DE102015108333B4

DE102015108333B4 - Kurzschlussfehlerisolierung in einem controller area network

Info

Publication number: DE102015108333B4
Application number: DE102015108333.7A
Authority: DE
Inventors: Shengbing Jiang; Xinyu Du; Atul Nagose
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: CN105162651B; CN105162651A; US9678131B2; DE102015108333A1; US20150346260A1

Abstract

Controller Area Network (CAN) (50), umfassend:einen CAN-Bus (15), der eine CAN-H-Leitung (201) und eine CAN-L-Leitung (203) umfasst;ein Paar von CAN-Busabschlusswiderstandseinrichtungen (205, 207), die sich an entgegengesetzten Enden des CAN-Busses (15) befinden, wobei jede Abschlusswiderstandseinrichtung (205, 207) einen entsprechenden bekannten Abschlusswiderstandseinrichtungs-Widerstandswert aufweist;mehrere Knoten, die Controller (10, 20, 30, 40; 209, 211, 213, 215) umfassen, wobei zumindest einer der Controller (10, 20, 30, 40; 209, 211, 213, 215) einen Überwachungscontroller (215) umfasst; undwobei der Überwachungscontroller (215) eine Detektionssteuerroutine zum Identifizieren von Fehlertypen an dem CAN-Bus (15) umfasst, umfassend die folgenden Schritte, dass:ein Satz von CAN-Busparametern ermittelt wird; undFehlertypen basierend auf den CAN-Busparametern identifiziert werden;wobei der Satz von CAN-Busparametern eine CAN-H-Leitungsspannung und eine CAN-L-Leitungsspannung umfasst und die Fehlertypen CAN-Buskurzschlussfehler umfassen;wobei die Schritte des Ermittelns eines Satzes von CAN-Busparametern umfassen, dass eine vorbestimmte Anzahl von Messungen der CAN-H-Leitungsspannung und der CAN-L-Leitungsspannung durchgeführt wird; undwobei der Schritt des Identifizierens von Fehlertypen basierend auf den CAN-Busparametern umfasst, dass:jede Messung der CAN-H-Leitungsspannung und der CAN-L-Leitungsspannung einer vorbestimmten Fehlersignaturmatrix bereitgestellt wird, die einen Satz von vorbestimmten Tests und vorbestimmte Kombinationen der Tests, die jeweilige CAN-Busfehlersignaturen umfassen, umfasst;für jeden Test eine jeweilige Anzahl von bestandenen Tests gezählt wird;für jede CAN-Busfehlersignatur die Anzahl von bestandenen Tests für jeden Test hinsichtlich eines jeweiligen vorbestimmten Zählwertentsprechungsschwellenwerts bewertet wird; undvon der Matrix eine Identifikation eines Fehlertyps entsprechend jeder Bewertung für jeden relevanten Test, bei der jeder Zählwertentsprechungsschwellenwert erreicht wird, ausgegeben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Fehlerisolierung für Kommunikationen in Controller Area Networks.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung bereit. Derartige Aussagen stellen dementsprechend keinen Stand der Technik dar.
Fahrzeugsysteme umfassen mehrere Subsysteme, die beispielsweise Motor, Getriebe, Fahrgefühl/Handhabung, Bremsung, HLK und Insassenschutz umfassen. Es können mehrere Controller eingesetzt werden, um den Betrieb der Subsysteme zu überwachen und zu steuern. Die Controller können ausgestaltet sein, um über ein Controller Area Network (CAN) zu kommunizieren, um den Betrieb des Fahrzeugs in Ansprechen auf Bedienerbefehle, Fahrzeugbetriebszustände und externe Bedingungen zu koordinieren. In einem der Controller kann ein Fehler auftreten, der Kommunikationen über einen CAN-Bus beeinflusst.
Die Topologie eines Netzes, wie beispielsweise eines CAN, bezieht sich auf eine verbindende Anordnung von Netzelementen, und umfasst vorzugsweise mehrere Knoten mit gekoppelten oder verteilten Leistungs-, Masse- oder Kommunikationsverbindungen. Eine physikalische Topologie beschreibt die Anordnung oder Aufteilung physikalischer Elemente, die Verbindungen und Knoten umfassen, wobei Knoten Controller und andere verbundene Einrichtungen umfassen und Verbindungen entweder Leistungs-, Masse- oder Kommunikationsverbindungen in Form von geeigneten Kabeln, Leitungen, Leiterplatten (PWBs von printed wiring boards), Platinen (PCBs von printed circuit boards), flexiblen Bändern und dergleichen umfassen. Eine logische Topologie beschreibt den Fluss von Datennachrichten, Leistung oder Erdung in einem Netz zwischen Knoten, wobei Leistungs-, Masse- oder Kommunikationsverbindungen eingesetzt werden. Bekannte CAN-Systeme setzen eine Bustopologie für die Kommunikationsverbindung zwischen allen Controllern ein, die eine Linientopologie, eine Sterntopologie oder eine Kombination aus Stern- und Linientopologie umfassen kann. Bekannte CAN-Systeme setzen separate Leistungs- und Massetopologien für die Leistungs- und Masseleitungen zu allen Controllern ein. Bekannte Controller kommunizieren über Nachrichten miteinander, die in verschiedenen Perioden an dem CAN-Bus gesendet werden.
