WO2014009158A1 - Verfahren zur kommunikation zwischen einer master- und einer slave-einheit - Google Patents

Verfahren zur kommunikation zwischen einer master- und einer slave-einheit Download PDF

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WO2014009158A1
WO2014009158A1 PCT/EP2013/063395 EP2013063395W WO2014009158A1 WO 2014009158 A1 WO2014009158 A1 WO 2014009158A1 EP 2013063395 W EP2013063395 W EP 2013063395W WO 2014009158 A1 WO2014009158 A1 WO 2014009158A1
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voltage level
state
transmission line
slave unit
actuator
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PCT/EP2013/063395
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Stephan Bolz
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Continental Automotive Gmbh
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    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
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    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L2001/0092—Error control systems characterised by the topology of the transmission link
    • H04L2001/0094—Bus

Definitions

  • Electronic control units in motor vehicles usually communicate with each other by transmitting digital data via suitable data lines.
  • An example of this is the CAN bus, with the help of which several control units can communicate with each other via a common data bus.
  • a relatively complex protocol is defined for the data transfer in order to ensure that a data record is transferred from a sender to a specific recipient.
  • two or more bus users may not transmit on the data bus at the same time.
  • the data transfer must be carried out safely and reliably even under the harsh operating conditions in the motor vehicle. All these requirements have meant that the operation can be carried out such a data interface between a Kommunikati ⁇ onsteil commentary and the data line and the data bus is normally only available with the aid of a microcontroller.
  • FIG. 1 An example of such a connection via a CAN bus is shown in FIG. 1.
  • An engine control unit ECU is connected via a CAN bus - CAN-Hi, CAN-Lo - to a heating control unit HC for the heating elements H1-H4 of fuel injection valves.
  • the heating control unit HC in turn is connected via corresponding control lines 4.1 - 4.4 with the heating elements Hl - H4 of the fuel injection valves in order to be able to supply them with energy from the motor vehicle battery.
  • the engine control unit ECU is also connected via corresponding lines to the fuel injection valves in order to be able to control the injection processes.
  • a two-wire CAN bus is in the heater control unit HC, a microcontroller and a
  • the engine control unit ECU commands for switching on and off of the heating elements Hl - send HC-cutting control unit H4 to the Hei which in turn encodes the commands de ⁇ and actuates the corresponding switch.
  • the heater control device HC sends data back such as Diagnosein ⁇ formations, device status and possibly also heating temperature to the engine control unit ECU.
  • the engine control unit ECU acts as a master, while the heater ⁇ control unit HC has a slave function.
  • the object of the present invention is to provide a less expensive solution for transferring data between a master unit and a slave unit.
  • the object is achieved by a method for communication via a transmission line between a master and a connected to at least one actuator to its control via a drive line and a measuring circuit for determining a predetermined actuator state, in particular its temperature, having slave unit, and for detection an error on the transmission line.
  • the master transmits to the slave unit to the activation of at least one Armie ⁇ approaching pulse in the form of a first voltage level defined duration and a subsequent second voltage level defined duration of complementary to the first voltage level state.
  • the master sends an activation voltage level to the slave unit for activation of the at least one actuator and for deactivation a disabling voltage level to the activation voltage level complementary to the delegation state at ⁇ supply line, wherein the activation voltage level has the same logic state as the first voltage level of approximately armouring pulse.
  • Quitt michspulse sets a predetermined frequency and with a pulse duration which is shorter than half the period resulting from the predetermined frequency period, to the transmission line, wherein the Quitt réellespulse a COM to the activation voltage level ⁇ have a satisfactory condition.
  • Complementary means here that if, for example, the voltage level of one signal has a high state, the voltage level of the other signal has the complementary low state.
  • Due to the different duty cycle of the acknowledgment pulses and the state pulses can be in the engine control unit in a simple manner different from each other, so that the proper function of the Akuators, for example, a heating ⁇ element of a fuel injector, on the one hand and the achievement of the predetermined actuator state, for example, a predetermined temperature of the fuel , on the other hand can be detected.
  • the Akuators for example, a heating ⁇ element of a fuel injector
  • the acknowledgment pulses have a duty cycle of about 10% and the state pulses have a duty cycle of about 90%, wherein the duty cycle is the ratio of the respective pulse duration to the predetermined period.
  • the duty ratio of the state impulse variable and is the current actuator state for example, the current fuel temperature in a fuel injection valve again.
  • the method according to the invention is closed in the absence of the acknowledgment pulses on a line break.
  • the inventive method in the master unit of activation are prepared in and opt-out voltage level compared with the tension ⁇ voltage level on the transmission line and it is when there is no match to a short circuit of transmission supply line closed with the ground potential or with the supply voltage potential.
  • An advantageous development of the method according to the invention makes it possible to avoid activating the actuator due to a short circuit of the transmission line to the supply potential by checking in the slave unit whether a voltage pulse preceded a voltage level on the transmission line which corresponds to an activation voltage level and if not, no activation of an actuator.
  • an deactivation voltage level is generated at the input of a level detection circuit in an advantageous development of the method according to the invention in the slave unit.
  • the master unit has a buffer circuit between a transmission node and a transmission connection for connection to the transmission line, in which the transmission node is connected to a first input terminal of an EXOR gate and the transmission Connection with a second input terminal of the
  • EXOR gate is connected, wherein its output terminal forms a receiving node. This makes it possible in a simple manner to detect the desired signal levels on the transmission line.
  • the slave unit has a buffer circuit between a transmission connection for connection to the transmission line and the first connection of an EXOR gate, whose output connection forms a receiving node.
  • the transmission terminal is connected to ground potential via a resistor and a controllable switching means, and the control input of the switching means and the second input terminal of the EXOR gate are connected to a transmitting node.
  • pulses from the slave unit can be placed on the transmission line and on the other hand it can be checked whether the expected signals or the expected voltage level is present on the transmission line.
