通信接口和用于运行通信接口的方法与流程

本发明涉及一种在控制单元和电负载单元、尤其机动车中的具有泵马达的负载单元之间的通信接口，其中，所述控制单元设计为发送方和/或接收方，其中，所述负载单元设计为接收方和/或发送方，并且其中，在所述发送方与所述接收方之间的通信通过信号线路借助经脉冲宽度调制的信号进行。

本发明还涉及一种用于运行这样的通信接口的方法。

背景技术：

为了在控制单元与所连接的电负载单元之间进行双向的数据交换，已知的是，设置控制线路，通过控制线路借助经脉冲宽度调制的信号进行数据交换。因此，例如已知，在机动车内通过脉冲宽度调制从马达控制装置到SCR-系统（SCR：选择性催化还原）的泵马达地或者在相反方向上传输数据。数据可以例如是用于负载单元的控制数据或者用于监视负载单元的诊断数据。此外已知用于识别负载单元的供电线路上的故障、例如短接或中断的方法。对此可以规定，将小的测量电流馈入到控制线路中并且监视所述测量电流。所述测量电流为此未经调节地通过合适的前置电阻传输到控制线路上。通过测量电流的在其脉冲宽度方面经调制的接通和关断能够实现数据传输。同样已知的是，监视在控制线路上的电压电平并且由此推断出可能的短接。

通过将高电流经过另外的用电器馈入到地系统中，可能在控制单元和负载单元之间存在不同的地电位。此外，用于将通信信号连接到通信路径中或者到测量电流路径中的部件可以引起附加的电压偏移。这些部件可以是MOS-FET-模块，例如以双P通道FET形式的MOS-FET-模块。由于接地偏移，可能使用于数据传输或用于诊断的电压信号的分析处理失真。这导致有错误的诊断以及导致有错误的数据交换。同样不利地，测量电流显著地取决于供电电压的和地电位的波动，使得例如在低的供电电压的情况下不再达到所需要的电流，而在高的供电电压的情况下使前置电阻过度地加热。

由DE 10 2013 220 418 A1已知用于控制部件的方法和设备。在此，通过技术参量、例如电流的脉冲宽度调制来进行数据交换。

文献DE 10 2008 014 045 A1公开一种用于控制电的安全带自动收缩器的电路装置。在此，传输经脉冲宽度调制的触发信号。数据交换可以双向地进行。

技术实现要素：

本发明的任务是，提供一种在发送方与接收方之间的通信接口，所述通信接口即使在所出现的在发送方与接收方之间的接地偏移的情况下也能够实现可靠的数据交换以及可靠的故障监视。

此外，本发明的任务是，提供适合于此的方法。

本发明的涉及通信接口的任务通过以下方式来解决，即信号线路与恒定电流源连接，并且所述发送方被设计用于借助脉冲宽度调制调制通过所述信号线路的通过电流。通过恒定电流源的使用，在信号线路内的电流强度在最大程度上独立于在发送方的地电位与接收方的地电位之间的电位差。此外，通过电流在大的范围内独立于发送方的和接收方的供电电压。因此确保，在任何时候不仅对于数据传输而且对于诊断目的存在可良好分析处理的电流信号。经脉冲宽度调制的用于数据传送的电流信号可以直接在接收方侧测量。

为了能够将数据不仅从控制单元（发送方）发送到负载单元（接收方）而且从负载单元（发送方）发送到控制单元（接收方），可以规定，所述通信接口双向地设计。由此可能的是，通过信号线路不仅可以发送用于控制负载单元的数据而且可以例如将运行数据从负载单元发送到控制单元。

通过以下方式可以实现电流信号的脉冲宽度的调制，即发送方具有可控制的电子开关，所述电子开关将所述信号线路相应于所述脉冲宽度调制地与所述发送方的地电位连接。在闭合的电子开关的情况下，从恒定电流源馈入的电流从信号线路通过开关流到发送方的接地，从发送方到接收方没有通过电流或者仅仅有小的通过电流。在断开的开关的情况下，恒定电流源的电流与此相反地流到接收方。因此可以产生具有在断开的电子开关的持续时间期间独立于在发送方和接收方之间的接地偏移的电流强度的经脉冲宽度调制的电流信号。

