DE19542391A1 - Diagnosesystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Diagnosesystem für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diagnosesystem für
ein Fahrzeug, bei dem Daten aus einer elektronischen Steuer
einheit ausgelesen werden, welche in dem Fahrzeug instal
liert ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Diagnose
system, welches für verschiedene Arten von elektronischen
Steuereinheiten anwendbar ist, die mit unterschiedlichen
Signalpegeln arbeiten.
In der jüngeren Vergangenheit ist die elektronische Steue
rung eines Kraftfahrzeuges immer komplizierter geworden.
Wesentlich für die Diagnose des Fahrzeugs ist das Diagnose
system, welches Daten elektronischer Steuereinheiten, die in
den Fahrzeugen installiert sind, auslesen kann.
Dieses Diagnosesystem ist üblicherweise tragbar und univer
sell einsetzbar. Ein Kraftfahrzeugmechaniker kann dann
leicht das Steuersystem des Fahrzeugs überprüfen. Die mei
sten Diagnosesysteme sind mit einer Speicherkassette ausge
stattet, welche von dem System getrennt werden kann. Die
Speicherkassette enthält ein Aufzeichnungsmedium, welches
Diagnoseprogramme speichert, die den Arten und Typen der in
bestimmten Jahren hergestellten Fahrzeugen etc. entsprechen.
Das Diagnosesystem mit der Speicherkassette stellt eine Da
tenverbindung zu der elektronischen Steuereinheit in dem
Fahrzeug her, von welcher die Daten gelesen werden. Ein sol
ches System, oder Diagnoseeinrichtung, ist in der offenge
legten japanischen Patentschrift JP-A-1-210844 offenbart.
Es gibt viele Arten von elektronischen Steuereinheiten, wel
che in Kraftfahrzeuge eingebaut werden. Diese Einheiten ver
wenden unterschiedliche Arten von Übertragungssystemen und
Schnittstellen. Kraftfahrzeughersteller für viele Arten von
Fahrzeugen sehen elektronische Steuereinheiten vor, die mit
unterschiedlichen Signalpegeln arbeiten. Diese Tatsache
macht es notwendig, daß Reparaturwerkstätten Diagnoseein
richtungen derart mit Hardware ausstatten, daß sie für un
terschiedliche Signalpegel für jeden Fahrzeughersteller oder
für jeden Typ der elektronischen Steuereinheiten einsetzbar
sind. Das Ausstatten dieser Einrichtung für alle Kommuni
kationssysteme ist für die Reparaturwerkstatt eine große
wirtschaftliche Belastung.
Um dieses Problem zu lösen offenbart die offengelegte japa
nische Patentschrift JP-A-3-111733 einen Adapter zum Umwan
deln von Signalen, der von einer Datenverarbeitungsschaltung
in einer Diagnoseeinrichtung lösbar ist. Dadurch wird ein
Teil der Schaltung der Diagnoseeinrichtung für den Daten
austausch mit einem Steuersystem eines Kraftfahrzeugs aus
tauschbar.
Eine Art von Diagnoseeinrichtung erfordert noch immer unter
schiedliche zusätzliche Hardware. Daraus ergeben sich höhere
Gesamtherstellungskosten. Ferner kann dies zu einer Fehldia
gnose in einer Reparaturwerkstatt führen, wenn die zusätzli
che Hardware für den Datenaustausch der Diagnoseeinrichtung
falsch zugeordnet wird. Solche fehlerhaften Zusammenstellun
gen treten häufig auf, wenn Diagnoseprogramme für unter
schiedliche Arten von Kraftfahrzeugen, Typen von Fahrzeugen,
welche in bestimmten Jahren hergestellt wurden, und derglei
chen ausgetauscht werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Diagno
sesystem vorzusehen, welches für alle Arten von in Fahrzeu
gen installierten elektrischen Steuereinheiten mit unter
schiedlichen Signalpegeln geeignet ist, ohne die Hardware
verändern zu müssen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Diagnosesystem für
ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches mehrere Sensoren zum
Erfassen von Betriebsbedingungen des Fahrzeuges und zum Er
zeugen von Fahrzeugbetriebssignalen, eine elektronische
Steuereinheit zum Steuern des Fahrzeuges und zum Erzeugen
von Steuersignalen, welche auf die Fahrzeugbetriebssignale
anspricht, und mehrere Betätigungseinrichtungen und Anzei
gelampen, welche auf die Steuersignale ansprechen, aufweist,
um das Fahrzeug unter optimalen Bedingungen zu betreiben,
welche jeweils den Betriebsbedingungen entsprechen, wobei
das System Daten in der elektronischen Steuereinheit aus
liest und diese Daten übertragen kann, mit einer Diagnose
einrichtung, welche auf die Steuersignale anspricht, um die
elektronische Steuereinheit durch Vergleichen der übertrage
nen Daten mit in einem Speicher gespeicherten normalen Daten
zu diagnostizieren, und einer von der Diagnoseeinrichtung
trennbaren Speichereinrichtung zum Speichern unterschiedli
cher Diagnoseprogramme und Kommunikationsprotokolle, und bei
dem das Diagnosesystem folgende Merkmale aufweist: eine in
der Speichereinrichtung vorgesehenen erste Schnittstellen
schaltung, welche direkt mit der elektronischen Steuerein
heit verbunden ist, um eine logische Funktion anzupassen,
welche jedem Steuersignal entspricht, und um ein Übertra
gungssignal zu erzeugen; Speichermittel zum Speichern unter
schiedlicher Arten von Logikprogrammen; einer systeminternen
Programmiereinrichtung, welche auf das Übertragungssignal
anspricht, um die Speichermittel durch Neuprogrammieren lo
gischer Funktionen der Schaltung aufgrund von Designinforma
tion zu steuern, um das Fahrzeug bei einer hohen Geschwin
digkeit präzise zu diagnostizieren, ohne die Speicherein
richtung für unterschiedliche Arten von elektronischen Ein
heiten auszutauschen; und eine zweite Schnittstellenschal
tung, die zwischen den Speichermitteln und der Speicherein
richtung angeordnet ist, um Pegel der von und zu der elek
trischen Steuereinheit gesendeten Signale in Signalpegel
umzuwandeln, die zu anderen Signalpegeln in der elektroni
schen Steuereinheit passen.
