検出装置から各伝送路への出力に生じる差は同じになる。このため、通信システムにおいて、通信線の長さが同じ通信ノードが存在する場合には、断線検出装置から各伝送路への出力の差分から通信線が断線したことはできるものの、その断線箇所を特定することができないことがある。 However, when there are communication nodes having the same communication line length, the difference generated in the output from the disconnection detection device to each transmission path is the same regardless of which communication node is disconnected. For this reason, in the communication system, when communication nodes having the same communication line length exist, the communication line can be disconnected from the difference in output from the disconnection detection device to each transmission path, but the disconnection location is It may not be possible to identify.
そこで、請求項4、5に記載の通信システムでは、通信バスに上記断線検出装置を接続するだけでなく、各通信ノードと通信バスとの間の通信線の長さを、各通信ノード間で互いに異なる長さに設定することにより、上記断線検出装置を用いて、通信線の断線検出及び断線箇所の特定を確実に行うことができるようにしているのである。
Therefore, in the communication system according to
よって、請求項4、5に記載の通信システムによれば、通信バスと複数の通信ノードとの間の通信線で生じた片側断線を検出して、その断線箇所を特定できることになり、断線後の対策を適性に行うことができるようになる。
Therefore, according to the communication system according to
以下に、本発明の実施形態について説明する。
図2は、本発明が適用された実施形態の通信システム全体の構成を表す概略構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the entire communication system according to the embodiment to which the present invention is applied.
本実施形態の通信システムは、所謂車載LANを構成するものであり、自動車に搭載されたエンジンECU、ボデーECU、…等の各種電子制御装置(ECU)、及び、その周辺装置である各種センサ類或いは各種アクチュエータ類を、それぞれ、通信ノード1、2、3、4、5、6(以下、単にノードという)とし、これら各ノード1〜6を、通信線8及びハブ(HUB)9を介して互いにデータ通信可能に接続することにより構成されている。
The communication system according to the present embodiment constitutes a so-called in-vehicle LAN, and includes various electronic control devices (ECU) such as an engine ECU, a body ECU,... Mounted on an automobile, and various sensors that are peripheral devices. Alternatively, the various actuators are
ここで、HUB9は、内部に形成された2本の伝送路により差動通信用の通信バスを形成して、複数のノードを相互接続する周知のものである。また、通信線8は、差動通信線路となるツイストペア線からなり、各ノード1〜6は、この通信線8を介してHUB9に接続されている。そして、本実施形態では、ノード1〜6毎に通信線8の長さが、互いに異なるように設定されている。
Here, the HUB 9 is a well-known one that interconnects a plurality of nodes by forming a communication bus for differential communication by two transmission lines formed inside. The communication line 8 is a twisted pair line serving as a differential communication line. The
またHUB9には、検査用ノードとして、各ノード1〜6をHUB9に接続する通信線8の片側断線(詳しくは各ノード1〜6と通信線8とを接続するコネクタで生じた接触不良等)を検出するための断線検出装置10が接続されている。
