CN1833394B - 用于进行双向单线数据传输的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在电子控制单元(2)和至少一个外围设备(3)之间进行数据信息的双向单线数据传输的设备和方法，该方法具有以下步骤：将预先确定的恒定电压或预先确定的恒定电流施加到电子控制单元(2)的驱动装置(20)上，以便产生电压编码的或电流编码的信息；将所述电压编码的或电流编码的信息从电子控制单元(2)的驱动装置(20)经由单线线路(4)传输到外围设备(3)的驱动装置(30)；通过电流对至少驱动装置(30)的驱动逻辑电路和/或外围设备(3)的通信逻辑电路进行控制和供电；对通过控制外围设备(3)而出现在该外围设备上的信息进行电流编码或电压编码；在控制外围设备(3)期间经由相同的单线线路(4)将所述电流编码的或电压编码的信息从外围设备(3)的驱动装置(30)反向传输到电子控制单元(2)的驱动装置(20)。

Description

用于进行双向单线数据传输的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于在电子控制单元与电子线路由控制信号供电的至少一个外围设备之间进行数据信息的双向单线数据传输的方法和设备。
背景技术
尽管本发明可以应用于包括控制器和至少一个利用线路连接到其上的外围设备的任意系统，但是参考汽车领域中的例如奥托发动机的点火系统来说明本发明及其所基于的问题。
在当今的汽车技术中应用这样的系统，在这些系统中外围设备经由线路与控制单元相连接。在此，相应的外围设备在大多数情况下在空间上与控制单元相分离，由此应对线路和接口提出特殊要求。
已知一些针对汽车应用的接口系统或总线系统、诸如CAN总线系统。当然，这些总线系统不适用于实时系统、亦即不适用于在接收到信息的情况下在几μs之后立即触发过程，而是仅仅适用于空间分布系统的非时间紧迫的数据交换。
其他的系统具有以下缺点，即它们没有被构造成特别是经由空间上宽的线路间距而足够防干扰。
发明内容
相对于已知的解决方案，具有权利要求1或4的特征的根据本发明的方法和根据权利要求11或12的相应的设备具有以下优点，即创建一种防干扰的接口，所述接口具有仅仅一个在电子控制单元和诸如汽车发动机的点火线圈或喷油嘴的外围设备之间的线路，其中所述接口对于所出现的诸如在汽车内的点火系统或喷射系统中存在的时间关系来说具有实时能力。
以下发明所基于的思想在于，通过将预定的恒定电压(或预定的恒定电流)施加到电子控制单元的驱动装置的输出端上来产生电压编码的(或电流编码的)信息，其中这种电压编码的(电流编码的)信息经由单线线路从控制单元的驱动装置被传输到外围设备的驱动装置，其中所述外围设备通过控制信号进行控制并且在控制期间被供给能量，并且在开始控制所述外围设备之后对在该外围设备上出现的信息进行电流编码(或电压编码)，其中在控制该外围设备期间所述电流编码的(或电压编码的)信息从所述外围设备的驱动装置被反向传输给所述电子控制单元的驱动装置，其中使用与用于传输电压编码的(或电流编码的)控制信息的单线线路相同的单线线路。
因此，创建一种双向单线接口，在所述单线接口的情况下通过传输信息的具有能量分量的控制信号来实现外围设备的供电，其中所述能量分量至少对于电子线路的低功率部分、亦即包括通信逻辑电路或功率电子线路的控制信号在内的、外围设备的驱动装置和处理信息的电子线路来说是必需的。因此外围设备的电子线路的低功率部分不依赖于外围设备的可能存在的功率部分。如果所述外围设备具有这样的功率电子线路，使得控制能量足以驱动或控制功率部分，那么甚至完全不依赖于系统的车载网络(Bordnetz)，所述车载网络否则典型地提供用于控制所述功率电子线路所需的能量。
因为在未来的汽车领域中既使用12伏特车载网络又使用42伏特车载网络，所以对于外围设备和在控制器中的驱动装置的普遍可用性来说电子线路的低功率部分不依赖于外围设备的功率部分是有利的。因此，只须在电子控制器中独立于车载网络实施一次保护措施，而不必利用每个单个的外围设备。由此对于外围设备中的低功率部分来说不需要车载网络滤波。