Das Diagnosesystem kann ferner einen Vergleicher mit einem
invertierenden Eingangsanschluß aufweisen, zu dem ein Ein
gangssignal geführt wird, welches von der elektronischen
Steuereinheit gesendet wird, und der mit einer der elektro
nischen Steuereinheit zugeführten Versorgungsspannung auf
einem hohen Pegel gehalten wird (Pull-up), und mit einem
nicht invertierenden Eingangsanschluß, dem ein Bezugssignal
basierend auf der Versorgungsspannung zugeführt wird, wobei
der Vergleicher das Eingangssignal und das Bezugssignal ver
gleicht, um das Eingangssignal in ein Ausgangssignal des
Vergleichers umzuwandeln, welches an die Diagnoseeinrichtung
angelegt wird; sowie einen Transistor mit einer Basis und
einem Kollektor, dem die Versorgungsspannung über einen Wi
derstand zugeführt wird, wobei ein Ausgangssignal der Dia
gnoseeinrichtung, welches an die Basis angelegt wird, in ein
Signal umgewandelt wird, das an dem Kollektor auftritt und
an die elektronische Steuereinheit angelegt wird.
Das Diagnosesystem kann ferner Mittel zum Umschalten einer
Versorgungsspannung aufweisen, welche an die zweite Schnitt
stellenschaltung angelegt wird, und zwar zwischen einer er
sten Versorgungsspannung, welche an die elektronische Steu
ereinheit angelegt wird, und einer zweiten Versorgungsspan
nung, welche an die Diagnoseeinrichtung angelegt wird. Die
Schaltmittel können eine Drahtbrücke oder eine Verdrah
tungsstruktur zum Umschalten der Versorgungsspannung an der
Schnittstellenschaltung zwischen der ersten und der zweiten
Versorgungsspannung umfassen.
Das Diagnosesystem kann ferner ein Aufzeichnungsmedium auf
weisen, welches in der Speichereinrichtung vorgesehen ist,
um Diagnoseprogramme zu speichern, welche von der Diagnose
einrichtung ausgeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind
im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen mit weiteren Ein
zelheiten erörtert. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Diagnoseeinrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung, welche mit einer elek
tronischen Steuereinheit in einem Kraftfahrzeug ver
bunden ist;
Fig. 2 einen Schaltplan in Form eines Blockdiagramms der
elektronischen Steuereinheit und der Diagnoseein
richtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Schaltplan in Form eines Blockdiagramms der FPGA
45 von Fig. 2;
Fig. 4 einen Schaltplan der in Fig. 2 gezeigten Schnitt
stellenzelle 51;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs des
Datenaustausches und der Diagnose gemäß der ersten
Ausführungsform;
Fig. 6 einen Schaltplan in Form eines Blockdiagramms der
elektronischen Steuereinheit und der Diagnoseein
richtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs des
Datenaustausches und der Diagnose gemäß der zweiten
Ausführungsform, wobei nur die Teile dargestellt
sind, die sich von Fig. 5 unterscheiden.
Fig. 1 zeigt eine Frontplatte einer tragbaren Diagnoseein
richtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Diagno
seeinrichtung 100 ist mit einer elektronischen Steuereinheit
300 verbunden, welche für die Diagnose in einem Kraftfahr
zeug 200 installiert ist. An der Frontplatte sind ein Flüs
sigkristallbildschirm 30, eine Anzeigeeinrichtung 31 aus
lichtemittierenden Dioden und eine Tastatur 32 vorgesehen.
Eine Eingangs/Ausgangs-Verbindungseinrichtung 33 und ein
Leistungsschalter 35 sind oben an der Diagnoseeinrichtung
100 vorgesehen. Ein Adapterstück 34 erstreckt sich von der
Eingangs/Ausgangs-Verbindungseinrichtung 33. Eine Speicher
kassette 60 wird in den unteren Teil der Diagnoseeinrichtung
100 eingebracht. Die Kassette 60 wird später beschrieben.