Bekannte Systeme detektieren Fehler an einem Nachrichtenempfangscontroller, wobei die Fehlerdetektion für die Nachricht unter Verwendung einer Signalkontrolle und einer Signalzeitüberschreitungsüberwachung an einer Interaktionsschicht des Controllers erreicht wird. Die Fehler können als Verlust von Kommunikationen berichtet werden, z.B. Verlust einer übermittelten Datennachricht. Solche Detektionssysteme sind im Allgemeinen nicht dazu in der Lage, eine Grundursache eines Fehlers zu identifizieren, und sind nicht dazu in der Lage, transiente und intermittierende Fehler zu unterscheiden.
DE 103 49 600 B4 offenbart ein Verfahren zur Überprüfung von Leitungsfehlern in einem Bussystem, das zumindest zwei Busteilnehmer aufweist, welche für eine Datenkommunikation untereinander an einen mindestens zwei Busleitungen aufweisenden Datenbus angeschlossen sind. Hierbei wird die Überprüfung von Leitungsfehlern nur von einem Busteilnehmer durchgeführt, der sich in einem dominanten Zustand befindet, und zwar durch Vergleich von Spannungspegeln auf den Busleitungen mit Schwellenwerten, die auf einen internen High-Pegel oder einen internen Low-Pegel des Busteilnehmers bezogen sind. Weiterer Stand der Technik ist aus DE 195 25 350 A1 und DE 35 06 118 C2 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Controller Area Network bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe sind Controller Area Networks mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Ein Controller Area Network (CAN) umfasst einen CAN-Bus mit einer CAN-H-Leitung, einer CAN-L-Leitung und einem Paar von CAN-Busabschlusswiderstandseinrichtungen, die sich an entgegengesetzten Enden des CAN-Busses befinden. Der CAN umfasst ferner mehrere Knoten, die Controller umfassen, wobei zumindest einer der Controller ein Überwachungscontroller ist. Der Überwachungscontroller umfasst eine Detektionssteuerroutine zum Isolieren von Fehlern an dem CAN-Bus, umfassend das Messen einer CAN-H-Leitungsspannung, das Messen einer CAN-L-Leitungsspannung und das Isolieren eines Kurzschlussfehlers basierend auf der CAN-H-Leitungsspannung und der CAN-L-Leitungsspannung.
Figurenliste
Nachstehend werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft beschrieben, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

1 ein Fahrzeug, das ein Controller Area Network (CAN) mit einem CAN-Bus und mehreren Knoten, z.B. Controller, umfasst, gemäß der Offenbarung zeigt;
2 ein integriertes Controller Area Network, das ähnlich dem CAN von 1 ist und mehrere Knoten, z.B. Controller, einen Überwachungscontroller und einen CAN-Bus mit zwei Leitungen umfasst, der die Kabel CAN-H und CAN-L elektrisch verbunden zwischen Abschlusswiderstandseinrichtungen in einer Ausgestaltung eines geteilten Abschlusses umfasst, gemäß der Offenbarung zeigt;
3 eine beispielhafte Kurzschlussfehlerdetektions- und -isolierungsroutine 300 zum Überwachen eines CAN mit zwei Leitungen, wobei der CAN-Bus mit zwei Leitungen mit den Kabeln CAN-H und CAN-L, die in einer Ausgestaltung eines geteilten Abschlusses elektrisch zwischen Abschlusswiderstandseinrichtungen verbunden sind, umfasst ist, gemäß der Offenbarung zeigt;
4-1 Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn keine Fehler vorhanden sind, gemäß der Offenbarung zeigt;
4-2 Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-Unterbrechungsfehler vorhanden ist, gemäß der Offenbarung zeigt;
4-3 Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-H-CAN-L-Kurzschluss vorhanden ist, gemäß der Offenbarung zeigt;
4-4 Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-H-Massekurzschlussfehler vorhanden ist, gemäß der Offenbarung zeigt;
4-5 Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-L-Massekurzschlussfehler vorhanden ist, gemäß der Offenbarung zeigt;
4-6 Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-H-Leistungsquellenkurzschlussfehler vorhanden ist, gemäß der Offenbarung zeigt; und
4-7 Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-L-Leistungsquellenkurzschlussfehler vorhanden ist, gemäß der Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei die Darstellungen lediglich dem Zweck des Erläuterns bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Einschränkens dieser dienen, zeigt 1 ein Fahrzeug 8, das ein Controller Area Network (CAN) 50 mit einem CAN-Bus 15 und mehreren Knoten, d.h. Controllern 10, 20, 30 und 40, umfasst. Der Begriff „Knoten“ bezieht sich auf jede aktive elektronische Einrichtung, die über Signale mit dem CAN-Bus 15 verbunden ist und eine Information über den CAN-Bus 15 senden, empfangen oder weiterleiten kann. Jeder der Controller 10, 20, 30 und 40 ist über Signale mit dem CAN-Bus 15 verbunden und elektrisch mit einem Leistungsnetz 60 und einem Massenetz 70 verbunden. Jeder der Controller 10, 20, 30 und 40 umfasst einen elektronischen Controller oder eine andere fahrzeugeigene Einrichtung, die ausgestaltet ist, um den Betrieb eines Subsystems des Fahrzeugs 8 zu überwachen oder zu steuern und über den CAN-Bus 15 zu kommunizieren. Bei einer Ausführungsform ist einer der Controller, z.B. Controller 40, ausgestaltet, um das CAN 50 und den CAN-Bus 15 zu überwachen, und er kann hierin als CAN-Controller bezeichnet werden. Die dargestellte Ausführungsform des CAN 50 ist ein nicht einschränkendes Beispiel eines CAN, die bei einer beliebigen einer Vielzahl von Systemausgestaltungen eingesetzt werden kann.