此外，通过根据本发明的设备或方法创建这样的接口，采用该接口能够在控制外围设备期间将信息反向传输到电子控制器。由于通过控制信号为外围设备供给能量，所以创建防误接通的极其抗干扰的系统。
在权利要求1或4中所说明的方法或在权利要求11或12中所说明的设备的有利的改进方案和改善方案位于从属权利要求中。
根据优选的改进方案，外围设备的电压编码的(或电流编码的)控制被构建为二进制信号，而电流编码的(或电压编码的)反向传输被构建为模拟信号。
根据另一优选的改进方案，不仅将电压编码的(或电流编码的)控制而且将电流编码的(或电压编码的)反向传输构建为二进制信号。
根据另一优选的改进方案，要从外围设备反向传输到电子控制单元的信息被构建为用于诊断所述外围设备的诊断信号。因此，所述控制单元能够借助于反向传输的信息来实施对外围设备的状态的分析。
根据另一优选的改进方案，要从外围设备反向传输到电子控制单元的信息被构建为用于继续、亦即随后控制外围设备的控制信号。因此，电子控制单元能够对所分配的外围设备进行匹配于系统的相应状态的控制。
根据另一优选的改进方案，这样对要传输的信息进行电压编码或电流编码，使得直到电压或电流的边沿变换的持续时间是所述信息的表征量。
根据另一优选的改进方案，所述电子控制单元被构建为发动机控制器。其他构建方案同样是可设想的。
根据另一优选的改进方案，所述外围设备被构建为汽车发动机的点火线圈、喷油嘴等。
附图说明
本发明的实施例在附图中被示出，并且在下面的描述中被进一步说明。
在这些图中：
图1示出包括电子控制单元2和经由单线线路4与该电子控制单元相连接的外围设备3的、根据本发明的设备1的示意图；
图2示出根据本发明实施例的电子控制单元2和外围设备3的、驱动装置20和30的电路结构的示意图；
图3a示出根据本发明的第一实施例在数据传输期间的时序图的示意图，其中检测状态变换的时间范围；
图3b示出根据本发明的第二实施例在数据传输期间的时序图的示意图，其中给每个时间范围分配一个比特；以及
图3c示出根据本发明的第三实施例以初级电流监控为例在数据传输期间的时序图的示意图。
具体实施方式
在所述图中，相同的附图标记表示相同或功能相同的元件。
图1示出用于经由单线线路4在电子控制单元2与外围设备3之间进行数据信息的双向数据传输的设备1的示意图，所述外围设备3例如具有汽车发动机、传感器等的点火线圈7或喷油嘴。
下面将参考图1就汽车发动机的点火系统5来示范性地说明该设备。该点火系统5例如包括点火线圈7、具有例如逻辑电路和所需要的点火末级的用于点火控制的功率电子线路32、信息处理装置31、驱动装置30，所述驱动装置30经由单线线路4与具有微控制器21的发动机控制器2中的点火驱动器20相连接。
由电子控制单元或发动机控制器2传输用于接通外围设备3或点火线圈7的信息。
根据本实施例，外围设备3的功率电子线路32可以优选地经由点火线圈7连接到外部电池电压33上，其中电路经由车身地34闭合。
根据本发明的该实施例，由控制单元2为外围设备3的电子线路供给来自控制的能量，其中外围设备3的电子线路利用该能量也能够控制功率电子线路32。在此应注意，所述功率电子线路32也可以与信息处理装置31去耦合并且直接由单线接口4控制。
通过在控制期间在点火线圈7的初级线圈中流动的电流，将能量以磁的形式存储在点火线圈7中。在控制外围设备3期间，关于这个过程的信息可以经由双向单线接口4回复给电子控制单元2。在此，用于诊断外围设备或点火线圈7的信息、用于调节或控制点火线圈7的信息或类似信息被反向传输给电子控制单元2。
如果在点火线圈7中充分存储有能量并且到达所期望的点火时刻，则结束对点火线圈7的控制，其中所述外围设备3的功率电子线路32基于不再存在的控制电流或不再存在的控制电压而被断开。功率晶体管中断在初级侧的电流，其中由于感应而在点火线圈的次级侧形成电流并因此形成点火火花。
下面参考图2详细说明根据本发明的用于进行双向单线数据传输的方法。如上面所说明的，电子控制单元2的驱动装置20与微控制器21(参见图1)相连接。
此外，电子控制单元2的所示的设备实施形式的驱动装置20例如具有运算放大器23，该运算放大器作为电压跟随器被这样连接，使得在电压节点V1上始终施加与在电压节点V0上相同的电压，其中优选地所述电压跟随器与其它电子线路被组合在单独的电路中。