In addition, the HUB 9 has a disconnection on one side of the communication line 8 that connects each of the
この断線検出装置10には、所定周波数帯域(本実施形態では10MHz〜30MHz)で所定の対地電圧(自動車のボデーをグランドとし、そのグランド電位を中心電位(0V)をとする一定振幅の電圧)を有する検査用の高周波信号を発生する信号発生部12、及び、この信号発生部12が発生した高周波信号を、HUB9に接続された2本の通信線8に同相で出力する出力スイッチ(以下、出力SWともいう)14が設けられている。
The
また、信号発生部12と出力SW14との間の高周波信号の伝送経路(2系統)には、それぞれ、信号出力用のインピーダンス素子ZM、ZPと、このインピーダンス素子ZM、ZPを介してHUB9内の各相の伝送路に出力される高周波信号の出力電圧を計測する電圧検出部16、17とが設けられている。
The high-frequency signal transmission path (two systems) between the
そして、これら各電圧検出部16、17からの検出信号は、検出信号(換言すれば出力電圧)の差分を表す信号に変換する差動増幅回路18に入力され、差動増幅回路18からの出力は、特徴情報生成部20に入力される。
The detection signals from the
特徴情報生成部20は、差動増幅回路からの出力(換言すれば、断線検出装置10から各相の通信線8へ出力される出力電圧の差分)を、信号発生部12が出力した高周波信号の各周波数に対応して記憶し、ベクトル化することで、HUB9を中心に構成される通信システム全体の特徴情報を生成するものであり、その生成された特徴情報は、適合度算出部24に入力される。
The feature
適合度算出部24は、特徴情報生成部20にて生成された特徴情報と、各ノード1〜6の片側断線時の特徴情報の基準値として予め記憶部22に記憶された基準特徴情報との適合度を算出するものである。そして、この適合度算出部24にて算出された適合度は、故障判定部26に入力され、故障判定部26にて、各ノード1〜6の通信線8で生じた片側断線を検出するのに使用される。
The
また、断線検出装置10には、通信線8に接続されて通信信号を取り込むための受信部28と、この受信部28からの受信信号に基づき当該通信システムで生じた通信異常を検出する異常検出部30と、この異常検出部30を動作させて当該通信システムで生じる通信異常の頻度を計測し、通信異常の発生頻度が所定のしきい値を超えると、信号発生部12を駆動して出力SW14をオンすることにより、検査用の高周波信号を、通信線8を介してHUB9内の2本の伝送路へ同相で出力させ、特徴情報生成部20、適合度算出部24、及び故障判定部26による故障判定動作を実行させる制御部32と、が設けられている。
Also, the
ここで、制御部32は、断線検出のために信号発生部12が発生する高周波信号の周波数を、当該通信システムで送受信される伝送信号の周波数帯域(10MHz〜30MHz)内で予め設定された複数の周波数に順次切り替え、その周波数毎に、特徴情報生成部20を動作させて、各周波数での特徴情報(本実施形態では2本(各相)の通信線8への出力電圧の差分をベクトル化した情報)を生成させる。
Here, the
また、記憶部22には、特徴情報生成部20が生成する周波数毎の特徴情報に対応して、その特徴情報から通信線8が片側断線したノードを特定するための基準特量情報が周波数毎に記憶されている。
In addition, in the
例えば、制御部32が、信号発生部12が発生する高周波信号の周波数を4つの周波数に切り替える場合、特徴情報生成部20は、その周波数毎に、出力電圧の差分をベクトル化した特徴情報Vo(1)m 、Vo(2)m 、Vo(3)m 、Vo(4)m を生成する。なお、()内の数字は、各周波数に付与した番号を表し、添え字mは、特徴情報の実測値を表す。
For example, when the
また、この場合、適合度算出部24には、ノード1〜n(本実施形態ではn:6)毎に、各ノード1〜nとHUB9とを接続する通信線8が片側断線した際の基準特徴情報Vo(1)1〜Vo(4)1、Vo(1)2〜Vo(4)2、…Vo(1)n〜Vo(4)nが記憶される。
Further, in this case, the fitness
そして、適合度算出部24は、次式に従い、特徴情報生成部20で算出した特徴情報の実測値(ベクトル)Vo(1)m 、Vo(2)m 、Vo(3)m 、Vo(4)m と、各ノード1〜nの片側断線時の基準特徴情報(ベクトル)をそのノルムで正規化したものとの複素共役内積をとり、その絶対値を、適合度c1〜cnとして算出する。
Then, according to the following formula, the fitness
以上説明したように、本実施形態の通信システムにおいては、2本の伝送路からなる通信バスを構成するHUB9に、断線検出装置10が検査用ノードとして接続されている。そして、断線検出装置10内では、異常検出部30が当該通信システムでの通信状態を監視し、通信異常の発生頻度が高くなると、制御部32が、信号発生部12を駆動して出力SW14をオンすることで、通信線8からHUB9内の2本の伝送路へと高周波信号を同相で出力させる。