Um einen Fehler zu diagnostizieren, welcher in der Steuer
einheit 300 auftritt, werden folgende Schritte durchgeführt:
zunächst wird das Adapterstück 34 mit einem Verbindungsele
ment 2a der Steuereinheit 300 verbunden; dann wird der Lei
stungsschalter 35 eingeschaltet; als drittes werden bestimm
te Tasten der Tastatur 32 eingegeben; und schließlich wird
die Diagnose ausgeführt, während die Anzeige des Anzeige
bildschirms 30 beobachtet wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen verwenden einen Maschinen
leitstand (engine control unit; ECU) 2, welcher als die
elektronische Steuereinheit 300 zu untersuchen ist, wie in
Fig. 2 gezeigt. Neben der Motorsteuerung, kann die elektro
nische Steuereinheit 300 für die folgenden Zwecke verwendet
werden: Steuerung der Leistungsübertragung eines Motors,
eines automatischen Getriebes und dergleichen; Steuerung des
Fahrzeugkörpers, wie der Klimaanlage und verschiedener In
formationsleitsysteme; Steuerung des Fahrzeugs, wie Steue
rung der Aufhängung, des Tempomats (auto-cruise) und der
gleichen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Motorsteuereinheit 2 ein Mi
krocomputer mit einem Spannungsregler 8, welcher vorgegebene
konstante Spannungen an die Schaltkreise und einen Treiber 9
liefert. Der Mikrocomputer umfaßt: eine CPU 3 als eine
Hauptrecheneinheit; ein ROM 4, welches vorgegebene Daten
speichert, z. B. ein Motorsteuerprogramm und verschiedene
Speicherabbildungen; ein RAM 5, welches Daten speichert, die
durch Verarbeiten von Ausgangssignalen unterschiedlicher
Sensoren erhalten werden; eine Eingangs/Ausgangs-Schnitt
stelle 7, an welche diese Ausgangssignale übergeben werden
und die Steuersignale an verschiedene Betätigungseinrichtun
gen liefert. Über Busse sind diese Komponenten miteinander
verbunden.
Im folgenden sind Datensignale angegeben, welche an die Ein
gangs/Ausgangs-Schnittstelle 7 angelegt werden: ein Kühltem
peratursignal TW, welches von einem Kühltemperatursensor 10
erzeugt wird; ein Mager/Fett-Signal λ, welches dem Luft-
Kraftstoff-Verhältnis entspricht und von einem Sauerstoff
sensor 11 erzeugt wird; ein Ansaugluftmengensignal Q, wel
ches von einem Ansaugluftsensor 12 erzeugt wird; ein EIN/-
AUS-Signal SWa eines Klimaanlagenschalters 13; ein Fahrzeug
geschwindigkeitssignal S, welches von einem
Geschwindigkeitssensor 14 erzeugt wird; ein EIN/AUS-Signal SW1 eines
Leerlaufschalters 15; ein Drosselsignal Tre, welches von
einem Drosselsensor 16 erzeugt wird, wobei das Signal Tre
angibt, wie die Drossel geöffnet oder geschlossen wird; ein
EIN/AUS-Signal SWn eines Neutralschalters 17; und ein Motor
drehzahlsignal N, welches von einem Motordrehzahlsensor 18
erzeugt wird.
Diese Datensignale werden von der CPU 3 verarbeitet und in
das RAM 5 eingeschrieben, um die Berechnungen der Größen zu
steuern. Die CPU 3 liest die Daten von dem RAM 5, um ver
schiedene Steuergrößen zu berechnen, wie eine Impulsbreite
für die Kraftstoffeinspritzung und einen Zündzeitpunkt. Die
CPU 3 erzeugt die Steuersignale, welche den Steuergrößen
entsprechen. Die Steuersignale werden zu vorgegebenen Zeit
punkten über die Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 7 an den
Treiber 9 geschickt.
Mit dem Treiber 9 sind folgende Komponenten verbunden: eine
Tanksteuereinrichtung 19 zum Steuern der Entnahme- oder Ent
leerungsmenge des Tanks; eine EGR-Betätigungseinrichtung 20
zum Steuern der EGR-Größe; eine Leerlaufsteuerungs-Betäti
gungseinrichtung 21 zum Steuern einer Leerlaufdrehzahl; eine
Zündspule 22 zum Liefern einer Hochspannung und Zünden der
Zündspule; und eine Einspritzeinrichtung 23 zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Motor. Der Treiber 9 treibt diese
Komponenten mit den Steuersignalen an, welche diesem über
die Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 7 zugeführt werden, um
den Motor in jedem Ansteuerbereich zu steuern.
Ebenfalls mit dem Treiber 9 ist eine Selbstdiagnose-Anzeige
einrichtung 24 verbunden, um Fehler anzuzeigen, wenn diese
von einer Selbstdiagnose-Funktion entdeckt werden. Die An
zeigeeinrichtung 24 weist eine Reihe von Lampen auf, welche
zu vorgegebenen Zeiten blinken oder auf eine bestimmte Weise
eingeschaltet werden. Diese Lichtanzeigen entsprechen den
Fehlercodes, welche aus dem ROM 4 ausgelesen werden und ih
rerseits den Fehlerbereichen entsprechen.
Das RAM 5 weist einen Backup-RAM auf, dem über einen Regler
8 eine Hilfsleistungsversorgung von einer Batterie VB zuge
führt wird, wenn die Hauptleistung ausfällt. Das Backup-RAM
speichert Werte, welches es durch Lernen, durch den Fehler
bereichen entsprechende Fehlercodes usw. erhält.