此外，在驱动装置20中设置有阈值比较器24，该阈值比较器具有所分配的逻辑装置，用于检测外围设备3的驱动装置30中的变化，如稍后更详细说明的。电子控制单元2的驱动装置20经由单线线路4与外围设备3的驱动装置30相连接，以便进行电流的单向传导和信息的双向传输。
根据本发明的实施例，所述驱动装置30同样包括逻辑电路36中的阈值比较器。此外，所述驱动装置30包括电流宿装置，该电流宿装置根据本实施例例如包括第一电流宿I1和与之并联的第二电流宿I2。经由所述电流宿I1和I2来实施要从外围设备3反向传输到电子控制单元2的信息的二进制电流编码。
在运行中，由微控制器21(参见图1)的计算程序触发从电子控制单元2到外围设备3的信息传输。经由微控制器21的端口，要传输的信息优选地以电压变换或电平变换的形式被传输给电子控制单元2的驱动装置20。该驱动装置20在其输出端V1上提供基本上恒定的电压、例如5伏特。根据本发明的实施例，电子控制单元2的运算放大器23在驱动装置20中优选地作为电压跟随器被这样连接，使得在电压节点V1上始终施加与在电压节点V0上相同的恒定电压，如上面已经说明的。此外，固定电压的部分或多倍也可以用作参考值。在这种情况下可以忽略微小的电压波动。替代地，也可以经由R0相对低欧姆地连接恒定的电压源。外围设备3借助于阈值比较器36或通过根据响应阈值激活输入级来检测该电压。
通过施加恒定电压所产生的电流经由单线线路4从电子控制单元2流向外围设备3，其中外围设备3的电子线路被供给能量并因此能够工作。在没有施加恒定电压的情况下，在系统中不存在电流，由此外围设备3的电子线路处于关闭(Off)状态。仅仅通过控制，同时为开始运行提供能量。由此所述系统不依赖于电池电压，因此该系统能够在不同车载网络电压下被普遍地使用。此外，防止不期望的接通的可靠性也得到提高。
控制电路经由车身地34闭合，所述车身地34与包括电流宿I1和I2的装置相连接。
基于对外围设备3的控制而出现在该外围设备3上的信息经由外围设备3的驱动装置30中的电流宿I1和I2的相应电路优选地以二速制或模拟形式进行电流编码，并且经由同一单线线路4被反向传输给所述控制单元2。为此，外围设备3的逻辑装置二进制地或模拟地改变其电流输入(Stromaufnahme)，这将在下面参考图3更详细地进行说明。
外围设备3的驱动装置30的电流宿I1和I2的关系依赖于所要求的干扰灵敏度并且依赖于电子控制单元2的驱动装置20在电路技术上的可能性。根据本发明的实施例，电流宿I2优选地与电流宿I1并联，其中借助于逻辑电路36来检测，例如在功率电子线路中是否达到了针对确定事件的表征值。当然，在图2中所示的电路仅仅是用于分析和处理电子线路中的事件的示意图。在这里，对于专业技术人员来说明显的是，能够设想另外的用于分析和处理单线接口上的电流变化的系统改变。
如上面已经说明的，在借助于开关37的打开检测关于电流变化的事件时，要从外围设备3传输到电子控制单元2的信息以二进制的形式进行电流编码，并且从外围设备3的驱动装置30经由单线线路4被传输到电子控制单元2的驱动装置20。在所述驱动装置20中，又能够借助于电阻R0来测量接口电流。出现的电压变化可以经由电子控制单元2的阈值比较器24被分配给二进制状态、亦即0或1。随后，所述驱动装置20优选地经由另一线路将所接收的信息传导给电子控制单元2的微控制器21。
有利地，在本发明中利用对电压和电流的尽可能的不依赖性，以便能够将在外围设备3中出现的信息反向传输到电子控制单元2。
依赖于相应的应用领域，所述电子控制单元2能够按不同的方式来解释反向传输的信息，其中能够使软件匹配于相应的解释。当然，这对根据本发明的接口装置没有影响。
信息传输的协议可以自由地构成，例如可以如在图3a中借助根据本发明的实施例的时序图所示出的那样仅仅检测状态变换的出现时刻。在图3a中，在x方向上示出时间，而在y方向上示出信号边沿的高度或值。如上面已经说明的，信号的解释是可自由实施的，其中能够不仅使量化而且使值域匹配于相应的应用领域。
如在图3a中针对不同的实例所示，二进制状态的编码可以通过上升的或下降的信号边沿来定义，所述信号边沿例如必须在确定时间窗(时间1至时间4)中被检测。在此情况下，决定性的是例如从状态0到状态1的状态变换或者相反的状态变换的出现时刻，其中竖直的划着的直线限定时间窗。
