JP3950545B2 - 動力車のためのデータバスシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念部分に記載の動力車のデータバスシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなデータバスシステムは、例えば、特にコントロール機器から動力車へのデータ通信のための、ＣＡＮ、すなわちコントローラー・エリア・ネットワークによって知られている。ＣＡＮを用いた動力車におけるデータ通信、ＣＡＮの機能、並びにＣＡＮモジュールの可能なアーキテクチャーについてのコンセプトは、例えば、Boschのパンフレット"Das optimierte Bussystem fuer die serielle Datenuebertragung im Kraftfahrzeug"、"Funktionelle Beschreibung"、及び"Architektur des CAN-Bausteins AN 82526"によって１９８７年から知られている。この周知のデータバスシステムは、リニアに組み立てられている。データバスには、複数の電子工学的なバスサブスクライバー、特に動力車のコントロール機器が接続されている。これらのバスサブスクライバーは、データバスへの接続に加えて、例えばセンサー及びアクチュエーターの接続のためにあるいは電力供給の接続のために、別の入力及び出力を有している。この周知のデータバスシステムは、マルチマスター原理に従って働く。すなわち、全てのバスサブスクライバーが同じ権利をもっている。データバスがフリーであるならば、あらゆるバスサブスクライバーが、そのデータメッセージ(Datentelegramm)を伝送することを始めることができる。送信するバスサブスクライバーのメッセージは、全てのバスサブスクライバーによって受信され且つ確認されるが、このメッセージのデータを必要とするバスサブスクライバーによってだけ評価して利用される。
【０００３】
しかしながら、動力車における別のデータバスシステムも知られている。通例、動力車におけるデータバスシステムのバスサブスクライバーは、点火装置がオフの状態（すなわち、スイッチを切られた状態）でスイッチオフされて、点火装置がオンにされる（すなわち、スイッチを入れられる）ことによってだけ再びスイッチオンされる（いわゆる「端子１５」を介した電力供給）か、あるいは動力車バッテリーとの分離不可能な接続によって点火装置がオフの状態でもバスサブスクライバーの電力供給接続に印加される（いわゆる「端子３０」による電力供給）電力供給を有する。第一の方法に従う電力供給の場合には、点火装置がスイッチを切られた状態でのバスサブスクライバーの間での場合によっては必要不可欠なデータ交換が可能である。一方、第二の方法に従う電力供給の場合には、望ましくなく高い零入力電流消費（保持電流消費、Ruhestromverbrauch）が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、点火装置がオフの状態で必要不可欠な機能を可能にするにもかかわらず零入力電流を十分に低下させるデータバスシステムを作り出すことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１の特徴的構成によって解決される。
従属項の対象は、本発明の有利な別の構成である。
【０００６】
本発明の基本思想は、点火装置がオフの状態で選択的な起動状態を生み出すことにある。当該起動状態によって、選択されたバスサブスクライバー（それらはそれぞれ定められた必要不可欠な機能を割り当てられている）の間の一時的なデータ交換が可能にされる。それゆえに、本発明により、点火装置がオフの状態で、原理的にバスサブスクライバーの電力供給がスイッチオフされ、選択されたバスサブスクライバーの一時的に必要不可欠なデータ交換の際にだけ短時間スイッチオンされる、または電圧を供給される。そのために、バスサブスクライバーが原理的に同じ権利をもち得るにもかかわらずそのときどきの起動状態をコントロールするために、少なくとも一つのバスサブスクライバーがメインバスサブスクライバーとして定義される。さらに、バスサブスクライバーは、選択的な起動状態の実現のために、バスサブスクライバーがスイッチを切られている状態でなお電流を供給される評価回路の形での拡張を有する必要がある。しかしながら評価回路が電力（電流）を供給されさえすればよいので、バスサブスクライバーの電力供給の原理的なスイッチオフによって零入力電流消費が十分に低下させられる。その際、評価回路は、ハードウエアによりバスサブスクライバーに統合されてよいし、あるいは外部でバスサブスクライバーに接続されてよい。さらに、メインバスサブスクライバーの評価回路はそれ以外のバスサブスクライバーの評価回路と区別されてよい。全てのバスサブスクライバーが、選択的な起動状態をコントロールできるという意味でメインバスサブスクライバーであってもよい。一つのメインバスサブスクライバーは、外部からの起動入力（インターラプトインプット）によって起動され（呼び起こされ）てもよいし、あるいは、例えば評価回路と接続された実時間時計によって自ら起動してもよい。
