SE511458C2 - Skyddsanordning för diagnosuttag i distribuerade datornät - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511 458 z flerpoliga diagnosuttaget som aktiveringsingång för att öppna direldaccessen till kommunikationslänken. Detta ökar dock behovet av antalet kontaktstift i diagnosuttaget, vilket i sig för mer sig ökade kostnader samt äzmu en potentiell felkälla.

UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL Uppfinningen har till ändamål att förhindra kortslutning av kommunikationslänken i distribuerade datorsystem vid kortslutning av kommunikationslänkens kontaktorgani fordonets diagnosuttag.

Uppfinningen skall även förhindra felaktig påläggning av spänning eller andra stömingar på kommunikationslänken via diagnosuttaget. Kortslutning, felaktig spänning och andra störningar pålagda på kommunikationslänken kan vid drift av fordonet få till följd att viktiga funktioner upphör att fungera, vilket exempelvis kan stoppa motorn i fordonet.

Ytterligare ett ändamål är att reducera antalet erfoderliga kontaktstift i diagnosuttaget Ännu ett ändamål är att erhålla ett skydd mot otillbörlig inkoppling via diagnosuttaget mot kommunikationslänken i distribuerade datorsystem.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den uppfinningsenliga skyddsanordningen utmärkes av patentkravets l kärmetecknande del.

Genom den uppñnningsenliga skyddsanordningen erhålles ett förbättrat skydd från otillbörlig påverkan på kommunikationslänken via diagnosuttaget, samtidigt som antalet kontalcter i diagnosuttaget kan reduceras, vilket ökar säkerheten i det distribuerade datornätet samt reducerar potentiella felkällor vid drift av datomätet respektive vid initierad diagnostisering. Övriga uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av övriga patentkravs kännetecknande delar samt den efterföljande beskrivningen av uttöringsexempel. Beskrivningen av utföringsexempel sker med hänvisning till figurer angivna i följande figurförteclming.

FIGURFÖRTECKNING Figur 1, visar schematiskt ett distribuerat datornät, samt en extern diagnosenhet som är anslutningsbar till datornätet via diagnosuttag; Figur 2, motsvarar figur l men där diagnosenheten är ansluten till kommunikationslänken i datomätet; Figur 3, visar en första variant på kretslösningar med vilka direktacess till kommunikationslänken kan erhållas; Figur 4, visar en andra variant på laetslösningar med vilka direktacess till kommunikationslänken kan erhållas, Figur 5, visar en variant där strömförsörjningen till diagnosenheten sker via diagnosuttaget. 10 15 20 25 30 35 3 51 1 4 5 8 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I figur 1 visas schematiskt ett distribuerat datornät 8, företrädesvis implementerat i ett fordon, vilket datornät innehåller ett flertal noder 20a-20c vilka kommunicerar över en gemensam kommunikations- länk 10a,10b.

Vid applikation i motorfordon kan noderna utgöras av en växellådsnod, en tändsystemnod, en bränslesystemnod eller en Bromssystemnod för exempelvis fordonets ABS-system(ABS=Anti Blockerings System för bromsar).

Kommunikationen över kommunikationslänken 10a,10b sker seriellt i digital form enligt ett förbestämt kommunikationsprotokoll. Företrädesvis användes ett CAN -protokoll (CAN=Controller Area Network) motsvarande standarden ISO ll898zl993, vilket understödjer realtids kontroll samt multiplex sändning. Även andra likande typer av kommunikationsprotokoll kan användas såsom SAE 11850, eller andra protokoll kompatibla med ISO 11519.

I figur l visas en kommunikationslänk 10a,10b vilken är utformad såsom en differentierad tvåledare i enlighet med standarden ISO ll898:1993(se avsnitt 10.5). Denna typ av differentierad tvåledare innefattar ett terrnineringsmotstånd ll mellan tvåledarna 10a,10b. Differentierade tvåledare användes för att minska känsligheten fór störningar. I utgångstillståndet hålls båda ledarna i en differentierad tvåledare på en väsentligen likartad spänningsnivå, och vid övergång till ett dominant tillstånd, konventionellt representerande logisk nolla, sänks potentialen på ena ledaren samtidigt som potentialen på den andra ledaren höjs. Eventuella externa störningar påverkar båda ledarna lika vilket ej kan påverka aktuell logisk signalnivå på kommunikationslänken.