  • FIG. 2 shows a device for carrying out the method with only one communication line between a master and a slave unit
  • FIG. 3 shows an example of an embodiment of a slave unit
  • Figure 4 shows the time course of the voltage level on the
  • FIG. 5 shows a detailed device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a data connection between an engine control unit ECU acting as a master unit and a heating control unit HC functioning as a slave unit by means of a Signal line shown.
  • actuators are realized in the illustrated embodiment as a fuel injection valves with heating ⁇ elements Hl - H4, which are connected to actuate the injection function via corresponding lines to the control unit ECU.
  • the fuel injection valves also have a heating function, for their actuation they are connected to the heating control unit HC via control lines 4.1 - 4.4.
  • Both the control unit ECU as well as the HC Hei ⁇ Zung control unit are via two lines - battery Ground - with a not-shown vehicle battery ver ⁇ prevented.
  • Heater controller HC has the function to On ⁇ requirement by the engine control unit ECU the heaters Hl - on or H4 fuel injectors off.
  • the heater control device HC a measurement circuit for determining a predetermined MS AktuatorCloudes, in particular ⁇ sondere whose temperature T on.
  • FIG. 3 shows a heating control unit HC in somewhat greater detail.
  • the heating control unit HC is - as already stated - supplied via two lines Battery, Ground - energy from, for example, a motor vehicle battery. To the heater controller HC against a reverse polarity of this
  • Batteriepolpoltikscaria BVS present, via which the energy from the battery driver circuits Driver 1 - Driver 4 is supplied, which switch through the battery voltage to the control lines 4.1 to 4.4 for the actuators Hl - H4 when appropriately controlled by a circuit logic SL. It is also indicated in the circuit logic SL, a measuring circuit MS, which can detect the temperature T of the heating elements Hl - H4 and prepare for transmission to the engine control unit ECU. The measuring circuit MS can also be formed outside the circuit logic SL in the heating control unit HC.
  • a Voltage regulator 5VR contained in the heater control unit HC, which provides a standard for logic circuits supply voltages of, for example, 5 volts.
  • the heater control unit HC functioning as a slave unit is supplied with data DATA such as the arming pulse and the activation and deactivation voltage levels and can apply corresponding voltage levels to the transmission line for the transmission of status and / or diagnostic data
  • Transmission line connected, acting as a master unit engine control unit ECU can be detected.
  • the second track "ARMING" of Figure 4 shows the Armie ⁇ approaching pulse with the time durations t on and t 0ff, while the third track “STATUS" to the activation or deactivation command ( "HEAER ENABLED” or “HEATER DI SABLED”) represents.
  • the first track shows the condition caused by these signals on the
  • the heating control unit HC recognizes this chronological sequence and only switches on if the detection is correct. This prevents that in case of a short circuit of the data line after Batteriepo ⁇ potential, the heater is activated unintentionally.
  • the heating control unit HC has its own measuring circuit MS for detecting the fuel temperature T. As long as the command for heating is present and the setpoint temperature TO has not yet been reached, the heating function remains switched on. When the target temperature TO is reached, it is turned off, as shown in the fourth track "ACTIVITY".
  • the heating control unit HC acknowledges this by, for example, by means of a switch, the voltage level of
  • Transmission line periodically switches to a low state with a predetermined frequency.
  • the ratio of the duration of a low state to resulting from the predetermined frequency period (duty) is relatively small, e.g. 10%. If the setpoint temperature TO is reached, the heating function is switched off and the heating control unit HC now switches the duty cycle to e.g. 90%, which can be recognized in the fifth track "HEATER DATA.”
  • the repetition frequency of the switching process is defined to be 10 Hz, for example, and a continuous variation of the duty cycle is also possible in order to display the actual temperature.
  • the heating function is interrupted and the heating control unit HC switches off. Only a renewed arming pulse with a subsequent activation voltage level enables a new heating cycle.
  • FIG. 5 Shown in FIG. 5 are circuit embodiments for the transceiver circuits in the engine control unit ECU and in the heater control unit HC. Not shown are corresponding evaluation circuits for interpreting the occurring sequences of voltage levels that occur at transmitting and receiving nodes TxD, RxD. These may include frequency measuring circuits, pulse width demodulators, pulse duration measuring circuits, etc.
  • the ECU engine control unit sends its data on the transfer ⁇ tragungs effet DATA to the heater control device HC by it creates a transmission node TxD, which forms an input of a first buffer circuit 1, the output of which is connected via a resistor 2 to the transmission line DATA.
  • the level of the transmission line DATA is detected by means of an inverter 3, inverted and sent to an exclusive OR gate 4
  • EXOR gate where it is compared with the level at the transmitting node TxD. If the levels at the transmitting node TxD and on the transmission line are the same, the output of the EXOR gate 4 forming a receiving node RxD has a high level. This is the case as long as the signal line is faultless, ie there is no short circuit to ground or battery potential, or the heating control unit HC does not send any data.
  • the voltage level on the transmission line is conducted via a second buffer circuit 7 to a first input of an EXOR gate 8, the second input of which is connected to the transmission node TxD of the heating control device HC.
  • the heater controller does not send HC
  • the voltage level at the transmitter node TxD has a low state.
  • the output of the EXOR gate 8 forming a receiving node RxD has a high state as long as the voltage level on the transmission line has a high state. Changes the level on the transmission line to a
  • the level at the receiving node RxD also changes to a low state.
  • the levels of the transmission ⁇ line are thus passed unchanged, so that the data sent from the engine control unit ECU data in the heater control unit HC at the receiving node RxD are available.
  • the heater control unit HC in the course of the heating data to send the engine control unit ECU - such as the above ⁇ written low level during the heating phase - so the voltage level at the transmitting node TxD in the heater control unit HC is controlled to a high state.
  • the transistor 6 connected thereto turns on, forcing the voltage level on the supply line fürtra ⁇ DATA to a low state. Now that the voltage levels on the transmission line DATA and the transmitting node TxD are reversed, the state at the receiving node RxD in the heater control unit HC does not change, so it retains its
  • the heater control unit HC sends data during the heating command, the voltage level of the transmission line is forced to a low state.
  • the resistor 2 located between the output of the first buffer circuit 1 and the transmission line in the engine control unit ECU prevents inadmissible high currents from occurring in the first buffer circuit 1.