As described above, in the communication system according to the present embodiment, the
そして、この高周波信号の出力時(出力SW14のオン時)には、特徴情報生成部20が、当該断線検出装置10から各通信線8への出力電圧の差Voをベクトル化することにより特徴情報を生成し、適合度算出部24が、その生成した特徴情報と、記憶部22にノード1〜6毎に記憶された基準特徴情報との適合度を算出し、故障判定部26が、その算出された適合度から、通信線8に片側断線が生じたノードがあるか否かを判定して、そのノードを特定する。
When the high-frequency signal is output (when the
従って、本実施形態の断線検出装置10によれば、通信システムでの通信異常が発生し易くなったときに、断線判定を自動で行い、ノード1〜6の何れかをHUB8に接続する通信線8に片側断線している際には、その旨を速やかに検出して、断線箇所を特定できることになる。
Therefore, according to the
よって、実施形態の断線検出装置10によれば、上述した従来装置のように、HUB9に接続される複数のノード1〜6の動作モードを制御することなく、各ノード1〜6に接続される通信線8で生じた片側断線を簡単且つ短時間で検出できるようになる。
Therefore, according to the
また、本実施形態の断線検出装置10では、断線検出装置10から通信線8の各相への出力電圧の差分(差動電圧)に基づき片側断線を検出することから、例えば、図2に点線で示すように、ノード5が未接続状態であっても、その未接続のノードの影響を受けることなく、通信線8が片側断線したノード(この場合、ノード5以外のノード)を検出することができる。
Moreover, in the
また、本実施形態では、ノード1〜6をHUB9に接続する通信線8の片側断線を検出するに当たって、信号発生部12から発生させる高周波信号を、通信信号の周波数帯域内の複数の周波数に設定して、その複数の周波数毎に、断線検出装置10から通信線への出力電圧を計測するようにしていることから、断線判定に用いるパラメータを多くして、その判定精度を向上することができる。
Further, in the present embodiment, when detecting one-side disconnection of the communication line 8 connecting the
なお、本実施形態においては、断線検出装置10内の信号発生部12が、本発明の信号発生手段に相当し、電圧検出部16、17が、本発明の出力計測手段に相当し、特徴情報生成部20、記憶部22、適合度算出部24、及び故障判定部26が、本発明の断線判定手段に相当し、異常検出部30が、本発明の通信エラー検出手段に相当し、制御部32が、本発明の制御手段に相当する。
In the present embodiment, the
また、断線判定手段として機能する特徴情報生成部20、記憶部22、適合度算出部24、及び故障判定部26のうち、特徴情報生成部20は、本発明の特徴情報生成手段に相当し、記憶部22は、基準特徴情報記憶手段に相当し、適合度算出部24は、本発明の適合度算出手段に相当する。
Of the feature
ところで、本実施形態の断線検出装置10において、複数のノード1〜6を通信バスとしてのHUB9にそれぞれ接続する通信線8で生じた片側断線を検出できる理由は、上記のように図1(a)〜(e)を用いて説明した通りであるが、次に、その効果を裏付けるために、ネットワークアナライザを用いて特徴情報としての出力電圧の特徴ベクトルを計測し、その適合度を算出した実験結果について説明する。
By the way, in the
まず、図3は、この実験に用いた通信システムの構成を表す説明図である。図3に示すように、この実験では、地板にHUBを設置し、HUB内の一対の伝送路BM、BPに、それぞれ、5m、2m、3m、2m、5mの通信線を接続し、その通信線の先端に、それぞれ、通信装置からなるノード1、2、3、ネットワークアナライザからなるノード4、及び、通信装置からなるノード5を接続している。なお、ノード4としてのネットワークアナライザと、2本の通信線(長さ2m)との接続には、同軸ケーブルが使用されており、その接続部で、同軸ケーブルの外部導体が地板に接地されている。
First, FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the communication system used in this experiment. As shown in FIG. 3, in this experiment, a HUB is installed on the ground plane, and communication lines of 5 m, 2 m, 3 m, 2 m, and 5 m are connected to a pair of transmission lines BM and BP in the HUB, respectively.