Der CAN-Bus 15 umfasst mehrere Kommunikationsverbindungen, die eine erste Kommunikationsverbindung 51 zwischen den Controllern 10 und 20, eine zweite Kommunikationsverbindung 53 zwischen den Controllern 20 und 30 und eine dritte Kommunikationsverbindung 55 zwischen den Controllern 30 und 40 umfassen. Das Leistungsnetz 60 umfasst eine Leistungsversorgung 62, z.B. eine Batterie, die elektrisch mit einem ersten Leistungsbus 64 und einem zweiten Leistungsbus 66 verbunden ist, um den Controllern 10, 20, 30 und 40 über Leistungsverbindungen elektrische Leistung bereitzustellen. Wie gezeigt ist die Leistungsversorgung 62 mit dem ersten Leistungsbus 64 und dem zweiten Leistungsbus 66 über Leistungsverbindungen, die in einer seriellen Ausgestaltung angeordnet sind, verbunden, wobei eine Leistungsverbindung 69 den ersten und den zweiten Leistungsbus 64 und 66 verbindet. Der erste Leistungsbus 64 ist mit den Controllern 10 und 20 über Leistungsverbindungen, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, verbunden, wobei Leistungsverbindung 61 den ersten Leistungsbus 64 und den Controller 10 verbindet und Leistungsverbindung 63 den ersten Leistungsbus 64 mit dem Controller 20 verbindet. Der zweite Leistungsbus 66 ist mit den Controllern 30 und 40 über Leistungsverbindungen, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, verbunden, wobei Leistungsverbindung 65 den zweiten Leistungsbus 66 und den Controller 30 verbindet und Leistungsverbindung 67 den zweiten Leistungsbus 66 mit dem Controller 40 verbindet. Das Massenetz 70 umfasst eine Fahrzeugmasse 72, die mit einem ersten Massebus 74 und einem zweiten Massebus 76 verbunden ist, um den Controllern 10, 20, 30 und 40 über Masseverbindungen eine elektrische Masse bereitzustellen. Wie gezeigt ist die Fahrzeugmasse 72 über Masseverbindungen, die in einer seriellen Ausgestaltung angeordnet sind, mit dem ersten Massebus 74 und dem zweiten Massebus 76 verbunden, wobei Masseverbindung 79 den ersten und zweiten Massebus 74 und 76 verbindet. Der erste Massebus 74 ist mit den Controllern 10 und 20 über Masseverbindungen verbunden, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, wobei Masseverbindung 71 den ersten Massebus 74 und den Controller 10 verbindet und Masseverbindung 73 den ersten Massebus 74 mit dem Controller 20 verbindet. Der zweite Massebus 76 ist mit den Controllern 30 und 40 über Masseverbindungen verbunden, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, wobei Masseverbindung 75 den zweiten Massebus 76 und den Controller 30 verbindet und Masseverbindung 77 den zweiten Massebus 76 mit dem Controller 40 verbindet. Andere Topologien für die Verteilung von Kommunikationen, Leistung und Masse für die Controller 10, 20, 30 und 40 und den CAN-Bus 15 können mit einer ähnlichen Auswirkung eingesetzt werden.
Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe umfassen eines oder verschiedene Kombinationen eines/r oder mehrerer anwendungsspezifischen/r integrierten/r Schaltkreise(s) (ASIC von Application Specific Integrated Circuit(s)), elektronischen/r Schaltkreise(s), zentralen/r Verarbeitungseinheit(en) (vorzugsweise Mikroprozessor(en)) und einen zugeordneten Speicher (Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplatte etc.), die ein(e) oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführen, Schaltkreise(s) einer kombinatorischen Logik, Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise(s) und -Einrichtungen, geeigneten Signalkonditionierungs- und -pufferschaltung und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe umfassen jegliche Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden beispielsweise durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 100 Mikrosekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Jeder der Controller 10, 20, 30 und 40 überträgt und empfängt Nachrichten über das CAN 50 über den CAN-Bus 15, wobei Nachrichtenübertragungsraten für verschiedene der Controller mit verschiedenen Perioden erfolgen. Eine CAN-Nachricht weist ein bekanntes, vorbestimmtes Format auf, das bei einer Ausführungsform einen Frame-Start (SOF von start of frame), einen Identifikator (11-Bit-Identifikator), eine einzelne Fernübertragungsanforderung (RTR von remote transmission request), eine dominante einzelne Identifikatorerweiterung (IDE von identifier extension), ein Reservebit (r0), einen Datenlängencode (DLC von data length code) mit 4 Bit, bis zu 64 Bit Daten (DATA), eine zyklische Redundanzprüfung (CRC von cyclic redundancy check) mit 16 Bit, eine Bestätigung (ACK von acknowledgement) mit 2 Bit, ein Frame-Ende (EOF von end-of-frame) mit 7 Bit und einen Zwischen-Frame-Raum (IFS von interframe space) mit 3 Bit umfasst. Eine CAN-Nachricht kann beschädigt sein, wobei bekannte Störungen Füllstörungen, Formstörungen, ACK-Störungen, Bit-1-Störungen, Bit-0-Störungen und CRC-Störungen umfassen. Die Störungen werden verwendet, um einen Störungswarnungsstatus zu erzeugen, der einen Störung-Aktiv-Status oder einen Störung-Passiv-Status oder einen Bus-Aus-Störungsstatus umfasst. Der Störung-Aktiv-Status, der Störung-Passiv-Status und der Bus-Aus-Störungsstatus werden auf der Grundlage einer zunehmenden Menge an detektierten Busstörungs-Frames, d.h. eines sich erhöhenden Bus-Störungszählwerts, zugeordnet. Bekannte CAN-Busprotokolle umfassen das Bereitstellen einer Netzweitendatenkonsistenz, was zu einer Globalisierung von lokalen Störungen führen kann. Dies ermöglicht einem fehlerhaften, nicht stillstehenden Controller, eine Nachricht an dem CAN-Bus 15 zu beschädigen, die von einem anderen der Controller stammt. Ein fehlerhafter, nicht stillstehender Controller wird hierin als aktiver Controller mit Fehler bezeichnet. Wenn einem der Controller der Bus-Aus-Störungsstatus zugeordnet wird, wird ihm für eine Zeitdauer untersagt, an den CAN-Bus zu kommunizieren. Dies umfasst, dass dem betroffenen Controller untersagt wird, Nachrichten zu empfangen und Nachrichten zu übertragen, bis ein Rücksetzereignis stattfindet, was nach einer verstrichenen Zeitdauer stattfinden kann, wenn der Controller inaktiv ist. Somit wird, wenn einem aktiven Controller mit Fehler der Bus-Aus-Störungsstatus zugeordnet wird, diesem für eine Zeitdauer untersagt, an dem CAN-Bus zu kommunizieren, und kann er während der Zeitdauer, wenn er inaktiv ist, keine anderen Nachrichten an dem CAN-Bus beschädigen.