  • the low state is by means of the inverter 3 in a
  • the voltage level on the transmission line has a
  • the voltage level on the transmission line has a
  • the heater control unit HC also receives the short circuit for battery potential as a high state on the over- transmission line. However, because the arming impulse "ARMING" is missing, it remains inactive, the fault is thus recognizable and the state of the heating control unit is safe
  • Voltage level of the transmission line now the voltage level at the transmitting node TxD of the engine control unit ECU and the voltage level ⁇ voltage at the receiving node RxD has a statically
  • the input resistor 5 located in the heater control unit HC forces the input signal at the second buffer circuit 7 to a low state, which is why the device remains inactive. The fault is thus recognizable and the state of the heating control unit is safe.
  • the device according to the invention and the method according to the invention fulfill the requirement for secure bidirectional data transmission with a minimum number of lines.
  • a microcontroller is responsible for traffic and processing Data in the controller acting as a "slave" not he ⁇ required, so that hereby a cost-effective alternative to data transmission by CAN bus can be displayed.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation über eine Übertragungsleitung zwischen einer Master-und einer mit zumindest einem Aktuator (H1, H2, H3, H4) zu dessen Ansteuerung über eine Ansteuerleitung (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) verbundenen und eine Messschaltung zur Ermittlung eines vorbestimmten Aktuatorzustandes, insbesondere dessen Temperatur, aufweisenden Slave-Einheit, sowie zur Erkennung eines Fehlers auf der Übertragungsleitung, bei dem die Master-(M) an die Slave-Einheit (S) zu deren Aktivierung zumindest einen Armierungsimpuls in Form eines ersten Spannungspegels definierter Dauer (ton) und eines darauffolgenden zweiten Spannungspegels definierter Dauer (toff) mit zum ersten Spannungspegel komplementärem Zustand übermittelt, bei dem die Master-(M) an die Slave-Einheit (S) nachfolgend auf den Armierungsimpuls zur Aktivierung des zumindest einen Aktuators einen Aktivierungs-Spannungspegel und zur Deaktivierung einen Deaktivierungs-Spannungspegel mit zum Aktivierungs-Spannungspegel komplementärem Zustand an die Übertragungsleitung legt, wobei der Aktivierungs-Spannungspegel denselben logischen Zustand wie der erste Spannungspegel des Armierungsimpulses hat, und bei dem die Slave-Einheit (S) zur Quittierung des Aktivierungs-Spannungspegels Quittierungspulse vorbestimmter Frequenz und mit einer Pulsdauer, die kürzer als die halbe Dauer der aus der vorgegebenen Frequenz resultierenden Periodendauer ist, auf die Übertragungsleitung legt, wobei die Quittierungspulse einen zum Aktivierungs-Spannungspegel komplementären Zustand haben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Master- und einer Slave-Einheit
Elektronische Steuergeräte in Kraftfahrzeugen kommunizieren zumeist durch die Übertragung digitaler Daten über geeignete Datenleitungen miteinander. Ein Beispiel hierfür ist der CAN-Bus, mit Hilfe dessen auch mehrere Steuergeräte über einen gemeinsamen Datenbus miteinander kommunizieren können. Dabei ist für den Datentransfer ein relativ komplexes Protokoll festgelegt, um sicher zu stellen, dass ein Datensatz von einem Sender zu einem bestimmten Empfänger gelangt. Auch dürfen nicht zwei oder mehrere Busteilnehmer gleichzeitig auf dem Datenbus senden. Zudem muss der Datentransfer auch unter den rauhen Betriebsbedingungen im Kraftfahrzeug sicher und zuverlässig erfolgen. All diese Anforderungen haben dazu geführt, dass der Betrieb solch einer Datenschnittstelle zwischen einem Kommunikati¬ onsteilnehmer und der Datenleitung bzw. dem Datenbus übli- cherweise nur mit Hilfe eines MikroControllers erfolgen kann. Auch ist der Einsatz eines speziellen Übertragungsbausteins - üblicherweise als Transceiver bezeichnet - erforderlich, was diese Art der Datenübertragung relativ teuer macht. Ein Beispiel für eine solche Verbindung über einen CAN-Bus zeigt Figur 1. Ein Motorsteuergerät ECU ist über einen CAN-Bus - CAN-Hi, CAN-Lo - mit einem Heizungssteuergerät HC für die Heizelemente Hl - H4 von Kraftstoffeinspritzventilen verbunden. Das Heizungssteuergerät HC seinerseits ist über entsprechende Ansteuerleitungen 4.1 - 4.4 mit den Heizelementen Hl - H4 der Kraftstoffeinspritzventile verbunden, um ihnen Energie aus der Kraftfahrzeugbatterie zuführen zu können. Das Motorsteuergerät ECU ist zudem über entsprechende Leitungen mit den Kraft- stoffeinspritzventilen verbunden, um die Einspritzvorgänge steuern zu können. Bei der dargestellten Verbindung des Motorsteuergeräts ECU mit dem Heizungssteuergerät HC über einen Zweidraht-CAN-Bus ist im Heizungssteuergerät HC ein MikroController und ein