【０００７】
本発明の別の構成として、メインバスサブスクライバーが必要不可欠なデータ交換のアクティブ化のために、選択メッセージをデータバスへ出力する回路を有する。当該選択メッセージによって、選択されたバスサブスクライバーの間のそれぞれの一次的に必要不可欠なデータ交換が設定可能である。メインバスサブスクライバーの記憶装置に、例えばそのマイクロプロセッサーにあるいはその評価回路に、データ交換がいつ必要であるか及び場合によってはどの程度の長さ必要であるかと、そのときどきの必要不可欠なデータ交換のためにどのバスサブスクライバーが選択される必要があるかとが記憶される。その際、メインバスサブスクライバーが選択されるバスサブスクライバーであってもよい。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、すべてのバスサブスクライバーの評価回路が選択メッセージを受信して、それらにそれぞれ割り当てられたバスサブスクライバーが選択されているかどうかを確認し、且つその場合にだけ電力供給をスイッチオンする。
【０００９】
スイッチオフは、例えば、メインバスサブスクライバーによって、特に全てのバスメッセージのスイッチオフによって、あるいは支配的なバス信号の出力によって、例えば長い高レベルでの存在する伝送の上書きによって行われる。周知のバスシステム（例えばＣＡＮ）では、第二の変形に通例バス・プロトコル・バイオレーション(Bus-Protokoll-Verletzung)を考え、それによってそれが伝送を終わらせることが、当該バスサブスクライバーに知られている。
【００１０】
補足的に、評価回路だけでなく電力供給の接続及び接続解除のためのコントロール可能なスイッチもそれぞれのバスサブスクライバーに統合されているかあるいはそれぞれのバスサブスクライバーに外部で接続されていていることが可能であることを指摘しておく。バスサブスクライバーの外部でのコントロール可能なスイッチ及び評価回路の接続には、すでに存在するデータバスシステムがバスサブスクライバーの変更なしに装備を整えられ得るという利点がある。しかし、原則的に、新しいデータバスシステムの構築の際には、バスサブスクライバーのケーシング内への評価回路及びコントロール可能なスイッチの統合が選ばれるれるべきである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面に、本発明の実施形態が示されている。
図１では、バスサブスクライバー(バス加入者、Busteilnehmer)１、２、３、及び４がデータバス８に接続されている。バスサブスクライバー１は、この例では、メインバスサブスクライバーとして定義されている。バスサブスクライバー２、３、及び４は評価回路５を有する。当該評価回路は、メインバスサブスクライバー１の評価回路１０とは区別される。メインバスサブスクライバー１の評価回路１０は、それ以外のバスサブスクライバー２、３、及び４の評価回路５の構造のほかに回路１１を有する。当該回路によって、選択メッセージ（Ｃ１〜Ｃ４）がバスに出力され得る。選択的な起動状態（呼び起こし状態、Weckzustand）の時間コントロールのために、メインバスサブスクライバー１の評価回路１０が実時間時計７を有する。他方また、これはまず第一にメインバスサブスクライバー１またはそのマイクロプロセッサ（μP）（ここでは図示されていない）を起動する（呼び起こす）。メインバスサブスクライバー（μP）の記憶装置には、一時的に必要不可欠なデータ交換をいつ、どの程度の長さ行うべきであるかが、及びどのバスサブスクライバーがそのときどきのデータ交換のために選択されなければならないかが記憶されている。例えば、一時的に、メインバスサブスクライバー１とバスサブスクライバー２との間でのデータ交換Ｃ１が、バスサブスクライバー２とバスサブスクライバー４との間でのデータ交換Ｃ２が、メインバスサブスクライバー１とバスサブスクライバー３との間でのデータ交換Ｃ３が、及びバスサブスクライバー３とバスサブスクライバー４との間でのデータ交換Ｃ４が行われる必要がある。メインバスサブスクライバー１の記憶装置には、それぞれの必要不可欠なデータ交換Ｃ１〜Ｃ４のために相応の選択メッセージが記憶されている。当該選択メッセージは、それぞれ必要不可欠なデータ交換のアクティブ化のためにメインバスサブスクライバー１からデータバス８へ出力される。