2 zeigt eine Ausführungsform eines integrierten Controller Area Network ähnlich dem in Bezug auf 1 gezeigten CAN, wobei ein CAN-Bus mit zwei Leitungen umfasst ist, der die Kabel CAN-H 201 und CAN-L 203 umfasst, die zwischen Abschlusswiderstandseinrichtungen 205, 207 in einer Ausgestaltung eines geteilten Abschlusses elektrisch verbunden sind. Jede der Abschlusswiderstandseinrichtungen ist über ein jeweiliges Paar von Widerständen und ein jeweiliges kapazitives Element elektrisch mit Masse verbunden. Die Widerstände in jedem Paar sind in Serie geschaltet, und das Paar ist an einem Ende mit der CAN-H-Leitung und an dem anderen Ende mit der CAN-L-Leitung gekoppelt. Die Abschlusswiderstandseinrichtung links in der Figur ist mit oberer und unterer Widerstand R_L1 und R_L2 bezeichnet, wohingegen die Abschlusswiderstandseinrichtung rechts in der Figur mit oberer und unterer Widerstand R_R1 und R_R2 bezeichnet ist. Die oberen Widerstände R_L1 und R_R1 sind jeweils an entgegengesetzten Enden des Busses mit der CAN-H-Busleitung gekoppelt, wohingegen die unteren Widerstände R_L2 und R_R2 jeweils an entgegengesetzten Enden des Busses mit der CAN-L-Busleitung gekoppelt sind. Die Kondensatoren in jeder Abschlusswiderstandseinrichtung sind mit C bezeichnet und sind zwischen Masse und dem Knoten zwischen dem jeweiligen Paar von Widerständen gekoppelt. Somit weist bei der Ausgestaltung eines geteilten Abschlusses jede Abschlusswiderstandseinrichtung einen Gesamtwiderstand gleich der seriellen Kombination der jeweiligen Paare von oberem und unterem Widerstand auf. Und der gesamte CAN-Buswiderstand (d.h. zwischen der CAN-H-Leitung und der CAN-L-Leitung) ist im Wesentlichen gleich den Abschlusswiderständen der Abschlusswiderstandseinrichtungen parallel. Bei einer Ausführungsform sind alle Abschlusswiderstandseinrichtungswiderstände äquivalent mit einem Wert von 60 Ohm und sind alle kapazitiven Elemente äquivalent mit einem Wert von 4,7 nF. Somit weist jede Abschlusswiderstandseinrichtung einen Gesamtwiderstand gleich 120 Ohm auf. Und der gesamte CAN-Buswiderstand (d.h. zwischen der CAN-H-Leitung und der CAN-L-Leitung) ist im Wesentlichen gleich 60 Ohm. Es werden alternative Ausgestaltungen in Betracht gezogen, bei denen der Gesamtwiderstand jeder Abschlusswiderstandseinrichtung äquivalent zu dem anderen ist, jedoch der obere und untere Widerstand jeweils einen unterschiedlichen Wert aufweisen. Es werden alternative Ausgestaltungen in Betracht gezogen, bei denen der Gesamtwiderstand jeder Abschlusswiderstandseinrichtung äquivalent zu dem anderen ist, die oberen Widerstände äquivalent zueinander sind, die unteren Widerstände äquivalent zueinander sind, jedoch die oberen und unteren Widerstände nicht äquivalent zueinander sind. Bei jeder in Betracht gezogenen Alternative kann es erwünscht sein, dass der gesamte CAN-Buswiderstand (d.h. zwischen der CAN-H-Leitung und der CAN-L-Leitung) im Wesentlichen gleich 60 Ohm ist oder einem anderen Industriestandard entspricht. Die Ausgestaltung eines geteilten Abschlusses verbessert die elektromagnetische Kompatibilität, indem Gleichtaktfehler beseitigt werden.
