CAN总线控制设备的制作方法

本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种CAN总线控制设备。

背景技术：

控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线是国际上应用最广泛的现场总线之一，在数据通信方面具有可靠、实时以及灵活的优点，现已在大多数整车厂的车辆上得到广泛应用。

随着连接到车辆CAN总线上的外接设备越来越多，车辆通信面临着诸多安全隐患。例如，位于仪表下方的车载第二代车辆自诊断系统(the second On-Board Diagnostics，OBDII)的诊断接口，连接到OBDII诊断接口的外接设备可以接收WIFI或者3G信号对车辆进行远程诊断、远程解锁甚至恶意攻击。

此外，OBDII诊断接口是一个可拔插的接口，外接设备的接插件可能并不满足车用电子器件接插件标准。在长期使用过程中，极有可能因为连接失效而对整车通信造成干扰，严重时可能导致车辆控制器功能异常，例如制动无效、巡航异常退出等。

综上，现有的OBDII诊断接口在连接外接设备时，车辆通信存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明实施例解决的问题是在OBDII诊断接口连接外接设备时，避免外接设备带来的车辆通信的安全隐患。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种CAN总线控制设备，其与CAN总线以及外接设备耦接，包括：控制器、至少五个开关器件、匹配电路以及CAN总线接口电路，其中：

所述CAN总线接口电路，适于读取所述CAN总线上的所述外接设备输入的通信信号；

所述控制器，与所述CAN总线接口电路以及所述至少五个开关器件耦接，适于当检测到所述通信信号异常时，控制所述至少五个开关器件的断开或闭合，以控制所述CAN总线与所述外接设备断开连接，并与所述外接设备建立连接；

所述匹配电路，适于与所述CAN总线匹配。

可选的，所述控制器还适于在与所述外接设备建立连接后，当检测到所述通信信号正常时，控制所述至少五个开关器件的断开或闭合，以控制所述CAN总线重新与所述外接设备建立连接，并与所述外接设备断开连接。

可选的，所述开关器件包括：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件以及第五开关器件，其中：

所述第一开关器件，第一端与所述CAN总线的第一信号线的第一端耦接，第二端与所述第三开关器件的第一端耦接；

所述第二开关器件，第一端与所述CAN总线的第二信号线的第一端耦接，第二端与所述第四开关器件的第一端耦接；

所述第三开关器件，第二端与所述外接设备的第一信号输出端耦接；

所述第四开关器件，第二端与所述外接设备的第二信号输出端耦接；

所述第五开关器件，第一端与所述第一开关器件的第二端、所述第三开关器件的第一端耦接，第二端与所述匹配电路的第一端耦接；

所述匹配电路，第二端与所述第二开关的第二端、所述第四开关的第一端耦接；

所述CAN接口电路，第一端与所述第一开关器件的第二端、所述第三开关器件的第一端耦接，第二端与所述第二开关的第二端、所述第四开关的第一端耦接；

所述第一信号输出端与所述第一信号线耦接，所述第二信号输出端与所述第二信号线耦接。

可选的，所述匹配电路为匹配电阻。

可选的，所述匹配电阻的阻值为60欧姆。

可选的，所述开关器件为继电器。

可选的，所述通信信号异常包括以下至少一种：错误帧频率大于预设值、所述外接设备输入的指令为读取未授权数据指令以及总线关闭。

可选的，所述控制器还用于：当检测到所述外接设备与所述CAN总线之间无信息交互时，断开车辆自诊断系统接口与外接设备的供电引脚的连接。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

当CAN总线控制设备检测到CAN总线上的通信信号异常时，断开CAN总线与外接设备之间的连接，从而可以避免外接设备带来的车辆通信的安全隐患。

进一步，当检测到CAN总线上的通信信号异常，断开CAN总线与外接设备之间的连接之后，与外接设备建立连接，接收外接设备输入的通信信号并实时检测。当检测到通信信号正常时，控制CAN总线与外接设备重新建立连接，回复CAN总线与外接设备的通信。