CAN-Transceiver erforderlich, um die hohen Anforderungen an die Datensicherheit gewährleisten zu können. Dies ist jedoch bei einer so einfachen Steuerfunktion wie dem dargestellten Ein- und Ausschalten einer Heizungsfunktion sehr aufwändig und teuer. Mittels des CAN-Busses kann das Motorsteuergerät ECU Befehle zum Ein- und Ausschalten der Heizelemente Hl - H4 an das Hei- zungssteuergerät HC senden, das seinerseits die Befehle de¬ codiert und die entsprechenden Schalter betätigt. Im Gegenzug sendet das Heizungssteuergerät HC Daten wie etwa Diagnosein¬ formationen, Gerätestatus und ggf. auch Heiztemperatur an das Motorsteuergerät ECU zurück. In dieser Konstellation fungiert das Motorsteuergerät ECU als Master, während das Heizungs¬ steuergerät HC eine Slave-Funktion hat.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine kostengünstigere Lösung zur Übertragung von Daten zwischen einer Master-Einheit und einer Slave-Einheit zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kommunikation über eine Übertragungsleitung zwischen einer Master- und einer mit zumindest einem Aktuator zu dessen Ansteuerung über eine Ansteuerleitung verbundenen und eine Messschaltung zur Ermittlung eines vorbestimmten Aktuatorzustandes , insbesondere dessen Temperatur, aufweisenden Slave-Einheit, sowie zur Erkennung eines Fehlers auf der Übertragungsleitung. In erfindungsgemäßer Weise übermittelt die Master- an die Slave-Einheit zu deren Aktivierung zumindest einen Armie¬ rungsimpuls in Form eines ersten Spannungspegels definierter Dauer und eines darauffolgenden zweiten Spannungspegels definierter Dauer mit zum ersten Spannungspegel komplementärem Zustand. Nachfolgend auf den Armierungsimpuls legt die Master- an die Slave-Einheit zur Aktivierung des zumindest einen Ak- tuators einen Aktivierungs-Spannungspegel und zur Deaktivierung einen Deaktivierungs-Spannungspegel mit zum Aktivie- rungs-Spannungspegel komplementärem Zustand an die Übertra¬ gungsleitung, wobei der Aktivierungs-Spannungspegel denselben logischen Zustand wie der erste Spannungspegel des Armie- rungsimpulses hat. Zur Quittierung des Aktivie- rungs-Spannungspegels legt die Slave-Einheit Quittierungspulse vorbestimmter Frequenz und mit einer Pulsdauer, die kürzer als die halbe Dauer der aus der vorgegebenen Frequenz resultierenden Periodendauer ist, auf die Übertragungsleitung, wobei die Quittierungspulse einen zum Aktivierungs-Spannungspegel kom¬ plementären Zustand haben.
Komplementär heißt hier, dass wenn beispielsweise der Spannungspegel des einen Signals einen High-Zustand aufweist, der Spannungspegel des anderen Signals den dazu komplementären Low-Zustand hat.
Durch die erfindungsgemäße Kommunikation zwischen der Master- und der Slave-Einheit durch die Aufeinanderfolge einfach zu detektierender Spannungspegel auf nur einer Leitung ist zur
Interpretation dieser Pegel kein Mikroprozessor und zum Senden und Empfangen kein spezieller Transceiver erforderlich, so dass dies eine kostengünstige Lösung darstellt. Außerdem ist durch das Erfordernis des Aufeinanderfolgens des Armierungsimpulses und des Aktivierungs-Spannungspegels sichergestellt, dass bei einem Kurzschluss einer der Leitungen gegen die Batteriespannung die Funktion nicht unerwünscht eingeschaltet werden kann. Trotzdem kann durch eine einfache Signalgestaltung der Quittierungspulse eine Diagnosefunktion realisiert werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung legt die Slave-Einheit zur Übermittlung des Erreichens des vorbestimmten Aktuatorzustandes Zustandspulse mit der vorbestimmten Frequenz und mit einer Pulsdauer, die länger als die halbe Dauer der aus der vorgegebenen Frequenz resultierenden Periodendauer ist, auf die Übertragungsleitung, wobei die Zustandspulse einen zum Aktivierungs-Spannungspegel komplementären Zustand haben.
Durch das unterschiedliche Tastverhältnis der Quittierungspulse und der Zustandspulse lassen sich diese im Motorsteuergerät in einfacher Weise voneinander unterscheiden, so dass die ordnungsgemäße Funktion des Akuators, beispielsweise ein Heiz¬ element eines Kraftstoffeinspritzventils , einerseits und das Erreichen des vorgegebenen Aktuatorzustandes, beispielsweise eine vorgegebene Temperatur des Kraftstoffes, andererseits erkannt werden können.
Besonders vorteilhaft, da einfach zu unterscheiden ist es, wenn die Quittierungspulse ein Tastverhältnis von etwa 10% und die Zustandsimpulse ein Tastverhältnis von etwa 90% haben, wobei das Tastverhältnis das Verhältnis der jeweiligen Pulsdauer zur vorbestimmten Periodendauer ist.
Um nicht nur das Erreichen eines vorgegebenen Aktuatorzustandes von der Slave- zur Mastereinheit übermitteln zu können ist in einer Weiterbildung der Erfindung das Tastverhältnis des Zu- standsimpulses variabel und gibt den aktuellen Aktuatorzustand, beispielsweise die aktuelle Kraftstofftemperatur in einem Kraftstoffeinspritzventil wieder.
In einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Ausbleiben der Quittierungspulse auf eine Leitungsunterbrechung geschlossen . In einer besonders vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der Master-Einheit der Aktivie- rungs- und der Deaktivierungs-Spannungspegel mit dem Span¬ nungspegel auf der Übertragungsleitung verglichen und es wird bei fehlender Übereinstimmung auf einen Kurzschluss der Übertra- gungsleitung mit dem Massepotential bzw. mit dem Versorgungsspannungspotential geschlossen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens ermöglicht das Vermeiden einer Aktivierung des Aktuators aufgrund eines Kurzschlusses der Übertragungsleitung gegen das Versorgungspotential, indem in der Slave-Einheit überprüft wird, ob einem Spannungspegel auf der Übertragungsleitung, der einem Aktivierungs-Spannungspegel entspricht, ein Armierungsimpuls vorausgegangen ist, und falls nicht, keine Aktivierung eines Aktuators erfolgt.