Die Diagnoseeinrichtung 100 kann in einer Reparaturwerkstatt
beispielsweise eines Autohändlers eingesetzt werden. Die
Diagnoseeinrichtung 100 weist eine Steuereinrichtung 36 (Mi
krocomputer) und einen Spannungsregler 37 auf. Mit dem Span
nungsregler 37 ist der Leistungsschalter 35 verbunden, der
ferner über das Adapterstück 34 an die Batterie VB ange
schlossen ist. Die herausnehmbare Speicherkassette 60 mit
einem ROM 61 wird über die Verbindungseinrichtung 38 in die
Steuereinrichtung 36 eingebracht.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Steu
ereinrichtung 36 eine CPU 40 als einen Hauptprozessor, ein
RAM 41, einen Zeitgeber 42 zum Erzeugen eines Synchronisie
rungssignals, Ein/Ausgangs-Schnittstellen 43 und 44 und eine
Kommunikationsschnittstelle (welche später beschrieben
wird). Über Busse sind diese Komponenten und das ROM 61 der
Speicherkassette 60 miteinander verbunden. Die Ausgangssi
gnale der Sensoren und Schalter der ECU 2 werden an die
Ein/Ausgangs-Schnittstelle 43 über die Eingangs/Ausgangs-
Schnittstelle 7 übergeben. Abhängig von den Ausgangssignalen
erzeugt die Ein/Ausgangs-Schnittstelle 43 Signale zum Ein
schalten der LEDs der Anzeigeeinrichtung 31. Die LEDs zeigen
EIN- oder AUS-Zustände der Sensoren und Schalter an. Eine
Tasteneingabe auf der Tastatur 32 erzeugt Signale, welche an
die Ein/Ausgangs-Schnittstelle 44 geliefert werden. Die
Schnittstelle 44 erzeugt Signale, welche an den Anzeigebild
schirm 30 geliefert werden.
Die vorliegende Erfindung verwendet einen vom Anwender pro
grammierbaren Universalschaltkreis (feld-programmierbare
Gateanordnung; FPGA) 45 als die Übertragungs- oder Kommuni
kationsschnittstelle. Die FPGA 45 ist eine integrierte Halb
leiterschaltung mit umprogrammierbaren logischen Funktionen.
Diese Funktionen können vor Ort neu programmiert werden,
indem Designinformation verwendet wird, welche für einen
Kommunikationsprotokoll der ECU 2 gilt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die FPGA 45 folgende Merkmale
auf: einen Speicher 46, welcher den programmierten Inhalt
speichert; Makrozellen 47, deren logische Funktionen vom
Inhalt des Speichers 46 abhängig sind; einen logischen Ver
drahtungsblock 48, welcher die Makrozellen 47 mit Daten von
dem Speicher 46 verbindet; einen Ein/Ausgangs-Verdrahtungs
block 49, über den die Makrozellen 47 externe Eingangs- und
Ausgangssignal annehmen können; und eine systeminterne Pro
grammiereinrichtung 50 zum Verwalten des Speichers 46. Der
Speicher 46 ist entweder ein flüchtiger Speicher des SRAM-
Typs oder ein nicht flüchtiger Speicher des EEPROM-Typs,
dessen Daten elektrisch löschbar sind.
Mit der FPGA 45 sind an ihrem Eingang und an ihrem Ausgang
eine Vielzahl von Schnittstellenzellen 51 verbunden, von
denen eine in Fig. 4 gezeigt ist. Die Schnittstellenzellen
51 werden als eine Schnittstelle zum Einstellen der Signal
pegel, welche von der CPU 40 verarbeitet werden, auf Signal
pegel für das in einem Kraftfahrzeug installierte Steuersy
stem verwendet. Zwischen dem Steuersystem des Kraftfahrzeugs
und der Diagnoseeinrichtung 100 kann über die Schnittstel
lenzellen 51 ein Datenaustausch stattfinden. Dies ist selbst
dann möglich, wenn das in dem Kraftfahrzeug installierte
Steuersystem und die Diagnoseeinrichtung 100 unterschiedli
che Versorgungsspannungen haben.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weist eine Schnittstellenzelle 51
einen Vergleicher 52 mit offenem Kollektor und einen NPN-
Transistor 53 in Emitterschaltung auf. Der Vergleicher 52
wird mit einem Strom und einer Spannung über einen großen
Bereich angesteuert, dessen niedriger und hoher Wert über
die von der Batterie VB (Fig. 2) vorgesehene Spannung hin
ausgehen, z. B. von 4 bis 16 Volt. Eine Spannung Vcc des
Steuersystems in dem Kraftfahrzeug wird an den Vergleicher
52 geliefert.
Ferner wird als der Vergleicher 52 ein Schmitt-Vergleicher
mit Hysterese mit einem Rückführwiderstand RF verwendet. An
seinen nicht invertierenden Eingangsanschluß wird über einen
Widerstand R3 eine Bezugsspannung angelegt. Die Bezugsspan
nung wird erhalten, indem die Spannung Vcc des Steuersystems
mit den Widerständen R1 und R2 geteilt wird. An seinen in
vertierenden Eingangsanschluß wird ein Signal Ty von dem in
dem Kraftfahrzeug installierten Steuersystem über den Wider
stand R5 angelegt. Das Signal Ty wird über den Widerstand R4
mit der Spannung Vcc "hochgezogen" (Pull-up). Ein offener
Kollektorausgang des Vergleichers 52 wird, wie in Fig. 3
gezeigt, als ein Signal Rx an die FPGA 45 der Diagnoseein
richtung 100 geliefert.
Ein von der FPGA 45 gesendetes Signal Tx wird über Wider
stände R7 und R8 an die Basis des Transistors 53 angelegt.
Dies bewirkt, daß das Signal Ty, welches über den Widerstand
R4 mit der Spannung Vcc "hochgezogen" wird, über den Wider
stand R6 in den Kollektor des Transistors 53 fließt. Daraus
ergibt sich, daß das Signal Tx von der FPGA 45 als das Si
gnal Ty in das Steuersystem des Kraftfahrzeugs geht.
