DE10046584A1

DE10046584A1 - Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE10046584A1
Application number: DE2000146584
Authority: DE
Inventors: Stephan Bolz; Luc Jansseune; Joerg Neugaertner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: DE10046584C2

Abstract

Eine Sensoreinrichtung hat mindestens eine Sonsoreinheit (11), die über zwei Leitungen (L1, L2) mit Strom von einer Steuereinrichtung (2) versorgt wird und die Mittel hat zum Modulieren des Stroms auf den zwei Leitungen (L1, L2), um ein Sensorsignal an die Steuereinrichtung (2) zu übertragen. Die Modulation des Stroms in der ersten Leitung (L1) ist komplementär zu der Modulation des Stroms in der zweiten Leitung (L2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung mit mindestens einer Sensoreinheit. Eine bekannte Sensoreinrichtung (FR 2 596 596 A1) hat eine Sensoreinheit, die über eine Lei tung mit Strom von einer Steuereinrichtung versorgt wird. Ferner hat die Sensoreinrichtung Schaltungsmittel zum Modu lieren des Stroms auf der Leitung, um das Sensorsignal an die Steuereinrichtung zu übertragen. Die Einrichtung weist jedoch nicht die geforderte Sicherheit auf, wie sie z. B. für Senso ren gefordert ist, die die Stellung eines Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs erfassen. Ein solcher Sensor zum Erfassen der Stellung des Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs ist beispiels weise aus der DE 40 05 085 A1 bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Sensoreinrich tung so weiterzubilden, dass sie eine hohe Sicherheit und gleichzeitig Zuverlässigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass einerseits eine redundante Stromversorgung vorhanden ist, so dass auch bei einem möglichen Bruch einer der Leitungen weiterhin die Stromversorgung der Sensoreinrichtung gewährleistet ist. An dererseits zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Sensorsignal mittels Modulation des Stroms der zwei Leitungen an die Steuereinrichtung übertragen wird und zugleich die Mo dulation auf den beiden Leitungen komplementär ist. Damit ist sowohl gewährleistet, dass auch bei Ausfall oder Bruch einer der Leitungen noch das Sensorsignal von der Steuereinrich tung empfangen werden kann und als auch eine sehr hohe elekt romagnetische Verträglichkeit gegeben ist, da die Leitungen in Summe eine äußerst geringe EMV-Abstrahlung haben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sensoreinrichtung,

Fig. 2 eine Steuereinrichtung

Fig. 3 eine Schnittstellenuntereinheit der Steuereinrichtung 2 gemäß Fig. 2

Fig. 4 ein Signaldiagramm aufgetragen über die Zeit t.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber greifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Sensoreinrichtung 1 hat eine erste Sensoreinheit 11, eine zweite Sensoreinheit 12 und eine Synchronisiereinheit 13. Die erste und zweite Sensoreinheit 11, 12 entsprechen sich im we sentlichen in ihrem Aufbau. Im folgenden ist exemplarisch die erste Sensoreinheit 11 beschrieben.

Die erste Sensoreinheit 11 hat einen Spannungsregler 111, ein Sensorelement 112, einen Trennverstärker 113, einen invertie renden Trennverstärker 114 und Stromquellen 115, 116. Die erste Sensoreinheit 11 ist über eine erste Verbindungsleitung L1 und eine zweite Verbindungsleitung L2 mit einer in Fig. 2 dargestellten Steuereinrichtung 2 elektrisch leitend verbun den.

Der Spannungsregler 111 erzeugt eine konstante Versorgungs spannung U_V. Der Spannungsregler 111 ist an seinem Eingang sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Verbindungs leitung L1, L2 verbunden. Der Spannungsregler 111 benötigt einen vorgegebenen Strom, der zu gleichen Teilen durch die erste Leitung L1 und die zweite Leitung L2 fließt. So fließen beispielsweise in den Spannungsregler an seinem Eingang 7 mA.

