DE102015108315B4

DE102015108315B4 - Kurzschlussfehlerdetektion in einem controller area network

Info

Publication number: DE102015108315B4
Application number: DE102015108315.9A
Authority: DE
Inventors: Xinyu Du; Shengbing Jiang; Atul Nagose; Yilu Zhang; Natalie Ann Wienckowski
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: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: US20150347258A1; CN105319474A; DE102015108315A1; CN105319474B; US9678847B2

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 umfasst; undwobei der Überwachungscontroller eine CAN-Überwachungsroutine (300) umfasst,umfassend die folgenden Schritte, dass:ein Leitungskurzschlussfehler an dem CAN-Bus (15) detektiert wird; undein Ort des Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus (15) ermittelt wird;wobei der Schritt des Detektierens eines Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus (15) die folgenden Schritte umfasst, dass:eine erste Spannung über einem bekannten Widerstand, durch den ein CAN-Busstrom fließt, gemessen wird;eine zweite Spannung zwischen der CAN-H-Leitung (201) und der CAN-L-Leitung (203) gemessen wird; undder Leitungskurzschlussfehler an dem CAN-Bus (15) basierend auf der ersten und zweiten Spannung detektiert wird; undwobei der Schritt des Ermittelns eines Orts des Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus (15) die folgenden Schritte umfasst, dass:ein CAN-Buswiderstand als Funktion der ersten Spannung, der zweiten Spannung und des bekannten Widerstands ermittelt wird; undauf eine vorbestimmte Tabelle Bezug genommen wird, die den CAN-Busort mit dem CAN-Buswiderstand in Korrelation bringt.

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 für hohe Geschwindigkeit setzen eine Linien- und eine Sterntopologie ein, wohingegen bekannte CAN-Systeme für niedrige Geschwindigkeit eine Kombination aus Stern- und Linientopologie einsetzen. 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 zu lokalisieren, und sind nicht dazu in der Lage, transiente und intermittierende Fehler zu unterscheiden.
DE 10 2006 048 073 A1 offenbart einen elektrischen Schaltkreis zum Betreiben eines Busses, wobei Mittel zum Detektieren eines Fehlerstroms ein Mittel zum Bestimmen eines ersten Stroms einer ersten Busleitung und ein Mittel zum Bestimmen eines zweiten Stroms einer zweiten Busleitung sowie ein Mittel zum Detektieren eines Fehlers basierend auf dem ersten Strom und dem zweiten Strom umfassen. Weiterer Stand der Technik ist aus US 2009/0183033 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Controller Area Network bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Controller Area Network mit den Merkmalen des Anspruchs 1 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 CAN-Überwachungsroutine zum Detektieren eines Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus und seines Orts.
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 einen CAN-Bus mit zwei Leitungen, mehrere Knoten, z.B. Controller, und einen Überwachungscontroller umfasst, gemäß der Offenbarung zeigt; und
3 eine beispielhafte CAN-Überwachungsroutine zum Detektieren und Isolieren eines Fehlers an einem CAN 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 schematisch 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. Die Fahrzeugmasse 72 ist 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 dem 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 Ω und sind alle kapazitiven Elemente äquivalent mit einem Wert von 4,7 nF. Somit weist jede Abschlusswiderstandseinrichtung einen Gesamtwiderstand gleich 120 Ω auf. Und der gesamte CAN-Buswiderstand (d.h. zwischen der CAN-H-Leitung und der CAN-L-Leitung) ist im Wesentlichen gleich 60 Ω. 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 Ω ist oder einem anderen Industriestandard entspricht.
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. Die Ausgestaltung eines geteilten Abschlusses verbessert die elektromagnetische Kompatibilität, indem Gleichtaktfehler beseitigt werden.
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 Ω 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.
Durch Verbinden der Controller ECU1 209, ECU 2 211, ECU 3 213 wird ein Widerstand in das CAN eingeführt. Es wird ebenfalls ein Widerstand durch die Abschlusswiderstandseinrichtungen 205, 207 in das CAN eingeführt. Der Widerstand wird in das CAN durch die Signalleitungen zwischen Knoten oder die Signalleitungen, die die Abschlusswiderstandseinrichtungen verbinden, eingeführt. Ein Gesamtbuswiderstand R_T für das CAN kann wie folgt ermittelt werden, wenn der Bus wie vorgesehen agiert, wobei alle Elemente der Komponenten gemäß spezifizierten Anforderungen arbeiten: $R_{T} = \sum_{i = 1}^{k} (R_{W i} + R_{M i} + R_{T i} / 2)$
wobei R_T der Gesamtwiderstand ist,

R_Wi der Widerstand für die CAN-Leitungen ist,
R_Mi der interne Widerstand für Controller i ist und
R_Ti der Widerstand für jede der Abschlusswiderstandseinrichtungen ist.