【００１２】
補足して、評価回路１０が選択的に外部のインターラプトインプット（割り込み入力）を有してもよい（ここでは図示しない）ことを指摘しておく。当該インターラプトインプットによってメインバスサブスクライバー１のスイッチ６が同様に閉じられ得る。他方また、スイッチオフが、スイッチ６を閉じることによって起動されるメインバスサブスクライバー１自体によって行われる。さらに、複数のあるいは全てのバスサブスクライバーがメインバスサブスクライバーである必要がある、または選択的な起動状態をコントロールする必要があるならば、複数のあるいは全てのバスサブスクライバー１、２、３、４が、評価回路５に比べて機能に関して拡張されている評価回路１０を備え付けられていてもよい。
【００１３】
特に評価回路１０は、例えばプログラム化可能な記憶装置も含み得る。そこには、インパルスＩの数がいくつのときにそれぞれの評価回路が反応するべきであるかがファイルされ得る。
【００１４】
評価回路５及び１０が、電力供給のために車両の端子３０と接続されている。当該端子は、バッテリー電圧Ｕ_Bでの電力供給のためにバッテリーとの直接の接続によって通常設けられている。
【００１５】
バスサブスクライバー１、２、３、及び（あるいは）４の評価回路５及び（あるいは）１０が特に獲得された選択メッセージに基づいて、それが必要不可欠なデータ交換のために選択されたことを認識すると、全部のバスサブスクライバーをバッテリー電圧Ｕ_Bでの電力供給のために端子３０と接続するために、それぞれ選択されたバスサブスクライバーに付設されているそれぞれの評価回路がコントロール可能なスイッチ６を出力９を介して制御する。評価回路５または１０が図示された例のようにバスサブスクライバー１、２、３、及び４に統合されていると、コントロール可能なスイッチ６を介してのバスサブスクライバーの電力供給が、評価回路を除いたバスサブスクライバーの電力供給に対応する。なぜならば、これがいずれにしても恒常的に供給されるからである。
【００１６】
選択的な起動状態においてコントロール可能なスイッチ６を閉じる長さは、例えば同様にメインバスサブスクライバー１によって制御される。しかし、必要不可欠なデータ交換のアクティブ化に応じてコントロール可能なスイッチ６を閉じる長さがそれぞれ選択されるバスサブスクライバー自体において設定されてもよい。
【００１７】
図２には、バスサブスクライバー２と４との間のデータ交換Ｃ２の例で、それを付設されたバスサブスクライバーが選択的なデータ交換のために選択されたバスサブスクライバーであるかどうかの認識のための評価回路５の構造及び機能方法が示されている。
【００１８】
図２では、図１と同一の要素が同じ符号を付されている。図２では、評価回路５がバスサブスクライバー２の評価回路である。
例えばデータ交換Ｃ２に割り当てられた選択メッセージは、長い最初のインパルスＥで始まり、当該インパルスに二つの短いコードインパルスＩが続き、長い最後のインパルスＡで終わる。それぞれのデータ交換Ｃ１〜Ｃ４についてのすべての選択メッセージが長い最初のインパルスＥで始まって、長い最後のインパルスＡで終わるのに対し、インパルスＥとインパルスＡとの間の短いコードインパルスＩの数がちょうどいま必要不可欠なデータ交換に対応する。
【００１９】
つまり、メインバスサブスクライバー１が、次にデータ交換Ｃ２がアクティブ化されるべきであることを認識すると、そのマイクロプロセッサー（μＰ）の記憶装置からデータ交換Ｃ２のための選択メッセージが読み出されて、この例では評価ユニット１０に統合（集積）されている回路１１を介してデータバス８へ出力される。データバス８へ出力されたこの選択メッセージは、バスサブスクライバー１〜４の評価回路５及び１０によって受信され且つ評価される。このために、選択メッセージが評価回路５（あるいは１０）における発振器１２の入力信号でもあり、カウンター１３の入力信号でもある。発振器１２は、短いコードインパルスＩをフィルターにかける(ausfiltern)。長い最初のインパルスＥによってそのつど、短いインパルスＰ１が発振器１２からスイッチコントロール装置１４の入力Ｒ（Ｅ／Ａ）に出力される。インパルスＰ１は、スイッチコントロール装置１４にとって、カウンター１３に送られるリセットＲの出力のきっかけとなる。