此外，当外设设备与CAN总线之间无信息交互时，断开车辆自诊断系统接口与外界设备的供电引脚的连接，可以节省功耗。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种CAN总线控制设备的结构示意图；

图2是本发明实施例中的一种CAN总线控制设备应用场景示意图；

图3是本发明实施例中的一种CAN总线控制设备的电路结构图；

图4是本发明实施例中的一种CAN总线控制设备的工作流程图。

具体实施方式

如前所述，现有的OBDII诊断接口在连接外接设备时，车辆通信存在一定的安全隐患。

在本发明实施例中，当CAN总线控制设备检测到CAN总线上的通信信号异常时，断开CAN总线与外接设备之间的连接，从而可以避免外接设备带 来的车辆通信的安全隐患。

为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1，本发明实施例提供了一种CAN总线控制设备10，包括：控制器101、开关器件102、匹配电路103以及CAN总线接口电路104。

CAN总线接口电路104，与车辆的CAN总线网络耦接，适于读取CAN总线上的通信信号，通信信号可以是指外接设备输入的，CAN总线是指车内的CAN总线。

控制器101，可以与CAN总线接口电路104耦接，适于通过CAN总线接口电路104获取CAN总线上的通信信号，并判断获取到的通信信号是否出现异常。同时，控制器101还可以与开关器件102耦接，开关器件102可以为多个，适于当检测到通信信号存在异常时，控制多个开关器件102中的部分断开，另一部分闭合，来断开CAN总线与外接设备的连接，并控制CAN总线控制设备10与外接设备建立连接。

在本发明实施例中，当因外接设备短路等因素导致出现总线关闭(bus-off)时，可以判定通信信号异常。当通信信号中的错误帧频率较大，大于能够正常通信的错误帧频率时，也可以判定通信信号异常，例如，外接设备受到干扰，导致通信信号中噪声较大的情况。

此外，通常情况下，外接设备智能读取公开的数据，在未经授权的情况下，禁止对未授权数据进行读取操作。因此，当检测到外接设备输入的通信信号包括读取未授权数据的指令时，也可判定通信信号异常。

当存在总线关闭、错误帧频率大于预设值、外接设备输入的指令为读取未授权数据指令中的任一种情况时，可以判定通信信号出现异常：总线关闭(bus-off)、错误帧频率大于预设值、外接设备输入的指令为读取未授权数据指令。

当检测到存在通信信号异常时，可以通过CAN总线控制设备10将CAN总线与外接设备之间的连接断开，并将CAN总线控制设备10与外接设备建立连接。

当CAN总线控制设备10与外接设备建立连接之后，CAN总线控制设备10接收外接设备输入的通信信号，并对接收到的通信信号进行实时检测。当检测到通信信号不存在异常现象时，则可以重新将CAN总线与外接设备建立连接，并断开CAN总线控制设备与外接设备的连接。

参照图2，给出了本发明实施例中提供的CAN总线控制设备10的应用场景示意图。

CAN总线控制设备10内置于OBDII诊断接口21中，CAN总线控制设备10的一端与车内控制器22耦接，另一端与外接设备23耦接。

外接设备23可以为OBDII外接设备，即通过OBDII诊断接口21与CAN总线耦接，通过CAN总线控制设备10控制外接设备23与CAN总线的连接或断开。

当检测到通信信号异常时，CAN总线与外接设备23断开连接，从而将车内控制器22与外接设备23断开连接。CAN总线控制设备10与外接设备23建立连接，以接收外接设备23输入的通信信号。

当检测到通信信号正常时，CAN总线与外接设备23建立连接，从而将车内控制器22与外接设备23建立连接。CAN总线控制设备10与外接设备23断开连接，不再接收外接设备23输入的通信信号。