Wie es bei einer Ausführungsform gezeigt ist, ist der ADC1 227 elektrisch ausgestaltet, um eine erste Spannung oder einen ersten Abfall (Vs) über Rs1 237 zu überwachen, ist der ADC2 229 elektrisch ausgestaltet, um eine dritte Spannung (V_H) zwischen der CAN-H-Leitung 201 und einer elektrischen Masse zu überwachen, ist der ADC3 231 elektrisch ausgestaltet, um eine zweite 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 vierte Spannung (V_L) zwischen der CAN-L-Leitung 203 und Masse zu überwachen. Bei einer Ausführungsform kann die Anordnung des ADC3 231 beseitigt sein. Jeder der ADCs weist vorzugsweise eine Abtastrate auf, die größer als 100 kHz ist, um die verschiedenen Spannungen an dem CAN-Bus mit einer Rate zu überwachen, die die erste und zweite Spannung während des Auftretens eines Fehlers erfasst.
Ein Kommunikationsfehler ist eine Fehlfunktion, die zu einem Nachrichtenverlust oder einer beschädigten Nachricht an dem CAN-Bus führt, wodurch Kommunikationen zwischen Controllern in dem CAN unterbrochen werden. Ein Kommunikationsfehler kann durch eine unterbrochene Verbindung an CAN-H oder CAN-L oder einen Kurzschluss mit der Leistungsquelle oder mit Masse an CAN-H oder CAN-L oder einen Kurzschluss zwischen CAN-H und CAN-L verursacht werden und kann ortsspezifisch sein. Ein Kommunikationsfehler kann das Ergebnis eines Fehlers bei einem der Controller, eines Fehlers bei einer der Kommunikationsverbindungen des CAN-Busses, eines Fehlers bei einer der Leistungsverbindungen des Leistungsnetzes oder eines Fehlers bei einer der Masseverbindungen des Massenetzes sein. Es können Topologiediagramme entwickelt werden, die eine Kommunikationstopologie wie hierin beschrieben umfassen.
Ein kurz dauernder CAN-Fehler ist als eine beliebige Fehlfunktion einer kurzen Dauer definiert, die einen temporären Fehler bewirkt, der zu einer verlorenen oder beschädigten Nachricht an dem CAN-Bus führt. Die Fehlfunktion einer kurzen Dauer hält für eine kurze Zeitdauer, z.B. weniger als eine Sekunde, an und kann selbstkorrigierend sein. Ein intermittierender CAN-Fehler ist als kurz dauernder CAN-Fehler definiert, der zumindest zweimal innerhalb eines vordefinierten Zeitfensters auftritt, welches bei einer Ausführungsform zehn Sekunden sein kann. Ein transienter CAN-Fehler ist als kurz dauernder Fehler definiert, der innerhalb des vordefinierten Zeitfensters nur einmal auftritt.

3 zeigt eine beispielhafte CAN-Überwachungsroutine 300 zum Detektieren und Isolieren eines Kommunikationsfehlers in einem CAN. Tabelle 1 ist als Legende für Routine 300 von 3 vorgesehen, wobei die numerisch bezeichneten Kasten und die entsprechenden Funktionen wie folgt ausgeführt werden. Tabelle 1

KASTEN	KASTEN IN HALTE
301	Zeitauslösung
302	Lies Fahrzeugtemperatur
304	Erzeuge Widerstand/Distanz-Abbildungstabellen - CAN-H-Kurzschluss mit Masse - CAN-H-CAN-L-Kurzschluss
306	Trage kontinuierlich N₁ Datenpunkte für Vs, V_H, V_L, V_CAN zusammen
308	Identifiziere alle Gruppierungen von N₂ benachbarten Datenpunkten für V_CAN, Vs in einem vorbestimmten Bereich
310	Entferne die ersten N₃ Datenpunkte und verknüpfe alle Gruppen
312	Ist die Anzahl an Datenpunkten größer als N₄?
314	Berechne geschätzten Widerstand für jedes Paar von Datenpunkten
316	Berechne Mittelwert des geschätzten Widerstands für alle Paare von Datenpunkten
318	Ermittle Distanz D unter Verwendung der beiden Widerstand/Distanz-Abbildungstabellen
320	Kein Kurzschlussfehler
330	Speichere Detektionsergebnisse