【００２０】
カウンター１３は、長い最初のインパルスＥによって出力されるリセットＲに応じて、このリセットＲに続く短いコードインパルスＩを数えることを始め、長い最後のインパルスＡが計数過程を終わらせる。
【００２１】
たとえば、データ交換Ｃ２でこの場合においてのように二つの短いコードインパルスＩの連続が検知されると、カウンター１３がこのカウントをスイッチコントロール装置１４の入力In1〜IN4に出力する。スイッチコントロール装置１４のこれらの入力での相応のカウントによって、データ交換Ｃ２が認識され、その結果として、コントロール可能なスイッチ６への出力９が、コントロール可能なスイッチ６が閉じられるように制御される。
【００２２】
アクティブなバスサブスクライバーのスイッチオフは、時間経過（タイムアウト）に応じて自動的にか、あるいはメインバスサブスクライバー１により、例えば同様にカウンターのリセットを実行し、それにより出力９もリセットする長いインパルスＥの出力によって、それによってスイッチ６が再び開かれることによって行われる。
【００２３】
図２には例としてデータ交換Ｃ１及びＣ２の場合に選択されるバスサブスクライバーであるバスサブスクライバー２の評価回路５が示されているので、スイッチコントロール装置１４の入力In1〜In4におけるＣ１及びＣ２についての選択メッセージの短いコードインパルスＩの数から生じるカウント（Ｃ１：一つのコードインパルスＩ、Ｃ２：二つのコードインパルスＩ）の場合に出力９がコントロール可能なスイッチ６を閉じるためにアクティブ化される。例えば要求されたデータ交換Ｃ４の場合にカウンター１３が四つの短いコードインパルスＩを認識したとしても、これは出力９のアクティブ化を導かない。従ってコントロール可能なスイッチ６は開かれたままである。
【００２４】
図２に示す評価回路５は、もっぱらハードウエアモジュールによって実現されている。この例では、評価回路は、好ましくは、発振器１２（当該発振器はMC14060モジュールであるとよい）によって、カウンター１３（当該カウンターはMC74HC393モジュールであるとよい）によって、及びスイッチコントロール装置１４（当該スイッチコントロール装置はispGAL22V10Cモジュールであるとよい）によって実現される。当該評価回路は、一つのチップに、好ましくはＣＭＯＳテクノロジーで集積されるとよい。なぜならば、これは電力貯蓄(Stromersparnis)の観点で最適だからである。さらに、チップにバストランシーバー（例えばＣＡＮトランシーバー）が集積されているとよい。なぜならば、これは同様に恒常的に電力（電流）を供給されねばならないからである。
【００２５】
さらに、データ交換のアクティブ化の後に、エラーの場合に場合によっては修正するように干渉できるように、メインバスサブスクライバー１は別の選択されたバスサブスクライバーの間でのデータ交換を監視できる。メインバスサブスクライバー１によるこのような監視機能は、例えば指定されたデータ交換（例えばＣ４）が信頼性に決定的な(sicherheitskritisch)機能の権限をもつときに、同様に選択的に行われ得る。
【００２６】
特にエラー検知の際には、設定されたエラー処理機能を作動させるために、発振器１２の出力Ｐ２、Ｐ３、あるいはＰ４がアクティブにされ得る。例えば長い最後のインパルスＡが誤って長い最初のインパルスＥとして認識されたときに、例えば、選択メッセージが非同期にバスサブスクライバー２〜４によって評価されることが、メインバスサブスクライバー１によって確認され得る。この場合には、例えばメインバスサブスクライバー１によってインパルスＥあるいはＡに関してより長いインパルス（例えばファクター２）が出力され得る。それによって、その結果として発振器１２において出力Ｐ２が、またスイッチコントロール装置１４において入力Ｒ(syn)がアクティブにされる。これによって、同期させられたリセットＲがすべての選択されたバスサブスクライバーのカウンター１３へ出力される。それによって、再び、長い最初のインパルスＥへのバスサブスクライバーの同期化が行われる。
【００２７】
さらに、全てのバスサブスクライバーのスイッチオンが必要であるだろうようなエラーの検知がメインバスサブスクライバー１によって可能である。それに応じて別のエラー信号によって発振器１２の出力Ｐ３が、またスイッチコントロール装置１４の入力"alle 1"（「すべて１」）がアクティブにされ得る。それによって全てのバスサブスクライバーの出力９がコントロール可能なスイッチ６のスイッチオンのためにアクティブにされる。