次に、図4は、図3に破線の丸印で示すように、通信装置からなるノード1〜3、5に接続される通信線を片側断線させて、ノード4としてのネットワークアナライザにより、10MHz〜30MHzの周波数帯域内で周波数1201点について、出力電圧の特徴ベクトル(詳しくは出力電圧の絶対値(ノルムで正規化したもの)と位相)を測定した測定結果を表す。
Next, FIG. 4 shows that the communication line connected to the
また、図5、図6は、この特徴ベクトルをダウンサンプルし、周波数7点、16点の特徴ベクトルとして、適合度を算出したものを表しており、(a)は、片側断線時の特徴ベクトルをネットワークアナライザで実測した結果を表し、(b)は、片側断線時の特徴ベクトルをシミュレーション計算で求めた結果を表している。 FIGS. 5 and 6 show the feature vectors obtained by down-sampling the feature vectors and calculating the fitness as the feature vectors having the frequencies of 7 and 16, respectively. FIG. 5A shows the feature vectors when one side is broken. (B) represents the result obtained by simulation calculation of the feature vector at one side disconnection.
図5、図6に示すように、片側断線時の特徴ベクトルをシミュレーション計算で求めた場合(b)には、片側断線したノードの特徴ベクトルに対する適合度が最も大きくなっている。 As shown in FIG. 5 and FIG. 6, when the feature vector at the time of one-side disconnection is obtained by simulation calculation (b), the degree of matching with respect to the feature vector of the node disconnected at one side is the largest.
これに対し、片側断線時の特徴ベクトルを実測した場合(a)には、計測精度の影響で一部逆転しているものがあり、特に、HUBからの通信線の長さが同じノード1とノード5では、適合度だけで断線箇所を特定することができない。
On the other hand, when the feature vector at the time of one-side disconnection is actually measured (a), there are those that are partially reversed due to the influence of measurement accuracy. In particular, the length of the communication line from the HUB is the same as
このため、本発明を実施する際には、上記実施形態のように、各通信線の長さは、ノード毎に異なる長さに設定して、適合度から断線箇所を特定できるようにするとよいことが判った。 For this reason, when implementing the present invention, as in the above embodiment, the length of each communication line may be set to a different length for each node so that the disconnection location can be identified from the degree of fitness. I found out.
また、この実験結果から、特徴ベクトル(特徴情報)の計測ポイント(周波数)については、多くすれば断線箇所の適合度が大きくなるということはなく、本発明を適用する通信システムに応じて、適宜設定すればよいことも判った。 Also, from this experimental result, the measurement point (frequency) of the feature vector (feature information) does not increase the adaptability of the disconnection location if it is increased, and it is appropriately determined according to the communication system to which the present invention is applied. I also found that I should set it.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、断線検出装置10には、異常検出部30が設けられており、異常検出部30による通信異常の検出頻度が高くなると、制御部32が、信号発生部12を駆動して出力SW14をオンすることで、断線判定動作を開始するものとして説明したが、制御部32は、定期的に断線判定動作を開始するようにしてもよく、或いは、運転者等からの外部入力により断線判定動作を開始するようにしてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, a various aspect can be taken.
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、制御部32は信号発生部12が発生する高周波信号の周波数を、予め設定された複数の周波数に順次切り替えるものとして説明したが、信号発生部12に、予め設定された複数の周波数を成分として含む信号を一時に発生させ、特徴情報生成部20を動作させて、各相の通信線への出力電圧の差分を周波数フィルタまたはFFT等により周波数成分に分離し、各周波数での特徴情報を生成させるようにしてもよい。
Moreover, although the
また、上記実施形態では、片側断線の検出精度を高めるために、検査用高周波信号の各相の通信線への出力電圧の差分をベクトル化して、当該システムの特徴情報を生成するものとして説明したが、単に出力電圧の差分を電圧値として検出して、その電圧値と判定用基準値とを比較することで、断線検出を行うようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, in order to raise the detection accuracy of one-side disconnection, it demonstrated as what produces the feature information of the said system by vectorizing the difference of the output voltage to the communication line of each phase of the test high frequency signal. However, the disconnection may be detected by simply detecting the difference between the output voltages as a voltage value and comparing the voltage value with the determination reference value.