Um eine versehentliche Aktivierung eines Aktuators bei einer Unterbrechung der Übertragungsleitung zu verhindern wird in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Slave-Einheit ein Deaktivierungs-Spannungspegel am Eingang einer Pegelerkennungsschaltung erzeugt.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Kom- munikation über eine Übertragungsleitung zwischen einer Master- und einer mit zumindest einem Aktuator zu dessen Ansteuerung über eine Ansteuerleitung verbundenen und eine Messschaltung zur Ermittlung eines vorbestimmten Aktuatorzustandes , insbesondere dessen Temperatur, aufweisenden Slave-Einheit, sowie zur Er- kennung eines Fehlers auf der Übertragungsleitung, bei der die Master-Einheit zwischen einem Sendeknoten und einem Übertra- gungsanschluss zur Verbindung mit der Übertragungsleitung eine Pufferschaltung aufweist, bei der der Sendeknoten mit einem ersten Eingangsanschluss eines EXOR-Gatters und der Übertra- gungsanschluss mit einem zweiten Eingangsanschluss des
EXOR-Gatters verbunden ist, wobei dessen Ausgangsanschluss einen Empfangsknoten bildet. Hierdurch ist es in einfacher Weise möglich, die gewünschten Signalpegel auf der Übertragungsleitung zu detektieren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Slave-Einheit zwischen einem Übertra- gungsanschluss zur Verbindung mit der Übertragungsleitung und dem ersten Anschluss eines EXOR-Gatters eine Pufferschaltung auf, deren Ausgangsanschluss einen Empfangsknoten bildet. Außerdem ist der Übertragungsanschluss über einen Widerstand und ein steuerbares Schaltmittel mit Massepotential verbunden und es sind der Steuereingang des Schaltmittels und der zweite Ein- gangsanschluss des EXOR-Gatters mit einem Sendeknoten verbunden.
Hierdurch können einerseits Impulse von der Slave-Einheit auf die Übertragungsleitung gelegt werden und es kann andererseits überprüft werden, ob die erwarteten Signale oder der erwartete Spannungspegel auf der Übertragungsleitung vorliegt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens mit nur einer Kommunikationsleitungen zwischen einer Master- und einer Slave-Einheit,
Figur 3 ein Beispiel einer Ausführungsform einer Slave- Einheit,
Figur 4 den zeitlichen Verlauf der Spannungspegel auf der
Kommunikationsleitung der Vorrichtung gemäß Figur 2. Und
Figur 5 eine erfindungsgemäße detaillierte Vorrichtung.
In Figur 2 ist eine Datenverbindung zwischen einem als Master-Einheit fungierenden Motorsteuergerät ECU und einem als Slave-Einheit fungierenden Heizungssteuergerät HC mittels einer Signalleitung dargestellt. Vier Aktuatoren sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kraftstoffeinspritzventile mit Heiz¬ elementen Hl - H4 realisiert, die zur Betätigung der Einspritzfunktion über entsprechende Leitungen mit dem Steuergerät ECU verbunden sind. Die Kraftstoffeinspritzventile weisen darüber hinaus eine Heizfunktion auf, zu deren Betätigung sie mit dem Heizungssteuergerät HC über Ansteuerleitungen 4.1 - 4.4 verbunden sind. Sowohl das Steuergerät ECU als auch das Hei¬ zungssteuergerät HC sind über jeweils zwei Leitungen - Batterie, Ground - mit einer nicht dargestellten Fahrzeugbatterie ver¬ bunden. Das Heizungssteuergerät HC hat die Funktion, auf An¬ forderung durch das Motorsteuergerät ECU die Heizelemente Hl - H4 der Kraftstoffeinspritzventile ein- bzw. auszuschalten. Außerdem weist das Heizungssteuergerät HC eine Messschaltung MS zur Ermittlung eines vorbestimmten Aktuatorzustandes , insbe¬ sondere dessen Temperatur T, auf.
In Figur 3 ist ein Heizungssteuergerät HC etwas detaillierter dargestellt. Dem Heizungssteuergerät HC wird - wie bereits ausgeführt wurde - über zwei Leitungen Battery, Ground - Energie aus beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie zugeführt. Um das Heizungssteuergerät HC gegenüber einer Verpolung dieser
Kraftfahrzeugbatterie zu schützen, ist eine
Batterieverpolschutzschaltung BVS vorhanden, über die die Energie aus der Batterie Treiberschaltungen Driver 1 - Driver 4 zugeführt wird, die bei entsprechender Ansteuerung durch eine Schaltungslogik SL die Batteriespannung an die Ansteuerleitungen 4.1 bis 4.4 für die Aktuatoren Hl - H4 durchschalten. Es ist außerdem in der Schaltungslogik SL eine Messschaltung MS angedeutet, die die Temperatur T der Heizelemente Hl - H4 erfassen und zur Übertragung an das Motorsteuergerät ECU aufbereiten kann. Die Messschaltung MS kann auch außerhalb der Schaltungslogik SL in dem Heizungssteuergerät HC ausgebildet sein.
Zur Versorgung der Schaltungslogik SL und auch möglicher Logikteile in den Treiberschaltungen Driver 1 - Driver 4 sowie weiterer möglicherweise vorhandener Schaltungen ist ein Spannungsregler 5VR im Heizungssteuergerät HC enthalten, der eine für Logikschaltungen übliche Versorgungsspannungen von beispielsweise 5 Volt bereitstellt. Über eine Übertragungsleitung wird das als Slave-Einheit fungierende Heizungssteuergerät HC mit Daten DATA wie dem Armierungsimpuls und den Aktivierungs- sowie Deaktivierungs- spannungspegeln versorgt und kann zur Übermittlung von Zustandsund/oder Diagnosedaten entsprechende Spannungspegel an die Übertragungsleitung legen, damit sie im ebenfalls an die
Übertragungsleitung angeschlossenen, als Master-Einheit fungierenden Motorsteuergerät ECU detektiert werden können.
Es wird nun anhand der Figur 4 beschrieben, wie die Signalverläufe auf der Übertragungsleitung während eines Heizvorganges aus¬ gestaltet sind, bzw. wie sie entstehen und welche Bedeutung sie haben. Zu Beginn der Datenübertragung sendet das Motorsteu- ergerat ECU einen - oder mehrere - Armierungsimpuls (e) in Form eines Spannungspegels definierter Dauer ton und eines darauf¬ folgenden zweiten Spannungspegels definierter Dauer t0ff mit zum ersten Spannungspegel komplementärem Zustand, bevor der eigentliche Befehl zum Heizen erfolgt. Dieser hat, wie in der oberen Spur „ECU DATA" von Figur 4 zu erkennen ist, einen statischen High-Pegel auf der Übertragungsleitung.