Sändningshastigheter på ett par hundra kbit/sek kan förekomma, där aktuell sändningshastighet på kommunikationslänken bestämmes av kraven på respons i systemet.

Elförsörjningen i fordonet sker via ett batteri 32, vilket spänningsätter nodema 20a-20c via exempelvis ett tändningslås 31.

I syfte att lmnna diagnosticera dator-nätet och de däri ingåeende noderna finns ett diagnosuttag 3 med en första uppsättning kopplingsorgan 3a,3b vilka är anslutningsbara till respektive ledare i kommunikationslänken lOa, 10b. För diagnosticeringen erfodras en extern diagnosutrustning i form av en diagnosenhet 1, med en diagnoskontakt 2 innehållande en andra uppsättning kopplingsorgan 2a,2b kompatibla med den första uppsättningen kopplingsorgan och vid ansluten diagnosutrustning sammankopplar den första respektive andra uppsättningen kopplingsorgan med varandra, 2a-3a respektive 2b-3b.

Diagnosenheten l kan ha en egen strömkälla 4, men kan på konventionellt sätt erhålla sin strömförsörjning via separerade kopplingsorgan i kontakten 2, respektive uttaget 3, vilka ansluter till strömförsörjningen 30 i fordonet, visati figur 5. 10 15 20 25 30 35 511 458 4 Kontakten 2 samt uttaget 3 innehåller företrädesvis ett mängd kopplingsorgan för ett flertal andra funktionaliteten-i fordonet. På konventionellt sätt samlas ett flertal kopplingsorgan i samma kontakt/uttag, och mer än ett 20-tal kopplingsorgan utöver kopplingsorganen för kommunikationslänken kan förekomma. I figur l visas dock enbart kopplingsorganen 2a,2b respektive 3a,3b för kommunikationslänken lOa,lOb.

I figur 2 visas det distribuerade datomätet 8 med en fullt ut uppkopplad extern diagnosenhet 1, vilken har direktacess till kommunikationslänken l0a,10b i datornätet 8. l enlighet med uppfinningen finns anordnat reläkomalner 14a,l4b vilka är påverkningsbara av ett relä 13. Relät 13 är aktiverbart av en signaldetekteringskrets 12, vilken detekterar si gnaltillståndet på åtminstone endera av kopplingsorganen 3a eller 3b i uttaget 3. När ett fot-bestämt signaltillstånd föreligger på alctuellt kopplingsorgan är signaldetekteringskretsen anordnad att aktivera relät 13 så att kontakterna l4a,l4b sluts. Signaldetekteringskretsen 12 är ansluten till strömförsörjningen 30, vilken på samma sätt som for noderna alaiveras när kontakten i tändningslåset 31 sluts.

I ñgur 3 visas i en första utföringsfonn den principiella uppbyggnaden av signaldetekteringslqetsen 12 och de signalln-etsar i diagnosenheten som erfodras för att påverka signaldetekteringskretsen 12 så att relät 13 kan sluta kontakterna l4a,l4b.

I denna utföringsform innehåller diagnosenheten l ett interface 5 för kommunikationslänken, vilket ävenledes kan aktivera ett relä 6, eller motsvarande styrbar strömställare i halvledar-teknik När relät 6 sluter sin kontakt 6a erhålles en spänning på en av ledama, i ñgur 3 ledaren l0b, i kommunikationslänken. Relät kan företrädesvis aktiveras av interfacet 5 med en kortvarig puls med en varaktighet inom intervallet några ttsek upp till några tiotal msek.