Das Sensorelement 112 hat im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Hallelement, mittels dessen der Pedalwert eines Fahrpe dals eines Fahrzeugs erfasst wird. Das Sensorelement umfasst ferner bevorzugt Schaltungsmittel zur Signalverarbeitung des von dem Hallelement erzeugten Signals. Dabei sind das Hall element und die Signalverarbeitung auf einem integrierten Schaltkreis angeordnet. Der Signalausgang des Sensorelements 112 ist elektrisch leitend sowohl mit dem Trennverstärker 113 als auch mit dem invertierenden Trennverstärker 114 verbun den. Der Trennverstärker 113 moduliert in Verbindung mit der Stromquelle 115 den Strom in der ersten Verbindungsleitung L1 abhängig von dem in dem Sensorelement 112 erzeugten Signal. Der invertierende Trennverstärker 114 moduliert ebenso in Verbindung mit der Stromquelle 116 den Strom in der zweiten Verbindungsleitung L2 mit dem Unterschied, dass die Modulati on komplementär ist zu der Modulation, die durch den Trenn verstärker 113 in Verbindung mit der Stromquelle 115 erfolgt. Die Modulation ist aber in beiden Fällen bevorzugt eine Puls weiten-Modulation, wobei die Pulsweite jeweils charakteris tisch ist für den in dem Sensorelement 112 erfassten Pedal wert. Durch die Stromquelle 115 fließt ein vorgegebener Strom, z. B. 7 mA, wenn an der Enable-Leitung EN1 ein hoher Pegel, z. B. 5 V, anliegt und an dem Eingang des Trennverstär kers 113, der mit dem Sensorelement 112 elektrisch leitend verbunden ist, ebenfalls ein entsprechendes Signal anliegt. Im Gegensatz dazu fließt durch die Stromquelle 116 ein Strom in der eingezeichneten Richtung, wenn hoher Pegel in der E nable-Leitung EN1 anliegt und das Ausgangssignal des Sensor elements 112 am Eingang des invertierenden Trennverstärkers 114 nicht anliegt. Das Sensorelement 112 erzeugt nach einem Sprung des Pegels von niedrig auf hoch in der Enable-Leitung EN1 einen niedrigen Spannungspegel in der Statusleitung 1 und zwar für eine vorgegebene Periodendauer P_P und signalisiert damit, dass während dieser Zeit die erste Sensoreinheit 11 ihr Signal, das dem Pedalwert, der in dem ersten Sensorele ment erfasst wird, an die Steuereinrichtung 2 überträgt.

Die Synchronisiereinheit 13 erzeugt abhängig von den an der Statusleitung ST1 und der Statusleitung ST2 der zweiten Sen soreinheit 12 anliegenden Pegeln entsprechende Pegel, die sie auf die Enable-Leitung EN1 und die Enable-Leitung EN2 aus gibt, die elektrisch leitend mit der zweiten Sensoreinheit 12 verbunden ist. Dabei signalisiert ein Sprung des Pegels in der Statusleitung ST1 von niedrig auf hoch der Synchronisier einheit 13, dass die erste Sensoreinheit 11 mit dem Übertra gen ihres Sensorsignals fertig ist und somit einen inaktiven Zustand einnehmen kann. In diesem Fall erzeugt dann die Syn chronisiereinheit 13 einen niedrigen Pegel auf der Enable- Leitung EN1 und aktiviert die zweite Sensoreinheit 12 durch das Erzeugen eines hohen Pegels auf der Enable-Leitung EN2.

Bei Inbetriebnahme der Sensoreinrichtung 1 wird jeweils die Synchronisiereinheit 13 mittels eines Reset in einen vorgege benen Ausgangszustand versetzt. So liegt dann zuerst bei spielsweise ein hoher Pegel an der Enable-Leitung EN1 an wäh rend auf der Enable-Leitung EN2 ein niedriger Pegel anliegt. Ferner umfasst die Synchronisiereinheit 13 noch ein Watch- Dog-Timer, dessen Zeitkonstante geringfügig länger ist als die Periodendauer t_P und der jeweils gleichzeitig mit dem Ak tivieren einer der Sensoreinheiten 11, 12 neu gesetzt wird. Läuft der Watch-Dog-Timer ab, so wird die jeweils aktive Sen soreinheit 11, 12 deaktiviert und die deaktivierte Sensorein heit 11, 12 aktiviert. Damit ist sicher gestellt, dass auch, wenn ein Fehler in der jeweils aktiven Sensoreinheit 11, 12 vorliegt, dennoch die jeweils andere Sensoreinheit 11, 12 ihr Sensorsignal unabhängig davon an die Steuereinrichtung 2 ü bertragen kann.