在本发明实施例中，开关器件102的个数最少为5个，可以根据实际的应用需求来设定开关器件102的个数。在本发明一实施例中，开关器件102的个数为5个。

在本发明实施例中，开关器件102可以为继电器，还可以为其他能够实现开关功能的器件。

匹配电路103，与CAN总线接口电路104并联，适于与CAN总线匹配。

在本发明实施例中，匹配电路103可以为匹配电阻，匹配电阻的阻值可以为60欧姆。

在本发明实施例中，CAN总线控制设备10可以设置在OBDII诊断接口的内部，也可以设置在OBDII诊断接口的外部，例如，设置在外接设备与 OBDII诊断接口之间，以实现控制外接设备与CAN总线的通信。

为节省成本，减少接插头数目，在本发明一实施例中，将CAN总线控制设备10设置在OBDII诊断接口的内部。

当CAN总线控制设备10检测到CAN总线上的通信信号异常时，断开CAN总线与外接设备之间的连接，从而可以避免外接设备带来的车辆通信的安全隐患。

参照图3，给出了本发明实施例中的一种CAN总线控制设备10的电路结构图。

在本发明一实施例中，开关器件102的个数为5个，依次为：第一开关器件1021、第二开关器件1022、第三开关器件1023、第四开关器件1024以及第五开关器件1025，其中：

第一开关器件1021的第一端与CAN总线的第一信号线的第一端耦接，第二端与第三开关器件1023的第一端耦接。CAN总线的第一信号线为CAN_H，第一信号线的第一端与车辆内部的控制器101耦接。

第二开关器件1022的第一端与CAN总线的第二信号线的第一端耦接，第二端与第四开关器件1024的第一端耦接。CAN总线的第二信号线为CAN_L，第二信号线的第一端与车辆内部的控制器101耦接。

第三开关器件1023的第二端与外接设备的第一信号输出端耦接，外接设备的第一信号输出端与CAN总线的第一信号线的第二端耦接。

第四开关器件1024的第二端与外接设备的第二信号输出端耦接，外接设备的第二信号输出端与CAN总线的第二信号线的第二端耦接。

第五开关器件1025的第一端与第一开关器件1021的第二端以及第三开关器件1023的第一端耦接，第二端与匹配电阻的第一端耦接，匹配电阻的第二端与第二开关器件1022的第二端以及第四开关器件1024的第一端耦接。

也就是说，第一开关器件1021、第三开关器件1023串联在CAN总线的第一信号线上；第二开关器件1022、第四开关器件1024串联在CAN总线的第二信号线上；第五开关器件1025与匹配电阻串联，所组成的串联电路与第 一开关器件1021、第三开关器件1023组成的串联电路并联，与第二开关器件1022、第四开关器件1024组成的串联电路并联。

控制器101与CAN总线接口电路104耦接，CAN总线接口电路104与第五开关器件1025以及匹配电阻组成的串联电路并联。

当控制器101检测到通过CAN总线接口电路104获取到的CAN总线上的通信信号异常时，则可以控制第一开关器件1021和第三开关器件1023断开，从而将CAN总线与外接设备断开连接；控制第二开关器件1022、第四开关器件1024以及第五开关器件1025闭合，使得CAN总线控制设备10与外接设备建立连接，从而可以获取外接设备输入的通信信号。

当CAN总线控制设备检测到外接设备输入的通信信号正常时，则可以控制第一开关器件1021、第二开关器件1022、第三开关器件1023、第四开关器件1024闭合，从而将CAN总线与外接设备重新建立连接；控制第五开关器件1025断开，以断开CAN总线控制设备10与外接设备的连接。

在本发明一实施例中，5个开关器件均为继电器。

下面对本发明上述实施例中提供的CAN总线控制设备10的工作流程进行详细说明。

参照图4，给出了本发明实施例中的一种CAN总线控制设备10的工作流程图，下面结合图3进行说明。

步骤S401，检测到外接设备接入时，将外接设备接入到CAN总线。

当检测到外接设备接入时，将第一开关器件1021、第二开关器件1022、第三开关器件1023以及第四开关器件1024闭合，第五开关器件1025断开，此时，外接设备接入到CAN总线。