对此有利地，在双向实施的通信接口的情况下也仅仅需要一个恒定电流源。

根据本发明的一个优选的设计方案可以规定，在所述接收方中设有所述电流信号到相对于所述接收方的地电位的电压信号的转换。通过所使用的恒定电流，所获得的电压信号独立于发送方的地电位与接收方的地电位之间的电位差地构造并且可以无错误地检测。

在例如机动车的车载诊断的范围内可能需要的是，识别控制线路到地的负载下降或短接。合适的监视可以通过以下方式来实现，即用于能量供应的恒定电流源置于地电位上和所述负载单元的电压供应的电压电位上，所述控制单元被设计用于确定所述信号线路中的通过电流，并且所述控制单元被设计用于当所述通过电流低于预给定的值时推断出到所述负载单元的电压供应或地线路或所述信号线路的中断。通过到负载单元的电压供应或接地连接的中断，也中断恒定电流源的能量供应，这在控制单元中可以被证明。在中断的信号线路的情况下，同样，从恒定电流源到控制单元的通过电流是不可能的。有利地，在诊断阶段期间在断开的电子开关的情况下进行监视，在所述诊断阶段期间，无数据通过信号线路传输。同样可能的是在PWM运行期间分别在以下持续时间内的监视：在所述持续时间内，相应的电子开关是闭合的。

同样，在车载诊断的范围内可以规定，所述控制单元被设计用于确定所述信号线路中的通过电流，并且所述控制单元被设计用于当所述通过电流低于预给定的值时推断出所述信号线路与所述地电位之间的短接，和/或，所述控制单元被设计用于当所述通过电流超出预给定的值时推断出所述信号线路与所述电压供应之间的短接。通过在正常运行中通过恒定电流引起的、准确地限定的并且相对于相应的接收方的地电位的电流信号或由其形成的电压信号可以简单地并且可靠地证明与其的偏差。因此可以明确地并且无错误地识别关于信号线路的短接。

电子开关将信号线路与地连接。为了例如在信号线路与供电电压短接的时候防止电子开关过载，可以规定，所述通过电流通过可控制的电子开关来限制。

本发明的涉及方法的任务通过以下方式来解决，即通过恒定电流源的流过所述信号线路的经脉冲宽度调制的电流信号进行所述通信。所述方法因此能够实现所描述的通信接口的运行。通过所使用的恒定的和为了数据传输而经脉冲宽度调制的电流，所述方法独立于存在的在发送方与接收方之间的接地偏移地允许可靠的和可明确地分析处理的数据传送。

为了在接收方侧能够实现数据信号的可靠的和简单的分析处理而可以规定，在接收方中将通过所述信号线路的电流信号转换为相对于所述接收方的地电位的电压信号。

根据本发明的一个优选的设计方案可以规定，为了监视所述通信接口，将恒定电流源的恒定电流耦合输入到所述信号线路中，在所述控制单元中确定所述电流，当所述电流低于预给定的第一阈值时推断出到负载单元的电连接的中断和/或推断出在信号线路与地电位之间的短接，和/或当所述电流超出预给定的第二阈值时推断出所述信号线路与电压供应之间的短接。因此可以明确地证明在控制单元与负载单元之间的线缆连接中的故障。

附图说明

下面根据在附图中示出的实施例详细地阐述本发明。其中：

图1以框图示出根据现有技术的控制单元和与控制单元通过线缆连接来连接的负载单元StdT；

图2以简化图示出在图1中示出的控制单元和负载单元StdT；

图3示出具有恒定电流源的用于脉冲宽度调制的数据传输的通信接口；

图4示出在图3中示出的具有可切断的恒定电流源的通信接口。

具体实施方式

图1以框图示出如从现有技术已知的控制单元10和与控制单元10通过线缆连接30连接的负载单元StdT 20。电压供应31和地线路32从控制单元10导向至负载单元StdT 20。此外，在控制单元10与负载单元StdT 20之间设有信号线路33。在所示出的实施例中，控制单元10分配给机动车中的用于氮氧化物的选择性催化还原（SCR）的系统，而负载单元StdT 20是具有SCR-系统的所属的泵电子装置的泵。