图3b示意性地示出根据本发明的另一实施例的时序图的三个实例。在此情况下，数据作为分配给时间窗的比特来传输，其中比特的数量不是视为固定的常数，而是相反地能够匹配于相应的要求。在此，再次优选地在确定时间窗内选择从0到1或相反的状态变换的出现时刻作为编码。
图3c针对外围设备中的点火线圈的实例示意性地示出根据本发明的另一实施例的时序图。在此情况下，通过以下方式监控点火线圈的初级电流Iprim的上升，即回送直到超出预定值ICF的时间tCF。在电压控制的情况下，这例如可以通过在事件出现时使单线线路的电流Iltg下降来实现。
在图3a至3c中所示出的信号不是以物理形式、而是仅仅示例性地针对逻辑关系被示出的。
因此，创建一种方法和一种设备，利用该设备将事件经由保证外围设备的控制的单线线路通过以下方式从外围设备传输到控制单元，即经由可开关的电流源或电流宿这样操作控制电流，使得所述控制单元能够检测并分析系统的变化、亦即事件。回传给控制单元的信息可以为了诊断或控制技术的目的而被处理。
尽管前面借助优选的实施例说明了本发明，但是本发明并不限于此，而是能够按各种各样的方式进行修改。
特别地，根据本发明的设备或根据本发明的方法能够同样通过电流编码的控制和电压编码的回送、也就是说以与前面详细说明的实施例相反的方式来实现。在此情况下，以电子控制单元2的驱动装置20的输出端上的固定电流来实现所述控制，其中所述外围设备3因此以可变的电压来应答。在这里，也只有当外围设备3的电子线路通过所述控制被供给能量时，它才工作。在此情况下，替代作为理想电压源，电子控制单元2的驱动装置20作为理想电流源被构建。这样构建外围设备3的驱动装置30的电压源装置，使得在电压回送时这样改变总电阻，以致在恒定电流时所施加的相应电压发生变化，也就是说，反向传输电压编码的信息。

Claims (20)

1.用于在电子控制单元(2)与分配给该电子控制单元(2)的驱动装置(20)的至少一个外围设备(3)之间进行数据信息的双向单线数据传输的方法，该方法具有以下步骤：
将预先确定的恒定电压施加到所述电子控制单元(2)的该驱动装置(20)上，以便产生电压编码的信息；
将所述电压编码的信息从所述电子控制单元(2)的驱动装置(20)经由单线线路(4)传输到所述外围设备(3)的驱动装置(30)；
通过由产生所述电压编码的信息的电压产生的电流来对至少所述外围设备(3)的驱动装置(30)的驱动逻辑电路和/或所述外围设备(3)的通信逻辑电路进行控制和供电；
对通过控制所述外围设备(3)而在所述外围设备(3)上出现的信息进行电流编码；以及
在控制所述外围设备(3)期间，将所述电流编码的信息从所述外围设备(3)的驱动装置(30)经由所述单线线路(4)反向传输给所述电子控制单元(2)的驱动装置(20)。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，对所述外围设备(3)的电压编码的控制被构建为二进制信号，而从所述外围设备(3)到所述电子控制单元(2)的电流编码的反向传输被构建为模拟信号。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，不仅对所述外围设备(3)的电压编码的控制被构建为二进制信号，而且从所述外围设备(3)到所述电子控制单元(2)的电流编码的反向传输也被构建为二进制信号。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，要从所述外围设备(3)反向传输到所述电子控制单元(2)的信息被构建为用于诊断所述外围设备(3)的诊断信号。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，要从所述外围设备(3)反向传输到所述电子控制单元(2)的信息被构建为用于继续控制所述外围设备(3)的信息信号。
6.按照权利要求1的方法，其特征在于，这样对要反向传输的信息进行电流编码，使得直至电流边沿变换的持续时间是所述要反向传输的信息的表征量。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于，这样对要反向传输的信息进行电流编码，使得在时间窗内的状态或边沿变换是所述要反向传输的信息的表征量，并且被解释为比特。