Genom spänningsdelningen över motstånden 7a,7b erhålles en spänningspuls med en spänningsnivå anpassad till kommunikationslänken l0a,lOb. Denna spänningspuls är lämpligen så anpassad att den är unik och skild från den normala kommunikationen på kommunikationslänken. Exempelvis så kan CANH ( i figtir 3 motsvarande lOb) i en differentierad kommunikationslänk vara specificerad upp till 7.0 volt, och där alla korrekta meddelanden ej innhåller fler än exemplvis 8 bitar i följd med samma digital representation. Den teknik som användes för att begränsa antalet bitar i följd med samma digitala representation benärnnes “bit-stuffing” teknik, och utföres av varje sändande nod innan meddelanden skickas ut på kommunikationslänken. Den start puls som aktiverar relät kan läggas på en nivå om exempelvis 8.0 volt, samt ha en varaktighet om minst 9 bitlängder, företrädesvis inom intervallet 10-15 bitlängder.

De noder som då är anslutna till kommunikationslänken kan då detektera att detta är ett felaktigt meddelande, och kan således ej påverkas av den aktuella pulsen om den skulle läggas ut på datornätets kommunikationslänk 20 25 5 5 V1 1 4 5 8 Signaldetekteñngslcretsen 12 som skall detektera den aktuella startpulsen innehåller två komparatorer 15 och 16, vilka erhåller sina referensspänningar via spänningsdelaren l7a-17b-17c.

Den första referensspänningen erhålles mellan motstånden l7a och 17 b och kan lärnpligen ligga på en spänningsnivå på 8,5 volt. Komparatorn 15 kommer således att ge en utsignal när spänningen överstiger 8,5 volt.

Den andra referensspänningen erhålles mellan motstånden 17b och 17 c och kan lämpligen ligga på en spänningsnivå på 7,5 volt. Komparatorn 16 kommer således att ge en utsignal när spänningen överstiger 7,5 volt.

Genom att utsignalerna från båda komparatorerna 15 respektive 16 är kopplade till ingångar-na på en XOR-krets(exclusive OR), 18, får det till följd att XOR-kretsen endast ger en utsignal när en(1) av ingångama, dvs utsignalerna från komparatorerria 15 och 16, har ett aktivt utsignaltillstånd.

De exemplifierade referensspänningarna enligt ovan för komparatorema är valda for en startpuls med en spänningsnivå om 8 volt. Om annan nivå på startpulsen väljs anpassas referensspänningama på motsvarande sätt.

XOR lcremens tillstånd i beroende av spänningen på kommunikationslänkens ledare, Um, , och med en stratpuls med en spänningsnivå på 8 volt, och refrensspänmngar enligt exemplet ovan, framgår av tillståndsdiagrammet nedan.

Utsignal komparator 15 Utsignal komparator 16 Utsignal XOR Kommentar 0 0 0 Um, < 7,5 volt 1 1 0 Ulm, >8,5 volt 0 1 1 7,5 volt S Umš 8,5 volt För att erhålla en funktionalitet där en kortvarig startpuls drar relät 13 och att relät hålles draget till strömforsörjningen via 30 upphör, finns en monostabil vippa 19, så kallad M/S flip-flop, vars ena ingång är ansluten till XOR kretsens utgång och den andra ingången via en invertering är ansluten till strömförsöijningen 30.

Utsignalen for vippan 19, UTtq , framgår av tillståndsdiagrammet nedan Kommentar Ugo XOR UT19 O 1 1 tändning på och startpuls drar relä 1 0 0 tändning slås av och ingen startpuls 0 0 1/0 bibehåller tillstånd 1 1 ej definierat tillstånd* * = När spänning ej påslagen i datornätet kan ej startpuls dra relät. 10 15 20 25 30 35 511 458 6 Den erhållna funktionaliteten blir då att tändlåset 31 måste spänningsätta datornnätet, och således även signaldetekteringsenheten 12, och en därefter utlagd startpuls drar relät 13 så att kontakterna 14a,14b sluts. Relät 13 kommer att vara draget, med slutna kontakter, så länge datornätet är spänningsatt via tändlåset 30 och en startpuls har dragit relät, och så fort som tändlåset 31 bryter spänningssättningen via 30 så faller relät 13. I syfte att stabilisera kretsen så att inte störningar, korta spänningspikar etc på ledningen 10b, drar relät 13, kan en kondensator 29 vara ansluten till utgången på XOR-kretsen 18.