Mehrere Knoten, z.B. die Controller ECU1 209, ECU2 211, ECU3 213 und ECU-M 215, sind über Signale mit dem CAN verbunden. Wie gezeigt ist ECU-M 215 ein Überwachungscontroller. Jeder der Controller kann dazu in der Lage sein, zu überwachen und die gleiche oder eine ähnliche Diagnosefunktionalität bereitzustellen wie die in Bezug auf ECU-M 215 beschriebene.
Der Überwachungscontroller ECU-M 215 umfasst eine CAN-Transceiver-Einrichtung 217, die einen Signalsender 219, eine Bias-Steuerung 221 und einen Empfänger 223 umfasst, die über Signale mit den Kabeln CAN-H 201 und CAN-L 203 des CAN-Busses über einen ersten bzw. zweiten Shunt-Widerstand (Rs1 237, Rs2 239) verbunden sind. Der erste und zweite Shunt-Widerstand sind Einrichtungen mit hoher Genauigkeit und niedriger Impedanz, die jeweils vorzugsweise einen Wert von oder nahe 1,0 Ohm und vorzugsweise den gleichen Widerstandswert aufweisen. Der Überwachungscontroller ECU-M 215 umfasst auch einen Mikrocontroller (MCU) 225, der über Signale mit mehreren Analog-Digital-Wandlern (ADC1 227, ADC2 229, ADC3 231, ADC4 233) und mehreren ausführbaren Steuerroutinen verbunden ist.
Wie es bei einer Ausführungsform gezeigt ist, ist der ADC1 227 elektrisch ausgestaltet, um eine Spannung (Vs) über Rs1 237 zu überwachen, ist der ADC2 229 elektrisch ausgestaltet, um eine Spannung (V_H) zwischen der CAN-H-Leitung 201 und einer elektrischen Masse zu überwachen, ist der ADC3 231 elektrisch ausgestaltet, um eine Spannung (V_CAN) zwischen der CAN-H-Leitung 201 und der CAN-L-Leitung 203 des Kommunikationsbusses zu überwachen und ist der ADC4 233 elektrisch ausgestaltet, um eine Spannung (V_L) zwischen der CAN-L-Leitung 203 und Masse zu überwachen. Der ADC1 227 und der ADC3 231 und die in Verbindung stehenden Messungen sind optional.
4-1 bis 4-7 zeigen mehrere Datendiagramme, die Signalübermittlungen über den CAN-Bus zugehörig sind und Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung umfassen. Derartige Datendiagramme sind beim Verstehen der verschiedenen CAN-Busfehler und der resultierenden Spannungen wie in Tabelle 1 gezeigt nützlich. 4-1 zeigt Datendiagramme, die Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn keine Fehler vorhanden sind, umfassen. 4-2 zeigt Datendiagramme, die Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-Unterbrechungsfehler vorhanden ist, umfassen. 4-3 zeigt Datendiagramme, die Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-H-CAN-L-Kurzschluss vorhanden ist, umfassen. 4-4 zeigt Datendiagramme, die Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-H-Massekurzschlussfehler vorhanden ist, umfassen. 4-5 zeigt Datendiagramme, die Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-L-Massekurzschlussfehler vorhanden ist, umfassen. 4-6 zeigt Datendiagramme, die Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-H-Leistungsquellenkurzschlussfehler vorhanden ist, umfassen. 4-7 zeigt Datendiagramme, die Kurvenverläufe der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung, wenn ein CAN-L-Leistungsquellenkurzschlussfehler vorhanden ist, umfassen.

Die Spannungspegel für die CAN-H-Spannung V_H und für die CAN-L-Spannung V_L, die verschiedenen CAN-Busfehlern entsprechen, sind in Tabelle 1 gezeigt, die unter Verwendung von empirischen Daten von einer tatsächlichen CAN-Bushardware, aus Entwurfsdaten oder aus einer Kombination jener Quellen erstellt wird. Tabelle 1 ist beim Analysieren verschiedener absoluter und vergleichender Spannungskombinationen hinsichtlich vorbestimmter Eigenschaften, die sich für die Vielzahl von Kurzschlussfehlern zeigen, und beim Ableiten eindeutiger Kombinationen von Tests davon entsprechend jedem solchen Kurzschlussfehler nützlich und ist für eine Kurzschlussfehlerisolierung nützlich. Tabelle 1

Fig.-Nr.	Fehlertyp	V_L (V)	V_H (V)	Widerstand (Ohm)
4-1	Normal	1,5 bis 2,5	2,5 bis 3,5	60
4-2	CAN-Unterbrechung	Typabhängig	Typabhängig	120
4-3	CAN-H/CAN-L- Kurzschluss	2,2 bis 2,5	2,4 bis 2,6	Distanzbezogen 0 bis 4,0
4-4	CAN-H-Massekurzschluss	-0,5 bis 0,0	0,0 bis 0,5	0 bis 2,0
4-5	CAN-L-Massekurzschluss	0	0,0 bis 4,0	k.A.
4-6	CAN-H-Leistungsquellenkurzschluss	2 bis 13,2	13,8	k.A.
4-7	CAN-L-Leistungsquellenkurzschluss	13,8	13,2	k.A.