Durch die CAN-Überwachungsroutine 300 werden zwei Hauptfunktionen durchgeführt. Zuerst wird ermittelt, ob ein Leitungskurzschlussfehler vorliegt. Und wenn ermittelt wird, dass ein Leitungskurzschlussfehler vorliegt, wird eine Lokalisierung des Kurzschlusses diagnostiziert. Vorzugsweise wird eine Leitungskurzschlussfehlerdetektion über einfache Spannungsmessungen und Widerstandsabweichungen an dem Überwachungscontroller erreicht, wodurch jegliche Anforderungen hinsichtlich einer zusätzlichen Hardware oder eines beliebigen Typs von komplizierter Signalanalyse verringert werden. Und es wird eine kurze Lokalisierung vorzugsweise über zusätzliche Grundschaltungsanalysetechniken unter Verwendung der einfachen Spannungsmessungen mit Bezugnahme auf vorbestimmte Datentabellen erreicht.
Die CAN-Überwachungsroutine 300 wird als nicht einschränkendes Beispiel bereitgestellt. Ein Fachmann wird alternative Routinen erkennen und realisieren können, um innerhalb des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands ähnliche Ergebnisse und Resultate zu erreichen. Die Ausführung der CAN-Überwachungsroutine 300 wird periodisch ausgelöst (301), mit einer anfänglichen Aktion des Lesens und Erfassens der Fahrzeugtemperatur (302). Der Zweck des Erfassens der Fahrzeugtemperatur ist, der Auswirkung der Temperatur auf den Widerstand in den verschiedenen Leitungen des CAN durch Normieren des elektrischen Widerstands auf der Grundlage einer Abweichung der Temperatur von einem Nennwert analytisch Rechnung zu tragen. Der Widerstand kann gemäß der folgenden Beziehung temperaturnormiert oder angepasst werden: $R (T) = R (25) * (1 + α (T - 25))$
wobei R(T) der temperaturnormierte Widerstand ist,

α eine Änderung des Widerstands in Relation zu einer Änderung der Temperatur angibt und für Kupferdraht 3,9 × 10^-3 Ω/°C beträgt,
T die Fahrzeugtemperatur (°C) ist,
25 eine Nenntemperatur von 25°C darstellt und
R(25) der Widerstand bei der Nenntemperatur von 25°C ist.

Es werden zwei Widerstand/Distanz-Abbildungstabellen erzeugt (304), die eine erste Abbildung in Bezug auf einen CAN-H-Massekurzschlussfehler an verschiedenen Orten und eine zweite Abbildung in Bezug auf einen CAN-H-CAN-L-Kurzschlussfehler an verschiedenen Orten umfassen. Die Widerstand/Distanz-Abbildungstabelle wird basierend auf dem Wissen über die Kommunikationstopologie des CAN erzeugt, was Knoten/Controller-Verbindungswiderstände, Leitungsmaterialparameter, wie beispielsweise Leitermaterial und Dicke, Distanzen zwischen Knoten oder Länge der Leitungen, Reihenfolge der Verbindung für jeden der bekannten Controller etc. umfasst. Die Leitungen weisen bekannte Widerstände in Relation zur Leitungslänge λ (Ω/m) auf, was einen bekannten Wert bei einer Nenntemperatur, z.B. bei 25°C, umfasst und temperaturabhängig ist. Jeder der Controller weist einen Verbindungswiderstand auf, der bei einer Nenntemperatur, z.B. bei 25°C, einen bekannten Wert aufweist und temperaturabhängig ist.
Ein Gesamtwiderstand von dem Überwachungscontroller zu jedem Controller k an dem Kommunikationsbus kann gemäß der folgenden Beziehung ermittelt werden, wenn der Fehler ein Kurzschluss zwischen CAN-L und CAN-H ist: $R_{T k} (T) = \sum_{i = 1}^{k} (2 λ D_{i} (1 + α_{w} (T - 25)) + R_{M i} (25) \times (1 + α_{M i} (T - 25)))$
wobei R_TK(T) der Gesamtwiderstand ist,

λ die Widerstandsrate (Ω/m) ist,
D_i die Distanz (m) zwischen Controller i und Controller i-1 ist,
α_w der Temperaturkoeffizient (Ω/°C) für das Kabel ist,
R_Mi der Innenwiderstand von Controller i am Kommunikationsbus ist,
T die Temperatur (°C) ist und
α_Mi der Temperaturkoeffizient (Ω/°C) für Controller i ist.