In Fig. 2 ist die Steuereinrichtung 2 dargestellt. Sie ist elektrisch leitend über die Verbindungsleitungen L1 und L2 mit der Sensoreinrichtung 1 verbunden. Die Steuereinrichtung 2 umfasst eine Schnittstelleneinheit 21 und eine Rechenein heit 22. Die Schnittstelleneinheit 21 umfasst eine erste Schnittstellenuntereinheit 211, die mit der zweiten Verbin dungsleitung L2 elektrisch leitend verbunden ist und eine zweite Schnittstellenuntereinheit 212, welche elektrisch lei tend mit der ersten Verbindungsleitung L1 verbunden ist. Die erste Schnittstellenuntereinheit 211 und die zweite Schnitt stellenuntereinheit 212 unterscheiden sich lediglich dadurch, dass sie ausgelegt sind zum Auswerten der jeweils komplemen tären Modulation des Stroms auf den Verbindungsleitungen L2 und L1. Im folgenden ist daher im Detail exemplarisch ledig lich die erste Schnittstellenuntereinheit 211 beschrieben.

Die erste Schnittstellenuntereinheit 211 hat eine Versor gungseinheit 2111, die den Strom in der zweiten Verbindungs leitung L2 erzeugt. Ferner ist in der ersten Schnittstellen untereinheit 211 in der zweiten Verbindungsleitung L2 ein Messwiderstand R_M angeordnet, der einer Messeinrichtung 112 zugeordnet ist, die den Strom in der zweiten Verbindungslei tung L2 erfasst. Ausgangsseitig ist die Messeinrichtung 2112 elektrisch leitend mit einer Sprungeinheit 2113 und einer Di agnoseeinheit 2114 verbunden. Die Sprungeinheit 2113 verfügt über Schaltungsmittel zum Erkennen eines Stromsprungs in der zweiten Verbindungsleitung L2, dessen Amplitude der Stromän derung entspricht, der sich beim Ein- oder Ausschalten der dem jeweiligen invertierenden Trennverstärker 114 zugeordne ten Stromquelle 116 der ersten oder zweiten Sensoreinheit 11, 12 ergibt - also im bevorzugten Ausführungsbeispiel 7 mA.

Die Sprungeinheit 2113 ist somit in ihrer Funktion ein Demo dulator, der das pulsweitenmodulierte Stromsignal der zweiten Verbindungsleitung L2 demoduliert, es in ein zeitlich propor tionales digitales Spannungssignal übersetzt und dieses digi tale Signal zur weiteren Verarbeitung an die Recheneinheit 22 weiterleitet.

In der Diagnoseeinheit 2114 sind Schaltungsmittel derart an geordnet, dass sie Fehler in der Sensoreinrichtung 1 oder der Verbindungsleitung L2 durch Auswertung des von der Messein richtung 2112 gemessenen Stroms und durch Überwachung der Ausgangsspannung der Versorgungseinheit 2111 ermitteln kann. Die Diagnoseeinrichtung 2114 ist ausgangsseitig mit der Re cheneinheit 22 verbunden.

Die Recheneinheit ermittelt dann abhängig von der jeweiligen Pulsweite des von der Sprungeinheit 2113 empfangenen Signals den Wert der Meßgröße, die von der Sensoreinrichtung 1 er fasst wurde.