Den i figur 3 visade lcretslösningen är enbart en av flera tänkbara utföringsformer. I en andra utföringsfonn kan XOR-kretsen 18 ersättas med en AND-krets, där komparatom 15 vänds så att referensspänningen som tas ut mellan motstånden l7a-l7b istället anslutes till komparatorns +- ingång. I en tredje utföringsfcxm kan de två komparatorerna 15 samt 16 ersättas med en kompatibel IC loets, exvis LM3l9(Dual voltage comparator), eller LM339(Quad voltage comparator), tillgängliga från exvis Phillips..

I figur 4 visasi en andra utforingsforrn den principiella uppbyggnaden av signaldetekteringskretsen 12 och de signallcretsar i diagnosenehten som erfodras för att påverka signaldetekteringskretsen 12 så att en mot reläftinktionen motsvarande funktionalitet kan erhållas med halvledare-tekrtik I denna utföringsform användes i diagnosenheten enbart ett konventionellt interface 5 ' for kommunikationslänken. Som startpuls användes exempelvis ett specifikt start meddelande, vilket kan ges en unik och från normala meddelanden skild konfiguration. Ett sådant start meddelande kan exempelvis ha minst 10-15 bitar med samma digital representation i följd, dvs ett icke “bit-stuffï anpassat meddelande, vilket således kan detekteras av nodema som ett ”felaktigt” meddelande och således ej påverkar nodemas funktionalitet.

Signaldetekteringsenheten 12 innehåller ett konventionellt CAN -interface, 21, för differentierad tvåledare, vilket exempelvis kan vara en krets motsvarande beteckningen “Philips 82C250”. I en funktionsanpassad lC-krets 22 kan sedan detektering av meddelandet ske, och aktuellt eller aktuella start meddelanden kan lagras i ett icke flyktigt minne 23. När kretsen 22 vid en järnforelse detekterar överenstämmelse mellan det detekterade meddealandet som sänds på kommunikalionslänken och det meddelande som är lagrat i minnet 23, aktiveras utgången 33 vilket ställer om halvledarbrytarna 13b respektive l3c.

I båda utföringsforrnema visade i figur 3 och 4 är det viktigt att reläfunktionen l3,l4a,l4b respelaive 13c,13b, eller en mot dessa kompatibel reläfunlction, erbjuder en lågohrnig uppkoppling av diagnosenheten 1 mot kornmunikationslärtken Reläfunlctionen kan således vara mekanisk eller 10 15 20 25 30 35 7 511 458 analogt uppbyggd med halvledarkomponenter, och som inte nämnvärt påverkar den normala kommunikationen.

I enlighet med uppfinningen skall detekteringsfunlflione 12 vara integrerad i det distribuerade datornätet, och företrädesvis integreradi själva diagnosuttaget 3, bildade en enda enhet.

I utföringsformen visad i figur 4 kan en sofistikerad behörighetskod utgöra själva start meddelandet.

En sådan implementering ger ett förstärkt skydd mot obehörig inkoppling mot kommunikations- länken, relativt den i figur 3 visade utföringsformen vilken enbart kräver en specifik spänningsnivå utlagd på endera av ledama lOa,l0b.