8.用于在电子控制单元(2)与分配给该电子控制单元(2)的驱动装置(20)的至少一个外围设备(3)之间进行数据信息的双向单线数据传输的方法，该方法具有以下步骤：
将预先确定的恒定电流施加到所述电子控制单元(2)的该驱动装置(20)上，以便产生电流编码的信息；
将所述电流编码的信息从所述电子控制单元(2)的驱动装置(20)经由单线线路(4)传输到所述外围设备(3)的驱动装置(30)；
通过所述电流来对至少所述外围设备(3)的驱动装置(30)的驱动逻辑电路和所述外围设备(3)的通信逻辑电路进行控制和供电；
对通过控制所述外围设备(3)而在所述外围设备(3)上出现的信息进行电压编码；以及
在控制所述外围设备(3)期间，将所述电压编码的信息从所述外围设备(3)的驱动装置(30)经由所述单线线路(4)反向传输给所述电子控制单元(2)的驱动装置(20)。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于，对所述外围设备(3)的电流编码的控制被构建为二进制信号，而从所述外围设备(3)到所述电子控制单元(2)的电压编码的反向传输被构建为模拟信号。
10.按照权利要求8的方法，其特征在于，不仅对所述外围设备(3)的电流编码的控制被构建为二进制信号，而且从所述外围设备(3)到所述电子控制单元(2)的电压编码的反向传输也被构建为二进制信号。
11.按照权利要求8的方法，其特征在于，要从所述外围设备(3)反向传输到所述电子控制单元(2)的信息被构建为用于诊断所述外围设备(3)的诊断信号。
12.按照权利要求8的方法，其特征在于，要从所述外围设备(3)反向传输到所述电子控制单元(2)的信息被构建为用于继续控制所述外围设备(3)的信息信号。
13.按照权利要求8的方法，其特征在于，这样对要反向传输的信息进行电压编码，使得直至电压边沿变换的持续时间是所述要反向传输的信息的表征量。
14.按照权利要求8的方法，其特征在于，这样对要反向传输的信息进行电压编码，使得在时间窗内的状态或边沿变换是所述要反向传输的信息的表征量，并且被解释为比特。
15.用于在电子控制单元(2)与分配给该电子控制单元(2)的驱动装置(20)的至少一个外围设备(3)之间进行数据信息的双向单线数据传输的设备，该设备具有：
第一装置，所述第一装置用于产生电压编码的信息并将其从所述电子控制单元(2)的该驱动装置(20)经由单线线路(4)传输到所述外围设备(3)的驱动装置(30)，以及用于由此同时对至少所述外围设备(3)的驱动装置(30)的驱动逻辑电路和所述外围设备(3)的通信逻辑电路进行控制和供电；并且具有
第二装置，所述第二装置用于在控制所述外围设备(3)期间将所述外围设备(3)的驱动装置(30)的电流编码的信息经由所述单线线路(4)反向传输给所述电子控制单元(2)的驱动装置(20)。
16.按照权利要求15的设备，其特征在于，所述电子控制单元(2)被构建为发动机控制器。
17.按照权利要求15的设备，其特征在于，所述外围设备(3)被构建为点火线圈(7)或喷油嘴。
18.用于在电子控制单元(2)与分配给该电子控制单元(2)的驱动装置(20)的至少一个外围设备(3)之间进行数据信息的双向单线数据传输的设备，该设备具有：
第一装置，所述第一装置用于产生电流编码的信息并将其从所述电子控制单元(2)的该驱动装置(20)经由单线线路(4)传输到所述外围设备(3)的驱动装置(30)，以及用于由此同时对至少所述外围设备(3)的驱动装置(30)的驱动逻辑电路和所述外围设备(3)的通信逻辑电路进行控制和供电；并且具有
第二装置，所述第二装置用于在控制所述外围设备(3)期间将所述外围设备(3)的驱动装置(30)的电压编码的信息经由所述单线线路(4)反向传输给所述电子控制单元(2)的驱动装置(20)。
19.按照权利要求18的设备，其特征在于，所述电子控制单元(2)被构建为发动机控制器。
20.按照权利要求18的设备，其特征在于，所述外围设备(3)被构建为点火线圈(7)或喷油嘴。
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