Eine Spannung von 5 Volt wird von dem Spannungsregler 37 an
das Steuersystem der Diagnoseeinrichtung 100 geliefert. Die
se Spannung wird in üblichen digitalen Schaltungen verwen
det. Die meisten Steuersysteme für Kraftfahrzeuge setzen
ebenfalls eine Spannung von 5 Volt als Vcc ein. Einige Steu
ersysteme von Kraftfahrzeugen verwenden jedoch eine Spannung
von 12 Volt, die der Batteriespannung VB entspricht. Für
eine derartige Spannung weist die Diagnoseeinrichtung 100
zwei Speiseleitungen 62 und 63 auf, die in Fig. 2 gezeigt
sind. Die Speiseleitung 62 überträgt eine Spannung von 12
Volt von der Batterie VB. Die Speiseleitung 63 überträgt
eine Spannung von 5 Volt von dem Spannungsregler 37. Beide
Leitungen sind über die Verbindungseinrichtung 38 mit der
Speicherkassette 60 verbunden.
Die Speicherkassette 60 soll die Diagnoseeinrichtung 100 für
den allgemeinen Gebrauch flexibel machen oder für unter
schiedliche Diagnosegegenstände, Fahrzeugarten, Kommunika
tionsprotokolle und dergleichen einsetzbar machen. Zu diesem
Zweck speichert das ROM 61 ein Diagnose-Startprogramm (Boot-
Programm) für die CPU 40, ein Diagnoseprogramm für die elek
tronische Steuereinheit (ECU) 2 eines speziellen Kraftfahr
zeuges und logische Daten für die Neuprogrammierung der FPGA
45. Das ROM 61 muß nicht notwendigerweise das Boot-Programm
speichern. In der Steuereinrichtung 36 kann auch ein Nurle
sespeicher (ROM) vorgesehen sein, in dem das Bootprogramm
gespeichert ist.
Die Speicherkassette 60 weist ferner einen Schalter 64 zum
Umschalten der Speiseleitungen 62 (12 V) und 63 (5 V) auf.
Die Eingangs- und Ausgangs-Signalleitungen der Schnittstel
lenzellen 51 sind, wie in Fig. 4 gezeigt, mit der Speicher
kassette 60 verbunden.
Neben den Speiseleitungen 62 (12 V) und 63 (5 V) ist mit dem
Schalter 64 eine Speiseleitung 65 verbunden, welche die
Spannung Vcc des Steuersystems in dem Kraftfahrzeug zu den
Schnittstellenzellen 51 überträgt. Der Schalter 64 schaltet
die Speiseleitungen 62 und 63 mit einer Verdrahtungsstruktur
oder einer Drahtbrücke um, um den Spannungspegel des Steu
ersystems in dem Kraftfahrzeug anzupassen. Die geschaltete
Spannung wird über die Speiseleitung 65 an die Schnittstel
lenzellen 51 geführt.
Fig. 2 zeigt den Fall, daß das Steuersystem in dem Kraft
fahrzeug eine Spannung von 12 Volt als die Versorgungsspan
nung verwendet. Die Speiseleitung 62 ist über den Schalter
64 mit der Speiseleitung 65 verbunden. Die Speiseleitung 62
kann über den Schalter 35 mit einer Speiseleitung des Span
nungsreglers 8 verbunden werden, wenn die ECU 2 eine Span
nung von 8 Volt oder eine andere als die Versorgungsspannung
verwendet. Die Diagnoseeinrichtung 100 ist für jedes Steuer
system, welches in einem Kraftfahrzeug installiert ist, an
wendbar, wenn eine Versorgungsspannung des Steuersystems
innerhalb einem Betriebsspannungsbereich der Schnittstellen
zellen 51 liegt.
Um Fehler zu diagnostizieren, wird die Speicherkassette 60
mit dem ROM 61 in die Diagnoseeinrichtung 100 eingebracht.
Das ROM 61 speichert das Diagnoseprogramm für die Motorsteu
ereinheit (ECU) 2 eines bestimmten Kraftfahrzeuges und be
stimmter Designdaten. Die Diagnoseeinrichtung 100 wird in
itialisiert, und die in dem ROM 61 gespeicherten Designdaten
werden zu der FPGA 45 übertragen. Die FPGA 45 wird mit den
Designdaten neu programmiert, so daß sie für das Diagnose
programm und das Kommunikationsprotokoll für die ECU 2 des
Kraftfahrzeugs 200 einsetzbar ist. Auf diese Weise wird die
Kommunikation zwischen der ECU 2 und der FPGA 45 möglich.
Das in Fig. 5 gezeigte Flußdiagramm beschreibt den Ablauf
des Diagnosebetriebs mit der Diagnoseeinrichtung 100.
Um das Verfahren durchzuführen wird: zuerst die Diagnose
einrichtung 100 mit der Speicherkassette 60 über das
Adapterstück 34 mit der ECU 2 verbunden; und dann wird der
Leistungsschalter 35 eingeschaltet, um die CPU 40 zurückzu
setzen, welche das gesamte System der Diagnoseeinrichtung
100 bestimmt. Auf diese Weise wird das gesamte System
initialisiert (Schritt S101).
Die Initialisierung schaltet den Programmierungsmodus der
FPGA 45 im Schritt S102 ein. In dem Fall, daß der Speicher
46 (Fig. 3) der FPGA 45 ein EEPROM ist, müssen dessen Daten
zuvor gelöscht werden. Im Schritt S103 werden die Designda
ten zum Bilden der Kommunikationsschnittstelle, welche für
das Kommunikationsprotokoll der ECU 2 anwendbar ist, aus dem
ROM 61 der Speicherkassette 60 gelesen. Die Designdaten wer
den zu der FPGA 45 übertragen.