Unter Verwendung der bekannten Parameter und der Beziehung, die den Gesamtwiderstand hinsichtlich Distanzen entlang des CAN-Busses mit Orten von Kurzschlüssen zwischen der CAN-L- und CAN-H-Leitung (d.h. zwischen Knoten) in Korrelation bringt, werden Tabellen, die den Gesamtwiderstand mit der Distanz bei aktuellen Temperaturbedingungen in Verbindung bringen, erstellt und gespeichert, vorzugsweise in einem Arbeitsbereich eines nichtflüchtigen Speichers des Überwachungscontrollers.
Ein Gesamtwiderstand von dem Überwachungscontroller zu jedem Controller k an dem Kommunikationsbus kann auf ähnliche Weise gemäß der folgenden Beziehung ermittelt werden, wenn der Fehler ein Kurzschluss zwischen CAN-H und Masse ist: $R_{T k} (T) = \sum_{i = 1}^{k} (λ D_{i} (1 + α_{w} (T - 25)) + R_{M i} (25) \times (1 + α_{M i} (T - 25)))$
Wieder werden unter Verwendung der bekannten Parameter und der Beziehung, die den Gesamtwiderstand hinsichtlich Distanzen entlang des CAN-Busses mit Orten von Kurzschlüssen von CAN-H-Leitungen mit Masse (d.h. zwischen Knoten) in Korrelation bringt, Tabellen, die den Gesamtwiderstand mit der Distanz bei aktuellen Temperaturbedingungen in Verbindung bringen, erstellt und gespeichert, vorzugsweise in einem Arbeitsbereich eines nichtflüchtigen Speichers des Überwachungscontrollers.
Ein Fachmann wird auch erkennen, dass Widerstand/Distanz-Abbildungstabellen als Teil des Entwurfs und der Kalibrierung des bestimmten CAN-Systems, auf das die vorliegende Diagnose angewandt werden kann, offline erstellt werden können. Derartige Tabellen werden vorzugsweise als Nachschlagetabellen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und würden unter Verwendung von Wissen über die Kommunikationstopologie des CAN konstruiert werden, was Knoten/Controller-Verbindungswiderstände, Leitungsmaterialparameter, wie beispielsweise Leitermaterial und Dicke, Distanzen zwischen Knoten oder Länge der Leitungen, Reihenfolge der Verbindung für jeden der bekannten Controller etc. umfasst. Allerdings würde eine zusätzliche Tabellendimension, um der Temperatur Rechnung zu tragen, eine erheblich stärkere Nutzung des nichtflüchtigen Speichers erfordern. Ein Fachmann kann derartige Widerstand/Distanz-Abbildungstabellen unter Verwendung von empirischen Daten von einer tatsächlichen CAN-Bushardware oder aus Entwurfsdaten konstruieren.
Es wird eine Spannungsabtastung einer ersten und zweiten Spannung Vs und V_CAN durchgeführt. Vorzugsweise wird ein Filtern durchgeführt. Daher wird beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl (N₁) von Abtastwerten oder Datenpunkten für eine erste und zweite Spannung Vs und V_CAN über eine Zeitdauer zusammengetragen. N₁ ist bei einer Ausführungsform 5632 (306). Es können auch die entsprechenden Datenpunkte für V_H und V_L zusammengetragen werden, um eine numerische Prüfung für Vs und V_CAN bereitzustellen, dies ist jedoch für die Ausführung der CAN-Überwachungsroutine nicht notwendig.
Es werden Gruppierungen einer vorbestimmten Anzahl (N₂) von benachbarten Abtastwerten oder Datenpunkten für die erste und zweite Spannung Vs und V_CAN innerhalb eines vorbestimmten Bereichs identifiziert (308), wobei N₂ abtastratenabhängig ist und bei einer Ausführungsform 15 Abtastwerte oder Datenpunkte umfasst. Der vorbestimmte Bereich ist ein Bereich, der als einen Leitungskurzschlussfehler angebend ermittelt wird, und kann unter Verwendung von empirischen Daten von einer tatsächlichen CAN-Bushardware oder aus Entwurfsdaten ermittelt werden. Die ersten N₃ Datenabtastwerte oder Datenpunkte jeder der zuvor genannten Gruppierungen werden verworfen (310), wobei N₃ abtastratenabhängig ist und bei einem Beispiel 5 Abtastwerte oder Datenpunkte umfasst. Der Zweck des Entfernens der ersten N₃ Punkte von einer weiteren Betrachtung ähnelt dem herkömmlichen „Entprellen“ von Messungen, um möglicherweise problematische oder instabile Daten zu entfernen. Die verbleibenden Daten von allen Gruppierungen werden für eine Analyse zu einer einzelnen Datendatei verknüpft. Die Quantität von Datenpunkten in der Datei wird bewertet, um zu ermitteln, ob die Anzahl von Datenpunkten größer als N₄ ist, was bei einer Ausführungsform 10 Abtastwerte umfasst, wobei N₄ jedoch vorzugsweise entsprechend beispielsweise der Genauigkeit von Spannungsmessungen oder Buslast variabel ist (312).
Wenn die Anzahl von Datenpunkten kleiner als N₄ ist (312)(0), geben die Ergebnisse das Nichtvorhandensein eines Kurzschlussfehlers an dem Kommunikationsbus an (320), und die Detektionsergebnisse werden erfasst und gespeichert (330).
Wenn die Anzahl von Datenpunkten größer als N₄ ist (312)(1), geben die Ergebnisse eine Detektion eines Kurzschlussfehlers an dem Kommunikationsbus mit einer entsprechenden Notwendigkeit des Ermittelns des Orts des Fehlers in dem CAN an. Die Datenpunkte werden durch Berechnen eines Widerstands für jedes Paar der Datenpunkte Vs und V_CAN gemäß der folgenden Beziehung analysiert (314): ${\hat{R}}_{T = \frac{V_{H L}}{V_{S}} R_{S}}$
wobei R̂_T der geschätzte Buswiderstand ist und