信号线路33是在控制单元10与负载单元StdT 20之间的双向实施的通信接口的一部分。通过所述通信接口，数据可以借助于经脉冲宽度调制的信号从控制单元10到负载单元StdT 20地以及在相反的方向上交换。因此，例如可以将用于预给定转速或者用于诊断请求的命令从控制单元10传输到泵。在相反的方向上，负载单元StdT 20可以传输例如关于泵的马达的功能状态的数据或内部的马达传感器的测量值。

图2以简化图示出在图1中示出的控制单元10和负载单元StdT 20的根据现有技术的一个实施方案。在此，控制单元10和负载单元StdT 20通过先前描述的线缆连接30相互连接。

电压供应31通过开关UB 11将控制单元10的电压电位SE 40与负载单元StdT 20的电压电位LE 42连接。替代地，开关UB 11也可以通过布置在控制单元10之外的并且由控制单元10控制的继电器来构成。由于例如线路电阻和过渡电阻，电压电位SE 40和电压电位LE 42可以不同。信号线路33在控制单元10中通过电子开关12位于控制单元10的地电位ST 41上。与负载单元StdT 20相对地，信号线路33通过电子开关T104 23.1和T104.1 23.2与负载单元StdT 20的微控制器LE 21连接。在电子开关T104.1 23.2和微控制器LE 21之间的电连接通过电阻R110 22连接到负载单元StdT 20的电压电位LE 42上。地线路32是在控制单元10的地电位SE 41与负载单元StdT 20的地电位LE 43之间的连接。地线路32此外连接在用电器50上，在本实施例中与布置在SCR-系统中的加热装置连接，所述用电器相对地通过电压电位VB 44被供以能量。

通过电阻R110 22将约1mA的电流馈入到信号线路33中。借助电子开关T104 23.1和T104.1 23.2，微控制器LE 21可以经脉冲宽度调制地切换电流并且因此可以将数据从负载单元StdT 20传输至控制单元10。此外也可以的是，微控制器LE 21通过其内部的驱动器输出级独立地并且直接地操作脉冲宽度调制，因为该驱动器输出级在其结构方面相应于电子开关，该电子开关又将信号切换到地电位LE 43上。此外，可以借助电子开关T104 23.1, T104.1 23.2在故障情况下完全中断到控制线路33的连接。

通过控制单元10中的开关12，信号线路33可以与地电位SE 41连接并且因此参考该地电位。通过开关12的合适的经脉冲宽度调制的控制，因此可以将数据从控制单元10发送到负载单元StdT 20。

在控制单元10到信号线路33的输出端上，监视对供电电压和对地的短接以及负载单元StdT 20的下降。为了进行诊断，分析处理通过电阻R110 22馈入到信号线路33中的通过电流以及信号线路33的电压电平。在负载下降的情况下，中断通过电流并且识别故障。如果电压电平在闭合的电子开关12的情况下接近供电电压，则推断出到供电电压的短接。如果在断开的电子开关12的情况下确定接近地的电压电平，则识别信号线路33到地上的短接。

不仅对于数据交换而且对于所描述的诊断功能，需要控制单元10的和负载单元StdT 20的正确的地参考。然而，通过在本实施例中的通过用电器50的例如20A的高的导出到地系统的电流，可能发生在控制单元10的地电位SE 41与负载单元StdT 20的地电位LE 43之间的接地偏移。用于诊断功能的通过负载单元StdT 20中的电阻R110 22的电流的产生是非常取决于电压的。在小的供电电压的情况下，几乎还达不到所要求的>1 mA的电流强度，并且在更高的供电电压的情况下，电阻R110 22非常强烈地加热。