Im Schritt S104 wird überprüft, ob die Übertragung aller
Designdaten abgeschlossen ist. Wenn sie nicht abgeschlossen
ist, wird die Datenaustausch im Schritt S103 fortgesetzt.
Wenn sie abgeschlossen ist, wird der Programmierungsmodus
der FPGA 45 im Schritt S105 abgeschaltet.
In der FPGA 45, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, bestimmt die
systemeigene Programmiereinrichtung 50 die logischen Funk
tionen der Makrozellen 47. Diese Entscheidung wird nach Maß
gabe der Designdaten gefällt, welche in dem Speicher 46 ge
speichert sind, wenn der Programmiermodus EIN-geschaltet
ist. Ferner werden der logische Verdrahtungsblock 48 und der
Eingangs/Ausgangs-Verdrahtungsblock 49 mit der Verbindungs
information miteinander verbunden. Wenn der Datenaustausch
abgeschlossen ist, bildet die FPGA 45 die Kommunikations
schnittstelle, welche für das Kommunikationsprotokoll der
ECU 2 verwendbar ist. Die FPGA 45 wird dann aktiv, so daß
die Kommunikation zwischen der CPU 40 und der ECU 2 möglich
ist, wenn der Programmiermodus AUS-geschaltet ist.
Im Schritt S106 überträgt die FPGA 45 eine Antwortanforde
rung an die ECU 2 gemäß dem Kommunikationsprotokoll der ECU
2. Die Schnittstellenzellen 51 wandeln die Antwortanforde
rung in ein Signal von 12 Volt um, welches zu einem Signal
pegel des Steuersystems der ECU 2 paßt, und übertragen es.
Das Verfahren geht zum Schritt S107 in einen Antwort-Warte
modus. Die ECU 2 empfängt das Antwort-Anforderungssignal von
12 Volt und überträgt die Antwortdaten. Die Antwortdaten
werden von den Schnittstellenzellen 51 in ein Signal von 5
Volt umgewandelt. Das umgewandelte Signal wird dann über
Busleitungen an die FPGA 45 und die CPU 40 weitergeleitet.
Wenn die CPU 40 im Schritt S107 die Antwort empfängt, führt
die CPU 40 im-Schritt S108 ein Diagnoseprogramm aus. Während
dieses Programm läuft, wird eine Nachricht auf dem Anzeige
bildschirm 30 angezeigt, welche angibt, daß die Diagnose nun
beginnen kann, und das System geht in einen Tastatureingabe-
Wartemodus.
Um beispielsweise eine Batteriespannung zu überprüfen, gibt
eine Bedingungsperson die Batteriespannungs-Diagnosemodus-
Tasten, z. B. "F", "0", "1" und "ENT", auf der Tastatur 32
ein. Dieser Diagnosemodus wird von der CPU 40 interpretiert,
welche Batteriespannungsdaten über die FPGA 45 von der ECU 2
anfordert.
Abhängig von dieser Anfrage sucht die ECU 2 eine Adresse in
dem RAM 5, welche der Anfrage entspricht, um Daten auszule
sen. Diese Daten werden zu der Diagnoseeinrichtung 100 über
tragen.
Bei Empfang führt die Diagnoseeinrichtung 100 eine Datenver
arbeitung durch, z. B. eine binär-dezimale Umwandlung. Das
verarbeitete Ergebnis wird auf dem Bildschirm 30 angezeigt.
Die Bedienungsperson überprüft die Batteriespannung über die
Anzeige und fährt nach Bedarf mit der Diagnose weiterer
Punkte fort, indem sie entsprechende Tasten eingibt.
Wie oben beschrieben, kann die Diagnoseeinrichtung gemäß der
ersten Ausführungsform für jede Art von elektronischer Steu
ereinheit verwendet werden. Die elektronischen Steuereinhei
ten können verschiedene Kommunikationsprotokolle mit unter
schiedlichen Datenformaten, Sende- und Empfangszeiten und
dergleichen und mit abweichenden Signalpegeln haben. Es müs
sen also keine weiteren Diagnosemittel mit unterschiedlicher
Hardware für die Kommunikationsprotokolle und Signalpegel
der elektronischen Steuereinheiten vorgesehen werden. Daraus
ergibt sich ein sehr effizienter Diagnosebetrieb.
Die Designdaten für die FPGA 45 müssen nicht notwendigerwei
se in dem RAM 61 der Speicherkassette 60 gespeichert sein.
Diese Daten können durch eine Modifikation des Bootprogramms
der CPU 40 von einem externen Rechner in die FPGA 45 geladen
werden.
Im folgenden ist die zweite bevorzugte Ausführungsform des
Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie in Fig. 6 gezeigt, weist die Diagnoseeinrichtung 100a
einen Schalter 70 zum Umschalten der Speiseleitungen 62
(12 V) und 63 (5 V) und zum Verbinden der geschalteten Lei
tungen mit einer weiteren Speiseleitung auf. Der in der Dia
gnoseeinrichtung 100a vorgesehene Schalter 70 entspricht dem
Schalter 64 der Speicherkassette 60 in der ersten Ausfüh
rungsform. Andere Komponenten der Diagnoseeinrichtung 100a
sind genauso wie in der Diagnoseeinrichtung 100 von Fig. 2
ausgebildet.