In Fig. 4 sind die Signalverläufe der Ausgangsleitung S1_O der ersten Sensoreinheit 12, der komplementären Ausgangslei tung S1_O_INV der ersten Sensoreinheit 12, der Ausgangslei tung S2_O der zweiten Sensoreinheit 12, der komplementären Ausgangsleitung S2_O_INV der zweiten Sensoreinheit 12, der ersten Verbindungsleitung L1, der zweiten Verbindungsleitung L2, der Statusleitungen ST1, ST2 und der Enable-Leitungen EN1, EN2 über die Zeit t aufgetragen. Dabei ist mit t₀ ein Bezugszeitpunkt bezeichnet und mit t_P die Periodendauer der Pulsweitenmodulation. Die jeweilige Pulsbreite, z. B. t_B, ist ein Maß für den Wert des jeweils erfassten Sensorsignals.

Wie aus dem Stromverlauf in der ersten und zweiten Verbin dungsleitung L1 und L2 ersichtlich, erfolgt die Modulation komplementär und dadurch wird erreicht, dass die Summe der Ströme durch die ersten und zweiten Verbindungsleitungen L1 und L2 immer einen konstanten Wert hat. Dadurch ist eine ge ringe EMV-Abstrahlung gewährleistet, die noch dadurch verrin gert werden kann, dass die ersten und zweiten Verbindungslei tungen als verdrillte Leitungen ausgeführt sind.

Die Sensoreinrichtung 1 zeichnet sich dadurch aus, dass sie nur über die erste und zweite Verbindungsleitung L1, L2 mit der Steuereinrichtung 2 verbunden ist. Somit ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Leitungen, die zu einer deutlichen Verringerung der Kosten des Einbaus einer derartigen Sensor einrichtung in einem Kraftfahrzeug führt. So sind, falls die Sensoreinrichtung den Pedalwert eines Fahrpedals erfasst, nur zwei Leitungen durch die sogenannte Firewall zwischen der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs und dem Motorraum zu führen und abzudichten.

Die Sensoreinrichtung kann darüber hinaus auch bei Ausfall einer Sensoreinheit 11 oder 12 und im Falle eines Leitungs bruchs einer der Verbindungsleitungen L1 und L2 noch jeweils Sensorsignale an die Steuereinrichtung 2 übertragen, wodurch ein sehr hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit gewähr leistet ist. Eine entsprechende Diagnose, welcher Fehler vor liegt, kann dann durch Auswerten der Ströme in den Verbin dungsleitungen L1 und L2 durchgeführt werden.

Vorteilhaft ist ferner, wenn das Ausgangssignal des Sensor elements 112 in digital serieller Form zu Verfügung gestellt ist. Dann benötigt die Recheneinheit keinen Analog-Digital Wandler, bevor sie den Wert der zu erfassenden Meßgröße er mittelt.

Vorteilhaft ist ferner, wenn über die Verbindungsleitungen L1, L2 Status-Informationen der Sensoreinrichtungen übertra gen werden. So ist eine präzisere Diagnose der Sensoreinrich tung durch die Steuereinrichtung möglich.

Claims

1. Sensoreinrichtung mit mindestens einer Sensoreinheit (11, 12), die über zwei Leitungen (L1, L2) mit Strom von einer Steuereinrichtung (2) versorgt wird und die Mittel hat zum Modulieren des Stroms auf den zwei Leitungen (L1, L2), um ein Sensorsignal an die Steuereinrichtung zu übertragen, wobei die Modulation des Stroms in der ersten Leitung (L1) komplementär ist zu der Modulation des Stroms in der zweiten Leitung (L2).

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Mittel zum Pulsweiten-Modulieren ausgebil det sind.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Mittel zum Modulieren des Stroms ausgebil det sind zum Erzeugen eines digitalen seriellen Daten stroms.

4. Sensoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zusätzlich ausge bildet sind zum Übertragen von Status-Informationen des Sensors und/oder der Leitungen.

5. Sensoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sensorein heiten (11, 12) vorgesehen sind und dass jeder Sensorein heit (11, 12) Mittel zum Modulieren des Stroms zugeordnet sind und dass Synchronisierungsmittel vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, dass die Sensorsignale der ein zelnen Sensoreinheiten (11, 12) zeitlich multiplexed über tragen werden.