步骤S402，获取CAN总线上的通信信号。

步骤S403，判断是否存在信息交互。

在本发明实施例中，当获取到的CAN总线上的通信信号为下电信号时，或CAN总线上无信号时，则判定不存在信息交互，此时，可以结束操作流程；当存在信息交互时，即外接设备与CAN总线正在进行业务交互时，则可以执 行步骤S404。

在本发明一实施例中，当CAN总线与外接设备之间不存在信息交互时，断开车辆自诊断系统接口与外接设备的供电引脚的连接，从而可以降低功耗。

在实际应用中，蓄电池可以通过OBDII诊断接口为外接设备供电。结合图3，开关器件1026的第一端与OBDII诊断接口的a端耦接，第二端与外接设备的供电引脚b耦接。当开关器件1026闭合时，蓄电池通过OBDII诊断接口为外接设备供电。当检测到CAN总线与外接设备之间不存在信息交互时，将开关器件1026断开，从而将OBDII诊断接口与外界设备的供电引脚断开，达到降低功耗的目的。

步骤S404，判断通信信号是否异常。

在本发明实施例中，通信信号异常包括以下三种情况：总线关闭(bus-off)、错误帧频率大于预设值、外接设备输入的指令为读取未授权数据指令。当存在上述任一种情况时，即可判定通信信号异常；反之，当不存在上述任一种情况时，即可判定通信信号正常。

当判断出通信信号异常时，执行步骤S405；否则，判定通信信号正常，重新执行步骤S403。

步骤S405，断开CAN总线与外接设备的连接，并将CAN总线控制设备10与外接设备建立连接。

在本发明一实施例中，将第一开关器件1021以及第三开关器件1023断开，从而断开CAN总线与外接设备的连接。第二开关器件1022以及第四开关器件1024保持闭合，并将第五开关器件1025闭合，从而使得CAN总线控制设备10与外接设备建立连接，以使得CAN总线控制设备10接收外接设备输入的通信信号。

当CAN总线控制设备10接收到外接设备输入的通信信号后，执行步骤S406。

步骤S406，判断通信信号是否存在异常。

在实际应用中，在步骤S404中，当判定通信信号存在异常时，导致通信 信号异常的原因可能并不是外接设备导致的，而是车内某些器件故障等因素导致的，因此，可以通过CAN总线控制设备10获取外接设备输入的通信信号，来判断外接设备是否存在异常。

当判定通信信号仍异常时，执行步骤S407；当判定通信信号正常时，执行步骤S408。

步骤S407，等待异常消失。

在本发明实施例中，通信信号异常可能是由于干扰等因素造成的，因此可以等待异常消失。当异常消失后，执行步骤S408。

在实际应用中，还存在异常一直存在的情况，此时，可以向驾驶员发送报警信息，以提醒驾驶员当前接入的外接设备对车辆的行车安全存在一定的安全隐患，需要将外接设备拔出。例如，可以在CAN总线控制设备10上安装报警灯，通过报警灯闪烁来提醒驾驶员当前外接设备存在安全隐患。

步骤S408，控制CAN总线与外接设备重新建立连接。

在本发明一实施例中，重新将第一开关器件1021、第三开关器件1023闭合，将第五开关器件1025断开，保持第二开关器件1022、第四开关器件1024闭合，从而将CAN总线与外接设备重新建立连接。

在步骤S408执行完成后，可以再重新执行步骤S402，从而实现循环检测，以便能够及时发现外接设备是否对CAN总线通信产生影响。控制CAN总线与外接设备重新建立连接的时间间隔可以设置为100ms，重新连接的重复次数可以设置为4次，以实现整车厂的bus-off或者故障恢复策略。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。