また、上記実施形態では、通信システムは、自動車において各種車載装置をデータ通信可能に接続する車載LANであるものとして説明したが、本発明は、2本の通信バスに通信線を介して接続される複数の通信ノードを備えた通信システムであれば、どのようなシステムであっても適用できる。 In the above embodiment, the communication system has been described as an in-vehicle LAN that connects various in-vehicle devices in a vehicle so that data communication is possible. However, the present invention is connected to two communication buses via communication lines. Any communication system provided with a plurality of communication nodes can be applied.
1〜6…ノード、8…通信線、10…断線検出装置、12…信号発生部、14…出力SW、16,17…電圧検出部、18…差動増幅回路、20…特徴情報生成部、22…記憶部、24…適合度算出部、26…故障判定部、28…受信部、30…異常検出部、32…制御部、BM,BP…伝送路、ZM,ZP…インピーダンス素子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-6 ... Node, 8 ... Communication line, 10 ... Disconnection detection apparatus, 12 ... Signal generation part, 14 ... Output SW, 16, 17 ... Voltage detection part, 18 ... Differential amplifier circuit, 20 ... Feature information generation part, DESCRIPTION OF
Claims (5)
所定の伝送周波数で所定の対地電圧を有する高周波信号を発生する信号発生手段と、
該信号発生手段が発生した高周波信号を、インピーダンス素子を介して前記通信バスの各伝送路に同相で出力する出力スイッチと、
該出力スイッチのオン時に前記信号発生手段からインピーダンス素子を介して前記通信バスの各伝送路に出力される電流又は電圧を計測する出力計測手段と、
該出力計測手段にて計測された前記各伝送路への出力の差分と、前記通信ノード毎に予め設定された断線判定用の情報とに基づき、前記通信バスとの間の通信線に片側断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定する断線判定手段と、
を備え、
前記信号発生手段は、周波数の異なる複数の高周波信号を発生し、
前記出力計測手段は、前記出力スイッチのオン時に、前記信号発生手段が前記高周波信号を発生する度に、前記各伝送路に出力される電流又は電圧を計測し、
前記断線判定手段は、前記出力計測手段にて周波数の異なる高周波信号毎に計測された前記各伝送路への出力の差分と、前記通信ノード毎に予め設定された断線判定用の情報とに基づき、前記通信バスとの間の通信線に片側断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定することを特徴とする通信システムの断線検出装置。 In a communication system comprising a communication bus composed of two transmission paths and a plurality of communication nodes connected to the communication bus via two communication lines, the communication bus is connected as an inspection node, A disconnection detecting device for detecting one-side disconnection of a communication line between a communication node and the communication bus,
Signal generating means for generating a high-frequency signal having a predetermined ground voltage at a predetermined transmission frequency;
An output switch for outputting the high-frequency signal generated by the signal generating means in phase to each transmission path of the communication bus via an impedance element;
Output measuring means for measuring the current or voltage output from the signal generating means to each transmission path of the communication bus via the impedance element when the output switch is turned on;
One-side disconnection in the communication line with the communication bus based on the difference in output to each transmission path measured by the output measuring means and the information for disconnection determination preset for each communication node Disconnection determination means for determining whether or not there is a communication node that has occurred,
With
The signal generating means generates a plurality of high frequency signals having different frequencies,
The output measuring means measures the current or voltage output to each transmission path each time the signal generating means generates the high-frequency signal when the output switch is turned on,
The disconnection determination means is based on a difference in output to each transmission path measured for each high-frequency signal having a different frequency by the output measurement means, and information for disconnection determination preset for each communication node. An apparatus for detecting a disconnection in a communication system, comprising: determining whether there is a communication node in which a one-side disconnection occurs in a communication line between the communication bus and the communication bus .