另外的电压偏移可能通过这两个电子开关T104 23.1、T104.1 23.2引起，所述两个电子开关在已知的电路中形成“背对背”配置，所述“背对背”配置典型地由两个P通道FET-模块组成。该开关状况引起相对于地线路上的电压偏移的强烈的灵敏性，因为在P通道方案中的所使用的MOS-FET为了正确的功能而本身需要内部的电压偏移并且也将该电压偏移作为基本偏置转发到控制单元10和微控制器LE 21。由控制单元10通过信号线路33传输的0V的低信号由MOS-FET提高约2V。如果例如由于用电器50，还出现在控制单元10和负载单元StdT 20之间的地线路32上的附加的电压偏移，则控制单元10中的诊断功能不能够再可靠地识别诊断请求，这可能导致诊断错误。同样地，在从控制单元10到负载单元StdT 20的通信中的错误可能通过电压偏移引起。

图3示出具有恒定电流源的用于脉冲宽度调制的数据传输的根据本发明的通信接口。

在控制单元10和负载单元60之间的在图1和2中示出的线缆连接30中，为了简化示图，仅仅示出信号线路33。信号线路33在控制单元10中通过电子开关12与控制单元10的地电位SE 41连接并且通过连接端13与控制单元10的微处理器连接。

在所示出的实施例中，负载单元60是SCR-系统中的泵。恒定电流源由二极管D303 64.1、电阻R314 62.1、R312 62.2以及晶体管T304A 63.1构成。在此，晶体管T304A 63.1通过双二极管D305 64.3与信号线路33连接。为了进行能量供应，通过连接端UB 66.3给恒定电流源提供负载单元60的电压电位LE 42。恒定电流源的部件如此确定尺寸，使得恒定电流源将约2mA的恒定电流馈入到信号线路33中。在从控制单元10朝负载单元60方向的通信中，控制单元10将信号线路33通过电子开关12相应于所期望的经脉冲宽度调制的信号地与地电位SE 41连接，例如以100Hz的载波频率，信息通过脉冲宽度调制（占空比）被编码到所述载波频率上。由此将恒定电流源的电流在闭合的电子开关12的情况下引出到地电位SE 41上，由此在信号线路33中产生低电平。在断开的电子开关12的情况下，相应地存在高电平。部件R313 62.3、R316 62.4、T304B 63.2、R317 62.6以及R315 62.5将在信号线路33中流动的电流转换成电压电平。晶体管T304B 63.2用于在信号线路33与负载单元60的未示出的微控制器的输入电平之间的电平匹配或电平去耦合，所述微控制器连接在连接端PWM IN 66.1上。微控制器因此接收由控制单元10发送的数据。二极管D304 64.2连接到微控制器的供电电压MC 61上。二极管D304 64.2将经转换的电压电平限制在对于微处理器典型的5V的信号电压上。由此防止微处理器的输入端的损坏。有利地，信息不再以电压参考传输，而是以电流参考传输，因为控制装置10的电子开关12耦合地电位，所述地电位导通晶体管T304B 63.2。电阻R317 62.6 和 R315 62.5于是由此形成用于微控制器的输入端的相对于地电位LE 43的电压电平。因此，通过该电路形成在控制装置10与微控制器之间的去耦合，所述去耦合相对于在地线路上的潜在的电压偏移较不灵敏。双二极管D305 64.3用于将恒定电流耦合输入到信号线路33中并且用于从信号线路33耦合输出通信数据。由此，信号相互捆绑，但相互去耦合。根据本发明的通信接口因此能够实现，在不受相对于地的电压偏移的影响的情况下，将待传输的信息从控制单元10朝负载单元60的微控制器方向传输。

从负载单元60到控制单元10的通信通过作为晶体管实施的电子开关T306A 63.3和晶体管 T306B 63.4与电阻R323 62.9和R321 62.8共同作用地实现。电阻R320 62.7和R322 62.10用于通过负载单元60的未示出的微控制器在连接端PWM OUT 66.2上的输出来干净地控制电子开关T306A 63.3。在电子开关T306A 63.3通过连接端PWM OUT 66.2的控制中，电子开关将通信接口的恒定电流引出到负载单元60的内部地（地电位LE 43）上。在这种情况下，所连接的控制单元10的输出级识别诊断所需的电流的缺失。附加地，输出级识别低电平，因为负载单元60不将诊断电流朝地引出，而是也将完整的信号线路33拉下来到地电位上。这由控制单元10识别和分析处理。以此方式，负载单元60为了激活该功能而可以事先传输约定的信息到控制单元10。通过电子开关T306A 63.3的经脉冲宽度调制的控制，现在可以将数据从负载单元60传输到控制单元10。因此，在该传输方向上也通过恒定电流源的电流的合适的脉冲宽度调制进行数据传输，由此，数据传输独立于在负载单元的地电位LE 43与控制单元10的地电位SE 41之间的电压偏移。