Bei der zweiten Ausführungsform weist das Steuersystem der
Diagnoseeinrichtung 100a eine Versorgungsspannung von 5 Volt
auf, und das Steuersystem der ECU 2 hat eine Versorgungs
spannung von entweder 5 oder 12 Volt. Die Speiseleitung 62
(12 V) wird über den Schalter 35 mit einer Speiseleitung
verbunden, die mit dem Spannungsregler 8 der ECU 2 verbunden
ist. Diese Verbindung wird hergestellt, wenn die Versor
gungsspannung auf der Seite der ECU 2′ nicht 12 Volt ist.
Eine Steuereinrichtung 36a der Diagnoseeinrichtung 100a
weist ein Relais mit zwei Schaltkreisen als den Schalter 70
auf, siehe Fig. 6. Die beiden Schaltkreise sind getrennt an
ihren Kontakten mit den Speiseleitungen 62 (12 V) und 63
(5 V) verbunden. Die beiden anderen Kontakte der
Schaltkreise sind mit einer Speiseleitung 65 der Schnitt
stellenzellen 51 verbunden. Eine Relaisspule des Relais 70
ist mit ihrem einen Ende mit der Speiseleitung 63 (12 V)
verbunden. Die Relaisspule ist ferner mit ihrem anderen Ende
mit der Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 43 verbunden. Das
Relais 70 wird abhängig von dem Signalpegel des Kommunika
tionssystems in dem Kraftfahrzeug geschaltet, um eine der
Speiseleitungen 62 (12 V) und 63 (5 V) mit der Speiseleitung
65 der Schnittstellenzellen 51 zu verbinden.
Zu diesem Zweck speichert ein ROM 61a einer Speicherkassette
60a verschiedene Programme für eine CPU 40a und die FPGA 45.
Die Programme für die CPU 40a sind ein Diagnose-Startpro
gramm (Boot-Programm), ein Diagnoseprogramm für die ECU 2
eines bestimmten Kraftfahrzeuges usw. Das ROM 61a speichert
ferner Daten bezüglich einer Versorgungsspannung, welche an
das in dem Kraftfahrzeug installierte Steuersystem geliefert
wird.
Das in Fig. 7 gezeigte Flußdiagramm zeigt den Ablauf des
Datenaustauschs und der Diagnose gemäß der zweiten Ausfüh
rungsform. Fig. 7 zeigt nur einen Teil des Ablaufes, welcher
die Schritte S110 bis S114 umfaßt. Die Schritte S110 und
S114 entsprechen jeweils den Schritten S101 bzw. S102 in
Fig. 5. Weitere Teile (nicht gezeigt) des Ablaufes nach dem
Schritt S114 sind in der zweiten Ausführungsform genau so
wie die Schritte nach dem Schritt S102 in Fig. 5. Der Ablauf
ist in Fig. 7 ferner für den Fall gezeigt, daß die Speise
leitung 63 (5 V) mit der Speiseleitung 65 der Schnittstel
lenzellen 51 verbunden worden ist, wie in Fig. 6 gezeigt.
Im Schritt S110 wird das System initialisiert. Dann werden
im Schritt S111 Daten bezüglich einer Versorgungsspannung
der ECU 2 in dem Kraftfahrzeug 200 aus dem ROM 61a der Spei
cherkassette 60a ausgelesen. Im Schritt S112 wird überprüft,
ob die Versorgungsspannung 12 Volt oder 5 Volt ist.
Der Ablauf geht zu dem Schritt S113 weiter, wenn die Versor
gungsspannung 12 Volt ist. Das Relais 70 wird im Schritt
S113 angeregt, um die Speiseleitung 63 (5 V) abzutrennen und
die Speiseleitung 62 (12 V) mit der Speiseleitung 65 der
Schnittstellenzellen 51 zu verbinden. Dann beginnt im
Schritt S114 die Neuprogrammierung der FPGA 45.
Das Relais 70 bleibt im Schritt S112 nicht angeregt, wenn
die Versorgungsspannung 5 Volt ist. Die Speiseleitung 63
(5 V) wurde mit der Speiseleitung 65 der Schnittstellenzel
len 51 verbunden. Der Ablauf geht dann zum Schritt S114 wei
ter, um die Neuprogrammierung der FPGA 45 auszulösen. Der
Ablauf nach dem Schritt S114 ist dergleiche wie der in Fig.
5 nach dem Schritt S102 gezeigte Ablauf.
Wie oben beschrieben, kann auch die Diagnoseeinrichtung ge
mäß der zweiten Ausführungsform für jede elektronische Steu
ereinheit verwendet werden. Die elektronischen Steuereinhei
ten können unterschiedliche Kommunikationsprotokolle mit
verschiedenen Datenformaten, Sende- und Empfangszeiten usw.
sowie unterschiedliche Signalpegel haben. Die Diagnoseein
richtung muß nicht mit einer unterschiedlichen Hardware für
die Kommunikationsprotokolle und Signalpegel der elektroni
schen Steuereinheit ausgestattet werden. Dadurch werden ein
sehr effizienter Diagnosebetrieb und geringere Kosten für
die Herstellung der Diagnoseeinrichtung und den Diagnosebe
trieb erzielt.
Während hier die momentan bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist
zu beachten, daß diese Offenbarung nur dem Zwecke der Erläu
terung dient und daß verschiedene Änderungen und Modifika
tionen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Er
findung gemäß den folgenden Ansprüchen zu verlassen.