R_s der Widerstand des Shunt-Widerstands ist.

Es wird ein Mittelwert aller geschätzten Buswiderstände berechnet (316), und für eine Bezugnahme auf die Widerstand/Distanz-Abbildungstabellen eingesetzt, um eine Distanz zu ermitteln (318). Die berechnete Distanz gibt einen Ort eines Fehlers, falls vorhanden, an dem Kommunikationsbus an, und beide können erfasst und gespeichert werden (330).
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 umfasst; und wobei der Überwachungscontroller eine CAN-Überwachungsroutine (300) umfasst, umfassend die folgenden Schritte, dass: ein Leitungskurzschlussfehler an dem CAN-Bus (15) detektiert wird; und ein Ort des Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus (15) ermittelt wird; wobei der Schritt des Detektierens eines Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus (15) die folgenden Schritte umfasst, dass: eine erste Spannung über einem bekannten Widerstand, durch den ein CAN-Busstrom fließt, gemessen wird; eine zweite Spannung zwischen der CAN-H-Leitung (201) und der CAN-L-Leitung (203) gemessen wird; und der Leitungskurzschlussfehler an dem CAN-Bus (15) basierend auf der ersten und zweiten Spannung detektiert wird; und wobei der Schritt des Ermittelns eines Orts des Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus (15) die folgenden Schritte umfasst, dass: ein CAN-Buswiderstand als Funktion der ersten Spannung, der zweiten Spannung und des bekannten Widerstands ermittelt wird; und auf eine vorbestimmte Tabelle Bezug genommen wird, die den CAN-Busort mit dem CAN-Buswiderstand in Korrelation bringt.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Messens der ersten und zweiten Spannung umfassen, dass die Spannungen gefiltert werden.
Controller Area Network (CAN) (50) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Detektierens des Leitungskurzschlussfehlers an dem CAN-Bus (15) basierend auf der ersten und zweiten Spannung umfasst, dass ermittelt wird, dass die erste und zweite Spannung außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen.