JP2988529B2

JP2988529B2 - 故障診断装置

Info

Publication number: JP2988529B2
Application number: JP2185687A
Authority: JP
Inventors: 博夫森上; 照久井上
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JPH0472937A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、共通の信号伝送路に接続されたノード間で
データ伝送を行うデータ伝送システムに関し、特にデー
タ伝送システムの故障を検知する故障診断装置に関す
る。

（従来の技術）従来、この種の故障診断装置を用いたデータ伝送シス
テムには、CSMA/CD（Carrier Sence Multiple Access/C
ollision Detection）を用いたLAN（Local Area Networ
k）がある。例えばその代表的なものに自動車内のデー
タ伝送に用いられるPALMNET（Protocol for Automotive
Low and Mediumspeed Network）等があり、上記データ
伝送システムは、複数のノード間でツイストペア電線等
の共通の信号伝送路（データバス）を介して時分割多重
通信により、データ伝送を行っている。

ところで、このようなシステムでは、送信元ノードの
送信機能が故障した場合やネットワーク上に１個以上設
けられ、データバスの電位を設定するバイアス回路のい
ずれかが欠陥であった場合に、一方のデータバスの信号
の振幅は、通常の信号振幅範囲よりも大きく又は小さく
なる。

そこで、従来の故障診断装置では、データバス上の信
号を取り込んでその振幅を検出し、該信号振幅に基づい
て故障の発生を診断していた。

（発明が解決しょうとする課題）しかしながら、上述したシステムでは、信号の衝突が
生じた場合、例えば第９図（ａ）に示すような、ネット
ワーク内で予め設定されている優先度の高い信号と、第
９図（ｂ）に示すような、優先度の低い信号とが衝突し
た場合には、信号伝送路上の信号電流が増加し、これに
伴って第９図（ｃ）に示すように、優先度の低い信号の
送信が中止されるまで、信号振幅も増大することとな
り、故障診断装置は、信号振幅を検出する位置を特定し
ないと、正常なデータ伝送が可能であるにもかかわら
ず、上記増大した信号振幅に基づき故障と診断してしま
うという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、
データバス上で信号の衝突が生じた場合でも、正確な故
障診断を行うことができる故障診断装置を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明では少なくとも２
つのノード間に介在してデータ伝送を行う信号伝送路と
接続され、前記信号伝送路から入力する信号の振幅に応
じて故障を検知する故障診断装置において、前記信号伝
送路のデータ伝送を監視し、前記信号のフレーム中の信
号衝突による競合領域よりも後部で、前記信号伝送路の
信号を取り込む信号取込手段と、それぞれ異なる信号振
幅の閾値が設定され、当該閾値と前記取り込まれた信号
の振幅とを比較する振幅比較手段と、該振幅比較手段の
比較結果に応じて故障を検知する故障検知手段とを具え
た故障診断装置が提供される。

（作用）信号伝送路を伝送するデータを監視し、そのフレーム
の後半部で信号を取り込み、その信号の振幅と基準とな
る信号振幅の閾値とを比較する。

従って、信号の衝突が発生した場合でも、フレーム中
の競合領域よりも後部で信号の振幅を検出して故障の診
断を行うことができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図乃至第８図の図面に基
づき詳細に説明する。

第１図には、本発明の一実施例としての多重伝送シス
テムの故障診断装置が示されている。この実施例は本発
明の故障診断装置を、車両用の多重伝送システムの故障
診断装置として用いたものである。この多重伝送システ
ムは、バス形態の分散型自動車用LANであり、各ノード
に送信すべきメッセージがあるときのみ伝送路の使用権
を割り付けるコンテンション方式等の非同期時分割多重
を採用しており、アクセス制御方式（多重方式）として
はCSMA/CD方式を採用している。また、第２図のよう
に、PWM符号とビット・フイズ・アービトレーションを
採用しており、データの衝突が生じた場合は、第９図に
示すように、優先度の高いデータのみが生り残り、送信
が続行される。第１図において、１は２本の信号線（ま
たはバス）11と12からなる平衡型バス伝送路であり、各
バス11,12はそれぞれバイアス抵抗回路R₂₁とR₂₂、およ
びR₂₃とR₂₄によって所定電圧レベルにバイアスされてい
る。２は故障診断装置、３〜５は通信ノードであり、３
〜５はそれぞれバスインターフェース部31,41,51を介し
て伝送路１に対しての伝送信号のアクセスを行うように
構成されている。

第３図にはバスインターフェース部21の構成例が示さ
れる。図示の如く、送信部は、伝送路１のバス11と12を
用いて伝送信号を送出する差動ドライバ回路211で構成
され、この差動ドライバ回路211は伝送する信号の極性
がバス11と12とで反転されるようにして送信を行ってい
る。

すなわち、差動ドライバ回路211は、バス11に対して
は、バイアス抵抗回路R₂₁とR₂₂で定められる一定バイア
ス電圧レベルV₁₁を基準にしてPWMディジタル信号を送信
し、一方、バス12に対してはバイアス抵抗回路R₂₃とR₂₄
で定められる一定バイアス電圧レベルV₁₂を基準にして
上記のPWMディジタル信号を反転させた信号を送信す
る。

受信部は伝送路１からの受信信号の直流バイアス分を
カットするAC結合部212と、AC結合部212の出力を増幅す
る差動増幅器213と、所定のしきい値電圧V_thと比較して
出力信号を通信用IC24に出力するコンパレータ215とを
含み構成される。

このコンパレータ215は、差動増幅器213で伝送路１か
ら受信される受信信号の信号振幅が、後述するように故
障等により小さくなった場合にもその信号振幅が所定値
V_th以上であればこれを一定の電圧レベルのディジタル
信号に再び変換し直して通信用IC24側に送り、それによ
り通信用IC24が誤りなく受信信号を読み込めるようにす
るものである。

第４図にはバスインターフェース部21の受信部の一層
詳細な電気回路の構成例が示される。図示のごとく、こ
の実施例はコンデンサC₃、C₄による4C結合回路212を用
いた平衡型伝送システムのバスインターフェース部回路
であり、異常時にバス11及びバス12のうちの一方のバス
信号が来ない場合でも他方のバス信号のみでデータ受信
されるように構成されている。

図において、抵抗R₁₁及びコンデンサC₅と抵抗R₁₂及び
コンデンサC₆とは夫々バス信号の高周波成分をカットす
るフィルタを構成している。ダイオードD₈はバス信号パ
ルスのデューティ比による直流成分の変動を防止すると
共にその順方向電圧V_DFで受信回路の差動受信感度を設
定している。ダイオードD₉はバス信号の正サージ及び負
サージを吸収してコンパレータ215の入力端子を保護す
るものである。抵抗R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆及びR₁₈はコン
パレータ215の差動受信感度を設定及びヒステリシスの
設定を行う。

トランジスタTr₃のベース電圧とエミッタ電圧とは常
にほぼベースエミッタ間電圧V_BEだけシフトしており、
またエミッタホロワ回路に接続されているのでトランジ
スタTr₃のベース側の入力インピーダンスは高く、信号
伝送速度も十分に高速である。そのため、トランジスタ
Tr₃が平衡型伝送路の一方の伝送路だけに挿入されても
受信信号の時間的平衡度もバスインターフェース受信回
路のインピーダンスのバランスも失われることはない。

トランジスタTr₃のエミッタホロワ回路は、コンパレ
ータ215の反転入力端子（−）が負側にふれることを阻
止する働きもしている。これは、トランジスタTr₃をバ
スインターフェース受信回路に挿入することにより、ベ
ースにトランジスタTr₃のコレクタ開放時のベースエミ
ッタ間電圧V_BE以下の負電圧が入力されてもトランジス
タTr₃はオフ状態になり、コンパレータ215の反転入力端
子はアース以下の電圧にならないためである。ダイオー
ドD₁₀はトランジスタTr₃のベースから入る正のサージ電
圧がコレクタへ抜けて電源に乗ることを阻止するための
ものである。

すなわち、第５図にはバス11上での信号波形がまた第
６図にはバス12上での信号波形がそれぞれ示されてい
る。各図において、（ａ）は正常時、（ｂ）及び（ｃ）
は送信元ノードのバスインターフェース部が故障したと
きの信号波形である。故障時の信号振幅値の関係はそれ
ぞれ次のようになる。

v₁＞v₂＞v₃ v₄＞v₅＞v₆ 第７図は、本発明に係る故障診断装置の構成を示すブ
ロック図である。図において、データバス10に接続され
ているタイミング発生回路61は、上記バス11及び12の状
態を監視し、バス11及び12上の信号フレームのスタート
ビットであるSOM（第９図参照）を検出して、第８図
（ｂ）に示すように、上記１フレームの後半部分でパル
スをスイッチ回路62,63に出力している。

スイッチ回路62,63は、タイミング発生回路61によっ
てオン／オフ制御されており、タイミング発生回路61か
ら上記パルスが出力されると、スイッチ回路62,63はタ
イミング発生回路61の制御に応じてオンになってバス11
とサンプルホールド回路64と、バス12とサンプルホール
ド回路65とを接続する。例えば、タイミング発生回路61
がバス11上の信号フレームのSOMを検出した場合には、
スイッチ回路62がオンに、またバス12上の信号フレーム
のSOMを検出した場合には、スイッチ回路63がオンにさ
れる。

サンプルホールド回路64,65は、スイッチ回路62,63が
オンになると、バス11,12から信号を取り込み、上記信
号の信号振幅をサンプルホールドして、コンパレータ等
の比較回路66〜69に出力している。