Die zweite Spur „ARMING" der Figur 4 zeigt dabei den Armie¬ rungsimpuls mit den Zeitdauern ton und t0ff , während die dritte Spur „STATUS" den Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsbefehl („HEAER ENABLED" bzw. „HEATER DI SABLED" ) darstellt. Die erste Spur zeigt den durch diese Signale hervorgerufenen Zustand auf der
Übertragungsleitung in seiner zeitlichen Abfolge.
Das Heizungssteuergerät HC erkennt diese zeitliche Abfolge und schaltet nur bei richtigem Erkennen ein . Dadurch wird verhindert , dass bei einem Kurzschluss der Datenleitung nach Batteriepo¬ tential die Heizung unbeabsichtigt aktiviert wird. Erfindungsgemäß verfügt das Heizungssteuergerat HC über eine eigene Messschaltung MS zum Erkennen der Kraftstofftemperatur T. Solange nun der Befehl zum Heizen vorliegt, und die Solltemperatur TO noch nicht erreicht ist, bleibt die Heizfunktion eingeschaltet. Wird die Solltemperatur TO erreicht, wird sie ausgeschaltet, wie in der vierten Spur „ACTIVITY" dargestellt ist .
Das Heizungssteuergerät HC quittiert dies, indem es bei- spielsweise mittels eines Schalters, den Spannungspegel der
Übertragungsleitung periodisch mit einer vorgegebenen Frequenz auf einen Low-Zustand schaltet. Das Verhältnis der Dauer eines Low-Zustands zur sich aus der vorgegebenen Frequenz ergebenden Periodendauer (Tastverhältnis) sei dabei relativ klein, z.B. 10%. Ist die Solltemperatur TO erreicht, so wird die Heizfunktion ausgeschaltet und das Heizungssteuergerat HC schaltet nun das Tastverhältnis auf z.B. 90% um, was in der fünften Spur „HEATER DATA" zu erkennen ist. Die Wiederholfrequenz des Schaltvorganges ist dabei definiert und beträgt z.B. 10Hz. Auch ist eine kontinuierliche Variation des Tastverhältnisses möglich, um etwa die tatsachliche Temperatur anzuzeigen.
Schaltet das Motorsteuergerat ECU den Spannungspegel der Übertragungsleitung auf einen Low-Zustand, wird die Heizfunktion unterbrochen und das Heizungssteuergerat HC schaltet ab. Erst ein erneuter Armierungsimpuls ermöglicht mit darauffolgendem Ak- tivierungsspannungspegel einen neuen Heizzyklus.
In der Figur 5 sind in schematischer Weise Schaltungsausführungen für die Sende-/Empfängerschaltungen im Motorsteuergerät ECU und im Heizungssteuergerät HC dargestellt. Nicht dargestellt sind entsprechende Auswerteschaltungen zur Interpretation der auftretenden Abfolgen von Spannungspegeln, die an Sende- und Empfangsknoten TxD, RxD auftreten. Diese können Frequenz- messschaltungen, Pulsweitendemodulatoren, Pulsdauermess- schaltungen etc. enthalten. Das Motorsteuergerat ECU sendet seine Daten über die Über¬ tragungsleitung DATA an das Heizungssteuergerät HC, indem es sie an einen Sendeknoten TxD legt, der einen Eingang einer ersten Pufferschaltung 1 bildet, deren Ausgang über einen Widerstand 2 mit der Übertragungsleitung DATA verbunden ist . Zugleich wird der Pegel der Übertragungsleitung DATA mittels eines Inverters 3 erfasst, invertiert und an ein Exklusiv-Oder Gatter 4
(EXOR-Gatter) weitergeleitet, wo er mit dem Pegel am Sendeknoten TxD verglichen wird. Sind die Pegel am Sendeknoten TxD und auf der Übertragungsleitung gleich, so hat der einen Empfangsknoten RxD bildende Ausgang des EXOR-Gatters 4 einen High-Pegel. Dies ist solange der Fall, wie die Signalleitung fehlerfrei ist, also kein Kurzschluss nach Masse- bzw. Batteriepotential vorliegt, oder das Heizungssteuergerät HC keine Daten sendet.
Eventuelle sehr kurzzeitige Schaltvorgänge des EXOR-Gatters 4, etwa bedingt durch die Gatterlaufzeiten der ersten Pufferschaltung 1 und des Inverters 3, können mittels eines - nicht dargestellten - nachgeschalteten Tiefpassfilters auf einfache Weise eliminiert werden.
In dem Heizungssteuergerät HC wird der Spannungspegel auf der Übertragungsleitung über eine zweite Pufferschaltung 7 an einen ersten Eingang eines EXOR-Gatters 8 geleitet, dessen zweiter Eingang mit dem Sendeknoten TxD des Heizungssteuergeräts HC verbunden ist. Solange das Heizungssteuergerat HC nicht sendet, hat der Spannungspegel am Sendeknoten TxD einen Low-Zustand. Entsprechend hat der einen Empfangsknoten RxD bildende Ausgang des EXOR-Gatters 8 einen High-Zustand, solange der Span- nungspegel auf der Übertragungsleitung einen High-Zustand hat. Wechselt der Pegel auf der Übertragungsleitung zu einem
Low-Zustand, so wechselt der Pegel am Empfangsknoten RxD ebenfalls auf einen Low-Zustand. Die Pegel der Übertragungs¬ leitung werden also unverändert weitergegeben, so dass die vom Motorsteuergerät ECU gesendeten Daten im Heizungssteuergerät HC am Empfangsknoten RxD verfügbar sind. Will nun das Heizungssteuergerät HC im Verlaufe des Heizvorganges Daten an das Motorsteuergerät ECU senden - etwa die oben be¬ schriebenen Low-Pegel während der Heizphase - so wird der Spannungspegel am Sendeknoten TxD im Heizungssteuergerät HC auf einen High-Zustand gesteuert. Der damit verbundene Transistor 6 schaltet ein und zwingt den Spannungspegel auf der Übertra¬ gungsleitung DATA auf einen Low-Zustand. Da nun die Spannungspegel auf der Übertragungsleitung DATA und am Sendeknoten TxD vertauscht sind, ändert sich der Zustand am Empfangsknoten RxD im Heizungssteuergerät HC nicht, behält also seinen
High-Zustand .