Den i figur 3 visade utfóringsformen kan dock ges ett förbättrat behörighetsskydd genom att exempelvis ha en signaldetekteringsenliet som detekterar ett förbestämt sekventiellt pulståg. Ett sådant pulståg, genererat av diagnosenheten kan exempelvis utgöras av ett antal pulser med den specifika spänningsnivån och med en förbestämd varaktighet på varje puls, samt där varje puls har en lucka med en förbestämd varaktighet Behörighetskoden kan för olika typer av konfigurationer av datornät eller bilmodeller vara unik för respektive konfiguration av noder i datornätet. Diagnosenheten kan då ha ett flertal skilda behörighetskoder lagrade, och vid uppkoppling löper diagnosenheten igenom ett flertal behörighetskoder till dess att kommunikation etablerats. Den behörighetskod som då lyckats erhålla uppkoppling kan då användas som indikeringsmedel för att detektera aktuellt konfigurerat datornät, och ett mot detta datomät anpassat diagnosprogram initieras automatisla.

Behörighetskodenßtart meddelandet) kan fiïeuädesvis aktiveras manuellt genom att aktivera ett kommando eller en startknapp på diagnosenheten. Alternativt kan behörighetskoden skickas ut automatiskt när mekaniska kontakter eller sensorer i kontakten 2 detekterar en fysisk sammankoppling av kontakten 2 med uttaget 3.

I ätmu en utföringsforrnücke visad) kan detekteringsenheten 12 modifieras så att den är kapabel att både mottaga samt sända meddelanden på kommunikationslärtken. I syfte att ytterligar höja behörighetskontrollen kan verifiering av korrekt diagnosenhet ske i steg, med ett utbyte av meddelanden mellan diagnosenheten och detekteringsenheten 12.

Uppñnningen kan även implementeras i distribuerade datornät där noderna 20a-20c och detekteringsenheten 12 har en kontinuerlig anslutning mot batteriet 32. I en sådan konfiguration kan 511 458 s 10 15 återställningen av relät 13 initieras av ett “unikt” stängningsmeddelande. Detta kan initieras av noderna i det ditribuerade datornätet, eller av diagnosenheten själv.

I de i figur 3 och 4 visade utíöringsformerna visas ej eventuella si gnalkonditionerande komponenter vilka anpassar exempelvis batterispärmingen till en för de dislaeta komponenterna kompatibel signal- llogiknivå. I dessa utföfingsformer antas batteri-/systemspänning medföra en logisk “etta” och ett spänningslöst tillstånd en logisk “no1la”, om ej en invertering skett vilket vänder på den logiska representationen.

Uppfinningen är inte inskränkt till de visade utfdringsfonnerna, och kan modifieras inom ramen for patentkraven Den i figur 4 visade utforingsformen med en mjukvarumässig detektering av behörighetskoden, kan alternativft ersättas med en hårdvarumask, vilken är uppbyggd med diskreta komponenter och ej erfodrar ett icke flyktigt minne. Utforingsformen visad i figur 4 kan enkelt ändra sin behörighetskod genom att mjukvarumässigt ändra behörighetskoden som lagrats i minnet 23, vilket konventionellt benämnes som en mjukvaru-mask för detektering av meddelanden som skickas på kommunikationslänken.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 9 511 458 PATENTKRAV

1. Skyddsanordning för diagnosuttag (3) i distribuerade datomät (8) innehållande åtminstone två noder och en för datomätet gemensam kommunikationslärtk (lOa,lOb), företrädesvis anordnade i fordon, vilket diagnosuttag erbjuder möjlighet för inkoppling av extem diagnosutrustning (1) till olika distribuerade noder (20a,20b,20c) i datornätet, vilket diagnosuttag innefattar en första uppsättning kopplingsorgan (3a,3b) för direktaccess till åtminstone en kommunikationslänk( IOaJOb), vilken kommunikationslänk överför data mellan de i datornätet distribuerade noderna vid drift k ä n n et e c k n a d a v -att mellan den första uppsättningen av kopplingsorganen (3a,3b) och kommunikations- länken(l0a,lOb) är anordnat reläkontakter (l4a,14b/l3a,13b) vilka reläkontakter i ett första stabilt läge bryter förbindelsen mellan den första uppsättningen kopplingsorgan (3a,3b) och kommunikationslänken (l0a,l0b), -att den externa diagnosutrustningen( 1) innefattar signallu-etsar (5,6,6a/5 ') vilka signalkretar lägger ut ett vid uppkoppling unik och förbestämd signaltillstånd på en andra uppsättning kopplingsorgan (2a,2b), vilken andra uppsättning kopplingsorgan är kompatibla med den första uppsättningen kopplingsorgan och vid ansluten diagnosutrustning sarnmankopplar den första respektive andra uppsättningen kopplingsorgan sinesemellan, -att en signaldetekteringskrets (12) är ansluten till den första uppsättningen kopplingsorgan (3a,3b) och anordnad att detektera signaltillståndet på den första uppsättningen kopplingsorgan och vid en förbestämt signaltillstånd anordnad att omställa reläkontakterna (14a,14b/l3a,13b) till ett andra stabilt läge vilket andra läge sluter förbindelsen mellan den första uppsättningen kopplingsorgan och kommunikationslänken, varigenom en till diagnosuttaget ansluten extem diagnosutrustning erhåller direktaccess till kommunikationslänken.