比較回路66〜69は、各信号の信号振幅と基準電圧とを
比較するもので、比較回路66,68及び67,69の一方の入力
端子には、図示しない基準電圧発生部からの信号振幅の
上限を示す基準電圧Vref1及び信号振幅の下限を示す基
準電圧Vref2がそれぞれ入力しており、他方の入力端子
に入力する信号の信号振幅（電圧）と比較し、その結果
を制御回路（CPU）70に出力している。実施例では、比
較回路66,68には、＋側の入力端子にサンプルホールド
された信号の信号振幅が、−側の入力端子に基準電圧Vr
ef1が、入力しており、信号振幅が基準電圧Vref1より低
い場合には、例えばローレベルの信号を出力している。
また、比較回路67,69には、＋側の入力端子に基準電圧V
ref2が、−側の入力端子にサンプルホールドされた信号
の信号振幅が、入力しており、信号振幅が基準電圧Vref
2より高い場合には、例えばローレベルの信号を出力し
ている。

CPU70は、比較回路66〜69から入力する比較結果であ
る出力信号に基づいて故障診断を行い、故障の発生を検
知している。

表示装置71は、CPU70の制御によって表示動作を行っ
ており、CPU70からの診断結果等のデータを表示画面上
に表示している。

次に、本発明に係る故障診断装置の故障診断の動作に
ついて説明する。

まず、タイミング発生回路61は、バス11上のデータフ
レームのSOMを検出すると、第９図（ａ）に示すよう
に、信号の衝突が発生してもその際に起こる信号振幅の
変動を回避できる上記１フレームの後半部分の所定タン
ミングで所定パルス幅のパルスをスイッチ回路62に出力
し、上記パルス幅の時間だけスイッチ回路62をオンにす
る。スイッチ回路62がオンになると、サンプルホールド
回路64は、信号振幅をサンプルホールドし、比較回路6
6,67は上記サンプルホールドされた信号振幅と基準電圧
Vref1、Vref2とを比較して、比較結果をCPU70に出力す
る。CPU70は、比較回路66,67から入力する信号に基づい
て故障診断を行っており、実施例においては、両比較回
路66,67から入力する信号が共にローレベルの場合に
は、バス11からの信号の振幅が、閾値である基準電圧Vr
ef1、Vref2の範囲内であるので、故障の生じない正常な
データ伝送であると診断し、また両比較回路66,67から
入力する信号のいずれかがハイレベルの場合には、バス
11からの信号の振幅が閾値である基準電圧Vref1、Vref2
の範囲外であるので、故障が発生したと診断して、その
診断結果を表示装置71に表示させている。また、バス12
上のデータフレームのSOMを検出した場合も上記と同様
の故障診断動作を行い、バス12からの信号の振幅が閾値
である基準電圧Vref1、Vref2の範囲内であるか否かによ
って、故障の診断を行う。

従って、本実施例では、第８図に示すように、タイミ
ング発生回路61が信号の１フレームの後半部分で出力す
るパルスに応じて、信号伝送路上の信号を取り込み、基
準電圧と比較するので、例え異なるノードから同時に信
号が信号伝送路11,12に出力されて、上記信号の衝突が
起こったとしても、フレーム中の競合領域よりも後部で
信号の振幅を検出して故障の診断を行うことができ、正
確に伝送故障を検知することができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明では、少なくとも２つの
ノード間に介在してデータ伝送を行う信号伝送路と接続
され、前記信号伝送路から入力する信号の振幅に応じて
故障を検知する故障診断装置において、前記信号伝送路
のデータ伝送を監視し、前記信号のフレーム中の信号衝
突による競合領域よりも後部で、前記信号伝送路の信号
を取り込む信号取込手段と、それぞれ異なる信号振幅の
閾値が設定され、当該閾値と前記取り込まれた信号の振
幅とを比較する振幅比較手段と、該振幅比較手段の比較
結果に応じて故障を検知する故障検知手段とを具えたの
で、データバス上の信号がいかなる状態にあっても正確
な故障診断を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る故障診断装置を用いる多重伝送シ
ステムのブロック図、第２図は本発明に係る多重伝送シ
ステムに採用されるビット・フイズ・アービトレーショ
ンを示す図、第３図はバスインターフェース部の構成
図、第４図は第３図に示したバスインターフェース部の
受信部の一層詳細な回路図、第５図、第６図は各バス上
での信号波形を示す図、第７図は本発明に係る故障診断
装置の構成を示すブロック図、第８図はデータバス上の
各種状態の信号と出力パルスとの関係を示す図、第９図
はデータバス上で信号の衝突が起こった場合の信号波形
を示す図である。 11,12……信号伝送路（バス）、61……タイミング発生
回路、62,63……スイッチ回路、64,65……サンプルホー
ルド回路、66〜69……比較回路、70……制御回路（CP
U）、71……表示回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つのノード間に介在してデー
タ伝送を行う信号伝送路と接続され、前記信号伝送路か
ら入力する信号の振幅に応じて故障を検知する故障診断
装置において、前記信号伝送路のデータ伝送を監視し、
前記信号のフレーム中の信号衝突による競合領域よりも
後部で、前記信号伝送路の信号を取り込む信号取込手段
と、それぞれ異なる信号振幅の閾値が設定され、当該閾
値と前記取り込まれた信号の振幅とを比較する振幅比較
手段と、該振幅比較手段の比較結果に応じて故障を検知
する故障検知手段とを具えたことを特徴とする故障診断
装置。