Auch hier kann durch den Schaltvorgang ein sehr kurzfristiger Störpuls auftreten, der ggf. durch ein - nicht dargestelltes - Filter eliminiert werden kann.
Sollte die Datensendung sich mit dem Ende des Heizbefehls überschneiden, so wird dies zunächst nicht erkannt. Sobald aber der Spannungspegel am Sendeknoten TxD wieder auf einen
Low-Zustand springt, sind die Pegel von Übertragungsleitung und Sendeknoten TxD gleich, woraufhin der Spannungspegel am Empfangsknoten RxD einen Low-Zustand annimmt und den Heizvorgang beendet wird. Die Datensendung beeinflusst somit das Erkennen des Heizbefehls vom Motorsteuergerät ECU nicht, einzig das Ende des Heizbefehls wird u . U . kurzfristig später erkannt . Dies ist j edoch unerheblich .
Sendet das Heizungssteuergerat HC während des Heizbefehls Daten, so wird der Spannungspegel der Übertragungsleitung auf einen Low-Zustand gezwungen. Der zwischen dem Ausgang der ersten Pufferschaltung 1 und der Übertragungsleitung im Motorsteu- ergerat ECU befindliche Widerstand 2 verhindert, dass dabei in der ersten Pufferschaltung 1 unzulässig hohe Ströme auftreten. Der Low-Zustand wird mittels des Inverters 3 in einen
High-Zustand übersetzt, der nun im Exklusiv-Oder Gatter 4 mit dem High-Zustand am Sendeknoten TxD verglichen wird. Da beide Pegel nun den gleichen Zustand haben, nimmt der Spannungspegel am Empfangsknoten RxD einen Low-Zustand an, solange der Pegel der Signalleitung einen Low-Zustand aufweist. Damit liegt im Mo- torsteuergerat ECU die vom Heizungssteuergerät HC versandte Information an. Durch Messung des Tastverhältnisses kann nun unterschieden werden, ob geheizt wird oder die Solltemperatur TO bereits erreicht ist. Durch Messung der Frequenz (Wiederhol¬ periode) kann erkannt werden, dass es sich auch tatsachlich um Daten vom Heizungssteuergerat HC handelt und nicht um Störungen.
Mittels der Schaltungen gemäß der Figur 5 können auf einfache Weise Fehlerzustände erkannt werden.
Solange das Motorsteuergerät ECU keinen Heizbefehl sendet, hat der Spannungspegel auf der Übertragungsleitung einen
Low-Zustand. Dies ist vom Kurzschluss nach Massepotential nicht zu unterscheiden. Der Spannungspegel am Empfangsknoten RxD des Motorsteuergerätes ECU hat einen High-Zustand . Sobald jedoch ein Heizbefehl gesendet wird, sind die Zustände am Sendeknoten TxD und auf der Übertragungsleitung unterschiedlich und der Zustand am Empfangsknoten RxD springt statisch auf Low. Dies kann auf einfache Weise von den periodisch wiederkehrenden Low-Zuständen bei Datensendung vom Heizungssteuergerät HC unterschieden werden. Ein Kurzschluss der Übertragungsleitung nach Massepotential ist also leicht detektierbar und das Heizungssteu¬ ergerät erhält in diesem Fehlerfall keinen Heizbefehl und bleibt inaktiv. Der Zustand des Heizungssteuergerätes ist folglich sicher .
Solange das Motorsteuergerät ECU keinen Heizbefehl sendet, hat der Spannungspegel auf der Übertragungsleitung einen
Low-Zustand. Durch einen Kurzschluss der Übertragungsleitung nach Batteriepotential wird nun ein High-Zustand erzwungen. Entsprechend sind die Zustände der Spannungspegel am Sendeknoten TxD und auf der Übertragungsleitung unterschiedlich und der Spannungspegel am Empfangsknoten RxD springt statisch auf einen Low-Zustand, was sehr einfach zu erkennen ist.
Das Heizungssteuergerät HC empfängt den Kurzschluss nach Batteriepotential ebenfalls als High-Zustand auf der Über- tragungsleitung . Da jedoch der Armierungsimpuls „ARMING" fehlt, bleibt es inaktiv. Der Fehler ist somit erkennbar und der Zustand des Heizungssteuergerätes ist sicher. Bei einer Unterbrechung der Übertragungsleitung folgt der
Spannungspegel der Übertragungsleitung nun dem Spannungspegel am Sendeknoten TxD des Motorsteuergerätes ECU und der Span¬ nungspegel am Empfangsknoten RxD hat statisch einen
High-Zustand . Somit wäre der Fehler nicht feststellbar. Da bei bestehender Verbindung zum Heizungssteuergerat HC dieses aber periodisch Quittierungspulse mit einem Low-Zustand an die Übertragungsleitung legt, kann bei Fehlen dieser Quittierungspulse am Empfangsknoten RxD im Motorsteuergerät ECU auf eine Leitungsunterbrechung geschlossen werden.
Der im Heizungssteuergerät HC befindliche Eingangswiderstand 5 zwingt das Eingangssignal an der zweiten Pufferschaltung 7 auf einen Low-Zustand, weshalb das Gerät inaktiv bleibt. Der Fehler ist somit erkennbar und der Zustand des Heizungssteuergerätes ist sicher.
Fehler im Heizungssteuergerät HC und in den Heizelementen Hl - H4, bzw. deren Zuleitungen 4.1 - 4.4 lassen sich - allerdings ohne Bezug auf das betroffene Kraftstoffeinspritzventil - in ver- gleichbarer Weise vom Heizungssteuergerät HC zum Motorsteu¬ ergerät ECU übertragen. Gegebenenfalls kann noch eine Kodierung von Tastverhältnis oder Wiederholfrequenz erfolgen.