Die Spannung (V_H) und die Spannung (V_L) werden einem Satz von Tests oder Vergleichen der einzelnen Spannungen oder bestimmter Kombinationen der Spannungen bereitgestellt. Jeder Test umfasst in Bezug auf die Tests oder Vergleiche, die an den einzelnen oder kombinierten Spannungen durchgeführt werden, entweder ein Bestanden oder ein Nicht bestanden. Jeder Test gibt eine bestimmte Eigenschaft an, die in Kombination mit bestimmten anderen der Tests beim Isolieren von CAN-Busfehlern nützlich ist. Verschiedene solcher Kombinationen derartiger Tests stellen eine Signatur eines entsprechenden CAN-Busfehlers bereit. Für diese verschiedenen Tests und CAN-Busfehler kann ein Modell als zweidimensionales Array oder Fehlersignaturmatrix erstellt werden, wofür ein Beispiel in Tabelle 2 ausgeführt wird, welche sich gegenseitig ausschließende Kombinationen verschiedener Tests bei einer CAN-H- und CAN-L-Spannung darstellt. Solch eine Fehlersignaturmatrix wird für eine Bezugnahme oder Ausführung in dem Überwachungscontroller vorzugsweise codiert, wobei die CAN-H-Spannung V_H und eine CAN-L-Spannung V_L eingegeben werden und eine Ermittlung von CAN-Fehlern ausgegeben wird.

Beispielhafte Tests sind in Bezug auf Tabelle 2 beschrieben und umfassen einen Vergleich von V_L von der CAN-L-Busleitung mit einem Bereich zwischen 1 und 5 Volt (1 < V_L< 5), einen Vergleich von V_H von der CAN-H-Busleitung mit der Batteriespannung oder nahezu dieser (V_H > V_bat - 2V), Vergleiche von V_L von der CAN-L-Busleitung mit Masse oder nahezu dieser (V_L< 0,2 V), Vergleiche von V_H von der CAN-H-Busleitung zwischen 1 und 5 Volt (1 < V_H < 5) und Vergleiche von V_H von der CAN-H-Busleitung zwischen 3 V und 5 V, wobei gleichzeitig eine Differenz zwischen V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung größer als 0,5 Volt ist (3 < V_H < 5 und IV_H - V_L| > 0,5). Die Spannungen und ihre Differenz, die den verschiedenen Fehlertypen zugehörig ist, sind Beispiele für ein spezifisches System und können in Abhängigkeit von Details einer elektrischen Ausgestaltung für ein spezifisches System variieren. Die Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung im normalen Betrieb und bei Vorhandensein jedes der Fehler werden charakterisiert, um die Fehler zu unterscheiden und eine Kurzschlussfehlersignaturmatrix basierend auf V_H und V_L herzustellen. Zusätzliche Fehler (d.h. Unterbrechungsfehler) können der Matrix mit zusätzlichen CAN-Buswiderstandsdaten hinzugefügt werden. Eine Analyse der Spannungspegel V_H von der CAN-H-Busleitung und V_L von der CAN-L-Busleitung führt zu einer Isolierung von Kurzschlussfehlern hinsichtlich eines spezifischen Fehlertyps. Tabelle 2

Fehlertyp	1 < V_L< 5	V_H > Vbat - 2 (%)	V_L < 0,2 (%)	1<V_H < 5 (%)	3 < V_H< 5 und \|V_H - V_L\| > 0,5	Widerstand (Ω)
Normal	-	<1 %	< 1 %	-	> 10 Bits für jeweils 60/L Bits	~ 60
CAN-Unterbrechung	-	<1 %	< 1 %	-	> 10 Bits für jeweils 60/L Bits	- 120
CAN-H/CAN-L Kurzschluss	-	< 1 %	< 1 %	-	< 1%	0 bis 4
CAN-H-Massekurzschluss	-	<1 %	99 %	< 1%	-	0 bis 2
CAN-L - Massekurzschluss	-	< 1 %	99 %	> 1 Bit für jeweils 25 Bits	-	-
CAN-H-Leistungsquellenkurzschluss	> 1 Bit für jeweils 25 Bits	99 %	<1 %	-	-	-
CAN-L-Leistungsquellenkurzschluss	<1 %	> 99 %	<1 %	-	-	-

3 zeigt eine beispielhafte Kurzschlussfehlerdetektions- und -isolierungsroutine 300 zum Überwachen eines CAN mit zwei Leitungen, wobei der CAN-Bus mit zwei Leitungen mit den Kabeln CAN-H und CAN-L elektrisch verbunden zwischen Abschlusswiderstandseinrichtungen in einer Ausgestaltung eines geteilten Abschlusses umfasst ist. Die Routine 300 wird in dem Überwachungscontroller als eine oder mehrere Steuerroutinen ausgeführt. Tabelle 3 wird als Legende für die Kurzschlussfehlerdetektions- und -isolierungsroutine 300 von 3 bereitgestellt, wobei die numerisch bezeichneten Kasten und die entsprechenden Funktionen wie folgt ausgeführt werden. Tabelle 3