【００２８】
メインバスサブスクライバー１がエラー（その存在する場合には全てのバスサブスクライバーのスイッチオフが有利であるだろう）を検知すると、スイッチコントロール装置１４の入力"alle 0"（「すべて０」）を介して全てのバスサブスクライバー１〜４の出力９をアクティブではなくする（すなわち、非アクティブ化する）ために、データバス８を介しての別の信号によって発振器１２の出力Ｐ４がアクティブにされる。その結果、コントロール可能なスイッチ６のどれも閉じられない。
【００２９】
全てのコントロール可能なスイッチ６が開かれているならば、これは点火装置がオフの場合の基底状態に対応する。それによって、動力車における零入力電流消費が最小限に減らされる。選択されたバスサブスクライバーが必要不可欠なデータ交換のために一時的にスイッチを入れられ且つそれから再びスイッチを切られるならば、零入力電流消費は、選択的な起動状態でだけ軽度に高められている。それによって、点火装置がオフの状態で、動力車のなお必要不可欠な機能は保障される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデータバスシステムの構造の図である。
【図２】メインバスサブスクライバーではないバスサブスクライバーの評価回路の構造である。
【符号の説明】
１ メインバスサブスクライバー
２、３、４ バスサブスクライバー
５ 評価回路
６ コントロール可能なスイッチ
７ 実時間時計
８ データバス
１０ 評価回路
１１ 回路

Claims (4)

1. 複数の電子工学的なバスサブスクライバー（１、２、３、４）を有する、動力車のためのデータバスシステムであって、それらのバスサブスクライバーが、これらのバスサブスクライバーの電力供給のために動力車バッテリーと接続されているそれぞれ一つの入力を有し、更に、起動状態のコントロールのためにバスサブスクライバー（１、２、３、４）の少なくとも一つがメインバスサブスクライバー（１）として定義され、それぞれのバスサブスクライバー（１、２、３、４）が評価回路（５；１０、１１、７）を備えている、前記データバスシステムにおいて、
   それぞれのバスサブスクライバー（１、２、３、４）が評価回路（５；１０、１１、７）によりコントロール可能なスイッチ（６）を備えていること、基底状態でそれぞれのバスサブスクライバー（１、２、３、４）の電力供給が、それに付設された前記評価回路（５；１０、１１、７）を除いて、点火装置がスイッチを切られた状態でスイッチ（６）の開放状態によってスイッチオフされていること、及び、選択的な起動状態で、選択されたバスサブスクライバー（１、２；２、４；１、３；３、４）の間での一時的に必要不可欠なデータ交換（Ｃ１；Ｃ２；Ｃ３；Ｃ４）の際にそれぞれの選択されたバスサブスクライバーのコントロール可能なスイッチ（６）がその評価回路（５；１０、１１、７）によって閉じられることを特徴とするデータバスシステム。
2. 起動状態のコントロールのためにまず第一に前記メインバスサブスクライバー（１）のコントロール可能なスイッチ（６）が外部のあるいは内部の付加回路（７）のコントロール信号によってスイッチオンされることを特徴とする、請求項１に記載のデータバスシステム。
3. 前記メインバスサブスクライバー（１）が、起動状態のコントロールのために、選択されたバスサブスクライバー（１、２；２、４；１、３；３、４）の間でのそれぞれの一時的に必要不可欠なデータ交換（Ｃ１；Ｃ２；Ｃ３；Ｃ４）をデータバスへ出力されるべき選択メッセージの形で設定し得る回路（１１）と、当該選択メッセージを記憶している記憶装置とを有することを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載のデータバスシステム。
4. 選択されたバスサブスクライバー（２、４）の間の指定された必要不可欠なデータ交換（Ｃ２）をアクティブにするために、前記メインバスサブスクライバー（１）が相応の選択メッセージ（Ｅ−Ｉ−Ｉ−Ａ）をデータバス（８）へ出力し、当該選択メッセージが全てのあるいは少なくともそれ以外のバスサブスクライバーの評価回路によって受信され且つ評価され、その後、選択されたバスサブスクライバー（２、４）だけがそれらのコントロール可能なスイッチ（６）を閉じることを特徴とする、請求項３に記載のデータバスシステム。

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