Es ist noch anzufügen, dass die mit der Übertragungsleitung verbundenen Gatter 1, 3 und 7, sowie der Transistor 6 bei
Anwendung in einem Kraftfahrzeug selbstverständlich gegen einen Kurzschluss nach Masse oder Batteriepotential geschützt sein müssen . Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren wird die Anforderung nach sicherer bidirektionaler Datenübertragung bei minimaler Leitungsanzahl erfüllt. Ein MikroController ist für den Datenverkehr und die Verarbeitung der Daten in dem als "Slave" fungierenden Steuergerat nicht er¬ forderlich, so dass hiermit eine kostengünstige Alternative zu Datenübertragung mittels CAN-Bus darstellbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kommunikation über eine Übertragungsleitung zwischen einer Master- und einer mit zumindest einem Aktuator (Hl, H2, H3, H4) zu dessen Ansteuerung über eine Ansteuerleitung (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) verbundenen und eine Messschaltung zur Ermittlung eines vorbestimmten Aktuatorzustandes aufweisenden Slave-Einheit , sowie zur Erkennung eines Fehlers auf der Übertragungsleitung,
- bei dem die Master- (M) an die Slave-Einheit (S) zu deren Aktivierung zumindest einen Armierungsimpuls in Form eines ersten Spannungspegels definierter Dauer (ton) und eines da¬ rauffolgenden zweiten Spannungspegels definierter Dauer (t0ff ) mit zum ersten Spannungspegel komplementärem Zustand über- mittelt,
- bei dem die Master- (M) an die Slave-Einheit (S) nachfolgend auf den Armierungsimpuls zur Aktivierung des zumindest einen Aktuators einen Aktivierungs-Spannungspegel und zur Deakti- vierung einen Deaktivierungs-Spannungspegel mit zum Aktivie- rungs-Spannungspegel komplementärem Zustand an die Übertra¬ gungsleitung legt, wobei der Aktivierungs-Spannungspegel denselben logischen Zustand wie der erste Spannungspegel des Armierungsimpulses hat, und
- bei dem die Slave-Einheit (S) zur Quittierung des Aktivie- rungs-Spannungspegels Quittierungspulse vorbestimmter Frequenz und mit einer Pulsdauer, die kürzer als die halbe Dauer der aus der vorgegebenen Frequenz resultierenden Periodendauer ist, auf die Übertragungsleitung legt, wobei die Quittierungspulse einen zum Aktivierungs-Spannungspegel komplementären Zustand haben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Slave-Einheit (S) zur Übermittlung des Erreichens des vorbestimmten Aktuatorzustandes Zustandspulse mit der vorbestimmten Frequenz und mit einer Pulsdauer, die länger als die halbe Dauer der aus der vorgegebenen Frequenz resultierenden Periodendauer ist, auf die Übertragungsleitung legt, wobei die Zustandspulse einen zum Akti- vierungs-Spannungspegel komplementären Zustand haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Quittierungspulse ein Tastverhältnis von etwa 10% und die Zustandsimpulse ein Tastverhältnis von etwa 90% haben, wobei das Tastverhältnis das Verhältnis der jeweiligen Pulsdauer zur vorbestimmten Periodendauer ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Tastverhältnis des Zustandsimpulses variabel ist und den aktuellen Aktuatorzustand wiedergibt .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei Ausbleiben der Quittierungspulse auf eine Leitungsunterbrechung geschlossen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Master-Einheit (M) der Aktivierungs- und der Deaktivie- rungs-Spannungspegel mit dem Spannungspegel auf der Übertra¬ gungsleitung verglichen werden und bei fehlender Übereinstimmung auf einen Kurzschluss der Übertragungsleitung mit dem Massepotential (GROUND) bzw. mit dem Versorgungsspannungspotential (BATTERY) geschlossen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Slave-Einheit (S) überprüft wird, ob einem Spannungspegel auf der Übertragungsleitung, der einem Aktivierungs-Spannungspegel entspricht, ein Armierungsimpuls vorausgegangen ist, und falls nicht, keine Aktivierung eines Aktuators erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Slave-Einheit (S) bei einer Unterbrechung der Übertra- gungsleitung ein Deaktivierungs-Spannungspegel am Eingang einer Pegelerkennungsschaltung erzeugt wird.
9. Vorrichtung zur Kommunikation über eine Übertragungsleitung (DATA) zwischen einer Master- (ECU) und einer mit zumindest einem Aktuator (Hl, H2, H3, H4) zu dessen Ansteuerung über eine Ansteuerleitung (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) verbundenen und eine Messschaltung zur Ermittlung eines vorbestimmten
Aktuatorzustandes aufweisenden Slave-Einheit (HC) , sowie zur Erkennung eines Fehlers auf der Übertragungsleitung (DATA) , bei der die Master-Einheit (ECU) zwischen einem Sendeknoten (TxD) und einem Übertragungsanschluss zur Verbindung mit der Über¬ tragungsleitung (DATA) eine Pufferschaltung (1) aufweist, bei der der Sendeknoten (TxD) mit einem ersten Eingangsanschluss eines EXOR-Gatters (4) und der Übertragungsanschluss über einen Inverter (3) mit einem zweiten Eingangsanschluss des
EXOR-Gatters (4) verbunden ist, wobei dessen Ausgangsanschluss einen Empfangsknoten (RxD) bildet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
bei der die Slave-Einheit (HC) zwischen einem Übertragungs¬ anschluss zur Verbindung mit der Übertragungsleitung (DATA) und dem ersten Anschluss eines EXOR-Gatters (8) eine Pufferschaltung (7) aufweist, wobei der Ausgangsanschluss des EXOR-Gatters (8) einen Empfangsknoten (RxD) bildet,
bei der der Übertragungsanschluss über einen Widerstand (5) und ein steuerbares Schaltmittel (8) mit Massepotential verbunden ist und der Steuereingang des Schaltmittels (8) und der zweite Eingangsanschluss des EXOR-Gatters (8) mit einem Sendeknoten (TxD) verbunden sind.
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