DE19542391C2 - Diagnosesystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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 01210844 A 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 03111733 A 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.

Das U.S. Patent US 5,278,759 beschreibt ein Diagnosesystem bestehend aus einem bordseiti­ gen Computer und einem externen Kontrollmodul, die durch ein geeignetes Kommunikati­ onsverfahren miteinander verbunden sind. Zur Kontrolle des Überschreibens des vorhandenen Programmcodes wird ein oberhalb des Versorgungsspannungspegels liegendes Steuersignal benutzt. Die Spannungspegel der übrigen Datenkommunikation werden für unterschiedliche Produktionstypen des bordseitigen Computers nicht angepaßt.

Die Nutzung verschiedener Spannungspegel zur Moduladressierung und die Unterscheidung in Strom- und Spannungspegel, um die Übertragungsrichtung bei einer vollduplex- Kommunikation zu bestimmen, wird in der Patentanmeldung DE 35 19 709 A1 beschrieben. So können durch eine einzige Datenendeinrichtung mehrere Module, die durch ihre benutzten Spannungspegel unterscheidbar sind, adressiert werden. Aus wirtschaftlichen und praktikab­ len Erwägungen ist es wünschenswert, nur ein einziges Modul zur Verfügung zu haben, das alle nötigen Funktionen beinhaltet und sich in bezug auf die Kommunikation auf den entspre­ chenden Modultyp und damit auf den Spannungspegel einstellt.

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 TrΘ, welches von einem Drosselsensor 16 erzeugt wird, wobei das Signal TrΘ 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 V_B 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 V_B 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 V_B (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 V_B 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 V_B. 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 8106 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 Steuereinheit 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 (3)

1. Diagnoseeinrichtung (100), welche mit einer elektronischen Steuereinheit (300) eines Fahrzeugs (200) über einen externen Verbinder (2a) und einen Adapter (34) zur Dia­ gnose von Betriebsbedingungen der Steuereinheit (300) elektronisch verbindbar ist, wobei das Fahrzeug (200) mehrere Sensoren (10-18) aufweist, die mit der elektroni­ schen Steuereinheit (300) elektro-mechanisch verbunden sind, um die Betriebsbedin­ gungen zu erfassen und jeweils ein Betriebssignal zu erzeugen, und wobei das Fahr­ zeug (200) eine Steuereinrichtung (19-24) aufweist, die mit der elektronischen Steuer­ einheit (300) elektro-mechanisch verbunden ist, um die Betriebsbedingungen zu steu­ ern und die Steuersignale zu erzeugen, mit folgenden Merkmalen: eine Tastatur (32) zum Eingeben von Daten, welche für die Diagnose der elektronischen Steuereinheit (300) erforderlich sind und zum Ausgeben entsprechender Befehlssignale, eine Anzei­ gevorrichtung (30) und eine Speichervorrichtung (60), welche mit der Diagnoseein­ richtung (100) über einen Speicherverbinder (38) verbindbar und für verschiedene Fahrzeugtypen austauschbar ist, gekennzeichnet durch:
ein Prozessor (36, 36a), der auf das Steuersignal und die in der Diagnoseeinrichtung (100) vorgesehenen Daten anspricht, um ein Anforderungssignal an die elektronische Steuereinheit (300) auszugeben und ein Antwortdatensignal, das dem jeweiligen Fahr­ zeugtyp entspricht, zu verarbeiten;
mehrere Schnittstellen (51), die zwischen dem Prozessor (36, 36a) und der elektroni­ schen Steuereinheit (300) angeordnet sind und einen ersten Spannungspegel des An­ forderungssignals von dem Prozessor (36, 36a) in einen zweiten Spannungspegel der elektronischen Steuereinheit (300) umwandeln sowie einen dritten Spannungspegel der Antwortdaten von der elektronischen Steuereinheit (300) in einen vierten Span­ nungspegel des Prozessors (36, 36a) umwandeln; und
eine Schaltvorrichtung zum Umschalten einer Eigenschaft der Schnittstellenzellen (51), so daß die Diagnoseeinrichtung (100) in Verbindung mit verschiedenen Fahr­ zeugtypen mit unterschiedlichen Spannungspegeln arbeiten kann, ohne Hardwareteile der Diagnoseeinrichtung (100) zu ändern.

2. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung (63) in der Spei­ chervorrichtung (60) enthalten ist.

3. Diagnosesystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung (70) in dem Prozessor (36a) enthalten ist.