前記出力計測手段にて周波数の異なる高周波信号毎に計測された前記各伝送路への出力に基づき、該出力の差分をベクトル化した特徴情報を前記高周波信号毎に生成する特徴情報生成手段と、
前記各通信ノードの通信線が片側断線しているときに前記特徴情報生成手段にて前記高周波信号毎に生成される特徴情報を表す基準特徴情報が、前記通信ノード毎に予め記憶された基準特徴情報記憶手段と、
前記特徴情報生成手段にて生成された特徴情報と前記基準特徴情報記憶手段に記憶された基準特徴情報との適合度を、前記通信ノード毎に算出する適合度算出手段と、
前記適合度算出手段にて算出された通信ノード毎の適合度に基づき、前記通信バスとの間の通信線に片側断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の通信システムの断線検出装置。 The disconnection determination means includes:
Based on the output to each transmission path measured for each high-frequency signal having a different frequency by the output measuring means, feature information generating means for generating, for each high-frequency signal, feature information obtained by vectorizing the difference between the outputs,
Reference feature information representing feature information generated for each of the high-frequency signals by the feature information generation unit when the communication line of each communication node is disconnected on one side is stored in advance for each communication node. Information storage means;
A degree-of-fit calculation means for calculating the degree of fit between the feature information generated by the feature information generation means and the reference feature information stored in the reference feature information storage means;
Claims based on said fitness of each communication node calculated in conformance degree calculating unit, and judging whether there is a communication node one-wire break has occurred in the communication line between the communication bus Item 4. A disconnection detecting device for a communication system according to Item 1 .
該通信エラー検出手段による通信エラーの検出頻度が所定の閾値を越えると、前記出力スイッチをオンして、前記各手段による断線判定動作を実行させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の通信システムの断線検出装置。 A communication error detecting means for detecting a communication error occurring in the communication system;
Control means for turning on the output switch when the frequency of detection of communication errors by the communication error detection means exceeds a predetermined threshold, and executing a disconnection determination operation by each means;
The disconnection detecting device for a communication system according to claim 1 or 2, further comprising:
前記通信バスに、 In the communication bus,
所定の伝送周波数で所定の対地電圧を有する高周波信号を発生する信号発生手段と、 Signal generating means for generating a high-frequency signal having a predetermined ground voltage at a predetermined transmission frequency;
該信号発生手段が発生した高周波信号を、インピーダンス素子を介して前記通信バスの各伝送路に同相で出力する出力スイッチと、 An output switch for outputting the high-frequency signal generated by the signal generating means in phase to each transmission path of the communication bus via an impedance element;
該出力スイッチのオン時に前記信号発生手段からインピーダンス素子を介して前記通信バスの各伝送路に出力される電流又は電圧を計測する出力計測手段と、 Output measuring means for measuring the current or voltage output from the signal generating means to each transmission path of the communication bus via the impedance element when the output switch is turned on;
該出力計測手段にて計測された前記各伝送路への出力の差分と、前記通信ノード毎に予め設定された断線判定用の情報とに基づき、前記通信バスとの間の通信線に片側断線が生じた通信ノードがあるか否かを判定する断線判定手段と、 One-side disconnection in the communication line with the communication bus based on the difference in output to each transmission path measured by the output measuring means and the information for disconnection determination preset for each communication node Disconnection determination means for determining whether or not there is a communication node that has occurred,
を備えた断線検出装置を接続すると共に、 A disconnection detector with
前記各通信ノードと前記通信バスとの間の通信線の長さを、各通信ノード間で互いに異なる長さに設定してなることを特徴とする通信システム。 A communication system, wherein a length of a communication line between each communication node and the communication bus is set to a different length between the communication nodes.
前記通信バスに、請求項1〜請求項3の何れかに記載の断線検出装置を接続すると共に、
前記各通信ノードと前記通信バスとの間の通信線の長さを、各通信ノード間で互いに異なる長さに設定してなることを特徴とする通信システム。 In a communication system comprising a communication bus composed of two transmission paths and a plurality of communication nodes connected to the communication bus via two communication lines.
While connecting the disconnection detecting device according to any one of claims 1 to 3 to the communication bus,
A communication system, wherein a length of a communication line between each communication node and the communication bus is set to a different length between the communication nodes.
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