KASTEN	KASTENINHALTE
301	Start
302	Initialisiere Abtastzähler
304	Ist Abtastzähler ≥ N₁?
306	Sind in N₂ von N₁ Iterationen erzeugte Fehlertypen die gleichen?
308	Verifiziere Fehlertyp
310	Fehler kann nicht isoliert werden
312	Speichere Fehlertypergebnis
320	Zusammentragen von fortlaufenden 60/L Bits
322	Zähle Menge an Datenpunkten, die in jedes einer Mehrzahl von Fenstern einer Fehlersignaturmatrix fallen
324	Ist jeder Satz von Fehlermatrixbedingungen erfüllt?
326	Fehlertyp kann nicht isoliert werden
328	Identifiziere Fehlertyp
330	Inkrementiere Zähler

Bei einer Initiierung der Kurzschlussfehlerdetektions- und -isolierungsroutine 300 (301) wird ein Abtastzähler initialisiert (302) und mit einer Abtastiterationenschwellenwertanzahl (N₁) verglichen (304), welche bei einer Ausführungsform einen numerischen Wert von 5 hat. Wenn der Abtastzähler kleiner als Schwellenwert N₁ ist (304)(0), werden CAN-Busparameter (z.B. Spannungsdaten von dem Kommunikationsbus) kontinuierlich gemessen, zusammengetragen oder auf andere Weise abgeleitet (320), um eine geeignete Abtastgröße zu erhalten. Die Abtastgröße steht vorzugsweise in umgekehrter Relation zu der Buslast „L“ (%), um eine ausreichende Abtastung bei geringen oder grenzwertigen Buslasten sicherzustellen. Bei einer Ausführungsform ist die Abtastgröße mit 60/L Bits festgelegt, was zu einem Minimum von 60 Bit-Abtastwerten oder -Datenpunkten bei einer Buslast von 100 % führen würde. Eine Abtastiteration umfasst das kontinuierliche Überwachen der Spannung (V_H) zwischen der ersten der Leitungen des Kommunikationsbusses (CAN-H) und Masse und Überwachen der Spannung (V_L) zwischen der zweiten der Leitungen des Kommunikationsbusses (CAN-L) und Masse. Die Abtastdatenpunkte können auch das Messen anderer CAN-Busparameter oder das Berechnen oder Ableiten zusätzlicher CAN-Busparameter von gemessenen Parametern umfassen. Beispielsweise kann der CAN-Buswiderstand leicht von Spannungsmessungen abgeleitet werden. Vorzugsweise wird für ein Filtern und eine Datenkonfidenz ein Zählen der Datenpunkte, die in jeden/jedes einer Mehrzahl der Tests oder Fenster einer Fehlersignaturmatrix fallen (322), durchgeführt. Wie zuvor erwähnt umfassen die einzelnen Tests entweder Bestanden oder Nicht bestanden. Da jedoch ein Abtasten als während einer Kommunikationsbetriebsfähigkeit des CAN-Busses aufgerufen betrachtet wird, und für eine stabile Diagnose und Konfidenz, werden bestandene Tests für jeden Test in einem Bestanden-Zählwert akkumuliert, und arbiträre oder statistisch signifikante Schwellenwerte oder Zählwertanforderungen für Bestanden-Zählwerte werden mit jedem Test in Verbindung gebracht. Ein Erfüllen dieser Schwellenwerte oder Zählwertanforderungen deutet eine Zählwertentsprechung für einen bestandenen Test an. Daher wird ein Fehlertyp angegeben, wenn alle Tests, die die entsprechende Fehlersignatur bilden, eine Zählwertentsprechung aufweisen (324). Wenn eine Zählwertentsprechung für einen Fehlertyp vorliegt (324)(1), erzeugt die Routine den Fehlertyp oder gibt sie diesen an (328), und der Abtastzähler wird inkrementiert (330). Wenn keine derartige Entsprechung mit irgendeinem der Fehlertypen vorliegt (324)(0), gibt die Routine an, dass während dieser Abtastiteration kein Fehlertyp isoliert werden kann (326), und der Abtastzähler wird inkrementiert (330). Eine fortgesetzte Ausführung dieses Abschnitts der Routine wird wiederholt, indem der Abtastzähler bewertet wird (304).
Wenn der Abtastzähler größer oder gleich Schwellenwert N₁ ist (304)(1), werden die Ergebnisse bewertet, um zu ermitteln, ob sie für eine vorbestimmte Anzahl (N₂) der N₁ Abtastiterationen gleich sind (306). Bei einer Ausführungsform weist N₁ einen Wert von 5 Abtastiterationen auf und weist N₂ einen Wert von 4 Abtastiterationen auf. Wenn N₂ der N₁ Abtastiterationen den gleichen Fehlertyp erzeugten (306)(1), wird der isolierte Fehlertyp erzeugt (308), und das Isolierungsergebnis wird gespeichert (312). Wenn weniger als N₂ der N₁ Abtastiterationen gleich sind (306)(0), kann der isolierte Fehlertyp aktuell nicht erzeugt werden (310), und dieses Ergebnis wird gespeichert (312).