Claims (6)
1. Diagnosesystem für ein Kraftfahrzeug, das mehrere Sen
soren (10-18) zum Erfassen der Betriebsbedingungen des
Fahrzeuges und zum Erzeugen von Fahrzeugbetriebssigna
len, eine elektronische Steuereinheit (2) zum Steuern
des Fahrzeuges und zum Erzeugen von Steuersignaien,
welche auf die Fahrzeugbetriebssignale anspricht, und
mehrere Betätigungseinrichtungen (19-23) und Anzeige
mittel (24), welche auf die Steuersignale ansprechen,
aufweist, um das Fahrzeug abhängig von den Betriebsbe
dingungen optimal zu steuern, bei dem das System Daten
in der elektronischen Steuereinheit (2) aus
liest, die Daten überträgt und eine Diagnoseeinrichtung
(100) aufweist, welche auf die Steuersignale anspricht,
um die elektronische Steuereinheit durch Vergleichen
der übertragenen Daten mit in einem Speicher ge
speicherten normalen Daten zu diagnostizieren, und eine
Speichereinrichtung (60) aufweist, welche von der Dia
gnoseeinrichtung trennbar ist, um verschiedene Diagno
seprogramme und Kommunikationsprotokolle zu speichern,
mit folgenden Merkmalen:
einer ersten Schnittstellenschaltung, die in der Speichereinrichtung (60) vorgesehen ist und mit der elektronischen Steuereinheit (2) verbindbar ist, um eine logische Funktion, welche jedem Steuersignal ent spricht, anzupassen und ein Kommunikationssignal zu erzeugen,
Speichermitteln zum Speichern unterschiedlicher Arten von logischen Programmen,
einer systeminternen Programmiereinrichtung (50), wel che auf die Kommunikationssignale anspricht, zum Steu ern der Speichermittel (61) durch Umprogrammieren logi scher Funktionen der ersten Schaltung mit Designinfor mation, um den Zustand des Fahrzeugs bei hoher Ge schwindigkeit richtig zu diagnostizieren, ohne die Speichereinrichtung (60) für unterschiedliche Arten von elektronischen Steuereinheiten (2) zu verändern, und
einer zweiten Schnittstellenschaltung, die zwischen den Speichermitteln und der Speichereinrichtung angeordnet ist, um Pegel der von und zu der elektronischen Steuer einheit gesendeten Ein- und Ausgangssignale in Signal pegel umzuwandeln, die zu anderen Signalpegeln in der elektronischen Steuereinheit passen.
einer ersten Schnittstellenschaltung, die in der Speichereinrichtung (60) vorgesehen ist und mit der elektronischen Steuereinheit (2) verbindbar ist, um eine logische Funktion, welche jedem Steuersignal ent spricht, anzupassen und ein Kommunikationssignal zu erzeugen,
Speichermitteln zum Speichern unterschiedlicher Arten von logischen Programmen,
einer systeminternen Programmiereinrichtung (50), wel che auf die Kommunikationssignale anspricht, zum Steu ern der Speichermittel (61) durch Umprogrammieren logi scher Funktionen der ersten Schaltung mit Designinfor mation, um den Zustand des Fahrzeugs bei hoher Ge schwindigkeit richtig zu diagnostizieren, ohne die Speichereinrichtung (60) für unterschiedliche Arten von elektronischen Steuereinheiten (2) zu verändern, und
einer zweiten Schnittstellenschaltung, die zwischen den Speichermitteln und der Speichereinrichtung angeordnet ist, um Pegel der von und zu der elektronischen Steuer einheit gesendeten Ein- und Ausgangssignale in Signal pegel umzuwandeln, die zu anderen Signalpegeln in der elektronischen Steuereinheit passen.
2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch
einen Vergleicher (52) mit einem invertierenden Ein
gangsanschluß, an den ein von der elektronischen Steu
ereinheit gesendetes Eingangssignal angelegt wird und
der mit einer an die elektronische Steuereinheit (2)
gelieferten Versorgungsspannung auf einen hohen Pegel
gelegt wird, und mit einem nicht invertierenden Ein
gangsanschluß, dem basierend auf der Versorgungsspan
nung ein Bezugssignal zugeführt wird, wobei der Ver
gleicher (52) das Eingangssignal und das Bezugssignal
vergleicht, um das Eingangssignal in ein Ausgangssignal
des Vergleichers umzuwandeln, welches an die Diagnose
einrichtung (100) angelegt wird, und
einen Transistor (53) mit einer Basis und einem Kollek
tor, dem die Versorgungsspannung über einen Widerstand
zugeführt wird, wobei ein Ausgangssignal der Diagnose
einrichtung, welches an die Basis angelegt wird, in ein
Signal umgewandelt wird, welches an dem Kollektor auf
tritt und an die elektronische Steuereinheit (2) ange
legt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich
net durch Mittel (70) zum Umschalten der zweiten
Schnittstellenschaltung zwischen einer ersten Versor
gungsspannung, welche an die elektronische Steuerein
heit (2) abgegeben wird, und einer zweiten Versorgungs
spannung, welche an die Diagnoseeinrichtung (100) abge
geben wird.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Schaltmittel (70) eine Drahtbrücke zum
Umschalten der Versorgungsspannung für die zweite
Schnittstellenschaltung zwischen der ersten und der
zweiten Versorgungsspannung aufweist.
5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Schaltungsmittel (70) eine Verdrahtungs
struktur zum Umschalten der Versorgungsspannung, welche
an die zweite Schnittstellenschaltung abgegeben wird,
zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsspannung
aufweist.
6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Speichereinrich
tung (60) eine Speicherkassette mit einem Aufzeich
nungsmedium zum Speichern der Diagnoseprogramme für die
Diagnoseeinrichtung (100) aufweist.
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