2. Skyddsanordning för diagnosuttag i distribuerade datornät (8) enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att reläkontakterna (l4a,l4b) omställes av ett relä (13) vilket aktiveras av signaldetekteringskretsen ( 12).

3. Skyddsanordning för diagnosultagi distribuerade datornät (8) enligt patentlcrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att reläkontakterna utgöres av strömställare av halvledartyp (l3a,13b), vilka erbjuder ett lågohrnig dubbelríktad kommunikation över reläkontakterna.

4. Skyddsanordning för diagnosuttag i distribuerade datornät (8) enligt patentkrav 2 eller 3 k ä n n e te c k n a d av att signaldetekteringsanordningen (12) innefattar en detelneringsanordning (15,l6,17a-17c,l8) vilken i beroende av en pålagd spänningsnivå på åtminstone endera av 10 15 20 25 511 458 w kontaktstiften (3a,3b) inom ett förbestämt spänningsintervall aktiverar reläkontakterna (14a,l4b/l31,l3b).

5. Skyddsariordning för diagnosuttag i distribuerade datomät (8) enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d av att signaldetekteringsanordningen innefattar åtminstone två komparatorer (15,16) vilka jämför den pålagda spänningsnivå på åtminstone endera av kontaktstiften (3a,3b) med en första referensspänning respektive en andra referensspänning, vilka första och andra referensspänningar erhålles via en spänningsdelare (17a-17c).

6. Skyddsanordning för diagnosuttag i distribuerade datornät (8) enligt patentkrav 5 k ä n n e t e c k n a d av att diagnosenheten innefattar aktiverbara signa1kretsar(6,6a,7a,7b) vilka vid aktivering under åtminstone en förbestämd tid spänningsätter aktuellt kontaktstift med en spänningsnivå inom det förbestämda intervallet, när diagnosenhetens kontakt (2) är ansluten till diagnosuttaget (3).

7. Skyddsanordning för diagnosuttag i distribuerade datornät (8) enligt patentkrav 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d av att signaldetekteringsanordrtingen (12) utgörs av -ett interface(2l) kapabelt att detektera åtminstone ett start-meddelande på kommunikationslänken, vilket start-meddelande i huvudsak är kompatibelt med det kommunikationsprotokoll som användes på kommunikationslärrlcen men som är unikt relativt andra typer av meddelanden som kan skickas på kommunikationslänken, - ett minne(22), företrädesvis ett icke flyktigt minne, vilket mimie innehåller ett för aktuellt konfigurerat datornät unik behörighetskod, - och en jämförande krets (22) vilken järnför det aktuell start-meddelande utlagd på kontaktstiften i diagnosuttaget för kommunikationsbussen med det i minnet lagrade behörighetskoden, vilken jämförande krets aktiverar reläkontakterna (l3a,l3b) till ett slutet läge och här-igenom etablerar en direktacess till kommunikationslänken från diagnosuttaget (3) om aktuellt start-meddelande är identiskt med den i rrrinnet(22) lagrade behörighetskoden