Die Offenbarung beschrieb bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen dieser. Weitere Abwandlungen und Änderungen können für Dritte beim Lesen und Verstehen der Beschreibung ersichtlich werden. Daher soll die Offenbarung nicht auf die bestimmte Ausführungsform/die bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, die als die Ausführungsform(en) offenbart ist/sind, die zum Ausführen dieser Offenbarung als am geeignetsten betrachtet wird/werden, sondern soll die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen, die innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Controller Area Network (CAN) (50), umfassend: einen CAN-Bus (15), der eine CAN-H-Leitung (201) und eine CAN-L-Leitung (203) umfasst; ein Paar von CAN-Busabschlusswiderstandseinrichtungen (205, 207), die sich an entgegengesetzten Enden des CAN-Busses (15) befinden, wobei jede Abschlusswiderstandseinrichtung (205, 207) einen entsprechenden bekannten Abschlusswiderstandseinrichtungs-Widerstandswert aufweist; mehrere Knoten, die Controller (10, 20, 30, 40; 209, 211, 213, 215) umfassen, wobei zumindest einer der Controller (10, 20, 30, 40; 209, 211, 213, 215) einen Überwachungscontroller (215) umfasst; und wobei der Überwachungscontroller (215) eine Detektionssteuerroutine zum Identifizieren von Fehlertypen an dem CAN-Bus (15) umfasst, umfassend die folgenden Schritte, dass: ein Satz von CAN-Busparametern ermittelt wird; und Fehlertypen basierend auf den CAN-Busparametern identifiziert werden; wobei der Satz von CAN-Busparametern eine CAN-H-Leitungsspannung und eine CAN-L-Leitungsspannung umfasst und die Fehlertypen CAN-Buskurzschlussfehler umfassen; wobei die Schritte des Ermittelns eines Satzes von CAN-Busparametern umfassen, dass eine vorbestimmte Anzahl von Messungen der CAN-H-Leitungsspannung und der CAN-L-Leitungsspannung durchgeführt wird; und wobei der Schritt des Identifizierens von Fehlertypen basierend auf den CAN-Busparametern umfasst, dass: jede Messung der CAN-H-Leitungsspannung und der CAN-L-Leitungsspannung einer vorbestimmten Fehlersignaturmatrix bereitgestellt wird, die einen Satz von vorbestimmten Tests und vorbestimmte Kombinationen der Tests, die jeweilige CAN-Busfehlersignaturen umfassen, umfasst; für jeden Test eine jeweilige Anzahl von bestandenen Tests gezählt wird; für jede CAN-Busfehlersignatur die Anzahl von bestandenen Tests für jeden Test hinsichtlich eines jeweiligen vorbestimmten Zählwertentsprechungsschwellenwerts bewertet wird; und von der Matrix eine Identifikation eines Fehlertyps entsprechend jeder Bewertung für jeden relevanten Test, bei der jeder Zählwertentsprechungsschwellenwert erreicht wird, ausgegeben wird.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Identifizierens von Fehlertypen basierend auf den CAN-Busparametern die folgenden Schritte umfasst, dass: die CAN-H-Leitungsspannung, die CAN-L-Leitungsspannung und eine Spannungsdifferenz zwischen der CAN-H-Leitungsspannung und der CAN-L-Leitungsspannung mit einem vorbestimmten Satz von Kriterien verglichen werden, die mehrere Fehlersignaturen entsprechend jeweiligen Fehlertypen definieren; Fehlertypen identifiziert werden, wenn der Vergleich mit einer der Fehlersignaturen übereinstimmt.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ermittelns eines Satzes von CAN-Busparametern den folgenden Schritt umfasst, dass: eine vorbestimmte Anzahl von Datenpunkten abgetastet wird, die eine jeweilige CAN-H-Leitungsspannung und eine jeweilige CAN-L-Leitungsspannung umfassen.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Identifizierens von Fehlertypen basierend auf den CAN-Busparametern die folgenden Schritte umfasst, dass: die Datenpunkte einem Satz von Bestanden/Nicht bestanden-Tests unterzogen werden; für jeden Test ein Bestanden-Zählwert erzeugt wird; für jeden Fehlertyp die Bestanden-Zählwerte hinsichtlich jeweiliger Zählwertanforderungen bewertet werden; und der Fehlertyp identifiziert wird, wenn alle jeweiligen Zählwertanforderungen, die dem Fehlertyp entsprechen, erfüllt sind.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Anzahl an Datenpunkten umgekehrt proportional zu einer CAN-Buslast ist.
Controller Area Network (CAN) (50), umfassend: einen CAN-Bus (15), der eine CAN-H-Leitung (201) und eine CAN-L-Leitung (203) umfasst; ein Paar von CAN-Busabschlusswiderstandseinrichtungen (205, 207), die sich an entgegengesetzten Enden des CAN-Busses (15) befinden, wobei jede Abschlusswiderstandseinrichtung (205, 207) einen entsprechenden bekannten Abschlusswiderstandseinrichtungs-Widerstandswert aufweist; mehrere Knoten, die Controller (10, 20, 30, 40; 209, 211, 213, 215) umfassen, wobei zumindest einer der Controller (10, 20, 30, 40; 209, 211, 213, 215) einen Überwachungscontroller (215) umfasst; und wobei der Überwachungscontroller (215) eine Steuerroutine zum Identifizieren mehrerer Fehlertypen an dem CAN-Bus (15) umfasst, umfassend die folgenden Schritte, dass: eine vorbestimmte Anzahl von Datenpunkten, die vorbestimmte CAN-Busparameter umfassen, abgetastet wird; die Datenpunkte einem Satz von Bestanden/Nicht bestanden-Tests unterzogen werden; für jeden Test ein Bestanden-Zählwert erzeugt wird; für jeden Fehlertyp die Bestanden-Zählwerte hinsichtlich jeweiliger Zählwertanforderungen bewertet werden; und der Fehlertyp identifiziert wird, wenn alle jeweiligen Zählwertanforderungen, die dem Fehlertyp entsprechen, erfüllt sind.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmten CAN-Busparameter eine CAN-H-Leitungsspannung, eine CAN-L-Leitungsspannung und einen CAN-Buswiderstand umfassen, und wobei die Fehlertypen CAN-Buskurzschlussfehler und CAN-Busunterbrechungsfehler umfassen.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmten CAN-Busparameter eine CAN-H-Leitungsspannung und eine CAN-L-Leitungsspannung umfassen, und wobei die Fehlertypen CAN-Buskurzschlussfehler umfassen.