在信号线路33与负载单元60的地电位LE 43之间连接的电容器C315 65.1用于减小EMV辐射以及改善通信线路相对于EMV辐射的易受影响性。所述电容器此外用于改善信号质量。

在例如车载诊断的范围内，在图1和2中示出的电压供应31和地线路32中的负载下降以及地或供电电压到信号线路33的短接必须明确地可以证明。如果出现电压供应31的或地线路32的中断，则恒定电流源不再提供所调节的约2mA的恒定电流。这也可以在控制单元10的地电位SE 41与负载单元60的地电位LE 43之间的高的电压偏移的情况下可靠地由控制单元10证明。在电压供应31中断的情况下，双二极管D305 64.3防止，诊断电流从控制单元10通过信号线路33流入到恒定电流源的电路部分中以及流入到用于将在信号线路33中流动的电流进行电平去耦合成用于负载单元60的未示出的微控制器的电压电平的电路部分中。处于截止方向上的电子开关T306A 63.3禁止，诊断电流沿负载单元60的地电位LE 43的方向流出。在地线路32中断的情况下，通过电阻R313 62.3、R316 62.4的接线部分允许约0.5mA的通过电流。这是足够小的，使得控制单元10明确地识别负载下降。

如果出现信号线路33相对于电压供应31的短接，则可能出现两个不同的故障状态。在第一故障状态中，电子开关T306A 63.3接通，因为负载单元60想要发送诊断报告。这将导致通过电子开关T306A 63.3的电路径的电流提高，这又引起在电阻R323 62.9上的提高的电压降。由此更强地控制晶体管T306B 63.4，因此又更强地下调电子开关T306A 63.3。由此自动地限制电流。通过该措施，避免在信号线路33与电压供应31短接时的部件损坏。在第二故障状态中，电子开关T306A 63.3断开，因为负载单元60恰恰不想要发送诊断报告。在该故障情况下不存在有过电流危险的路径，该保护所述路径。

如果出现信号线路33对地的短接，则信号线路33中的通过电流通过恒定电流源在本实施例中限制在约2mA上。因此，在此也排除部件的损坏。在此不重要的是，负载单元60是否恰恰发送关于电子开关T306A 63.3的诊断报告。

在图3中示出的电路因此具有发送晶体管（电子开关T306A 63.3），所述发送晶体管在诊断路径中和在通信路径中是电流受限的。恒定电流源和负载单元60的接收部分通过双二极管D305 64.3去耦合。在负载单元60的接收路径中进行电平转换。该电平转换从电流相关的通信转换成电压相关的通信。因此，不再得出与接地偏移的相关性。

图4示出在图3中示出的具有可切断的恒定电流源的通信接口。相同的部件在此相同地表示。对于附加功能，补充部件T219 63.5、R296 62.11、R297 62.12和T221A 63.6。晶体管T221A 63.6通过电阻R298 62.13通过连接端OAG_EN 66.4与负载单元60的未示出的微控制器连接。恒定电流源因此可以通过所形成的晶体管级来接通和切断。在地线路32中断的故障情况下，该附加的电路抑制剩余的电流，该剩余的电流在无附加的电路的情况下还将流动到接口接线中，如这关于图3描述的那样。当在负载单元上的供电电压足够高，使得微控制器启动并且施加逻辑高电平到晶体管T221A 63.6的基极上的时候，才释放电流源接线和负载单元60的输入电路。否则，还可能通过供电路径馈入的电流通过晶体管T219 63.5的截止路径截止。以此方式，可靠地由控制单元10识别负载下降。