DE10046584C2 - sensor device - Google Patents
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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. Eine weitere bekannte Sen soreinrichtung (DE 36 15 463 A1) hat eine Sensoreinheit, die über eine Leitung mit Strom von einer Steuereinrichtung ver sorgt wird. In der Leitung wird auch das Messwertsignal der Sensoreinheit an die Steuereinrichtung übertragen und zwar in Form eines kontinuierlich anliegenden Stromsignals. Eine wei tere Sensoreinrichtung (DE 42 10 189 C2) hat eine Sensorein heit, die über eine Signalschiene mit einer Spannungsversor gung verbunden ist. Die Einrichtungen weisen jedoch nicht die geforderte Sicherheit auf, wie sie z. B. für Sensoren gefor dert ist, die die Stellung eines Fahrpedals eines Kraftfahr zeugs erfassen. Ein solcher Sensor zum Erfassen der Stellung des Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise aus der DE 40 04 086 A1 bekannt.The invention relates to a sensor device with at least a sensor unit. A known sensor device (FR 2 596 596 A1) has a sensor unit that uses a Lei device is powered by a control device. Furthermore, the sensor device has circuit means for modulation lieren the current on the line to the sensor signal to the Transfer control device. Another well-known Sen sensor device (DE 36 15 463 A1) has a sensor unit which ver over a line with electricity from a control device will worry. The measured value signal of the Transfer the sensor unit to the control device, specifically in Form of a continuous current signal. A white tere sensor device (DE 42 10 189 C2) has a sensor unit via a signal rail with a voltage supply supply is connected. However, the facilities do not have the required security on how z. B. gefor sensors is the position of an accelerator pedal of a motor vehicle capture stuff. Such a sensor for detecting the position the accelerator pedal of a motor vehicle is off, for example known from DE 40 04 086 A1.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Sensoreinrich tung so weiterzubilden, dass sie eine hohe Sicherheit und gleichzeitig Zuverlässigkeit aufweist.The object of the invention is the known Sensoreinrich training in such a way that it provides a high level of security and has reliability at the same time.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The task is solved by the characteristics of the independent Claim. Advantageous developments of the invention are marked in the subclaims.
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.The invention is characterized in that on the one hand redundant power supply is available, so even at a possible breakage of one of the lines continues Power supply to the sensor device is guaranteed. to on the other hand, the invention is characterized in that Sensor signal by modulating the current of the two lines is transmitted to the control device and at the same time the Mo dulation on the two lines is complementary. So that is both ensures that even in the event of failure or breakage of a the lines still have the sensor signal from the control unit can be received and a very high elect Romagnetic compatibility is given because the cables have an extremely low EMC radiation overall.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are based on the schematic rule drawings explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Sensoreinrichtung, Fig. 1 a sensor device,
Fig. 2 eine Steuereinrichtung Fig. 2 shows a control device
Fig. 3 eine Schnittstellenuntereinheit der Steuereinrichtung 2 gemäß Fig. 2 Fig. 3, an interface sub-unit of the control device 2 of FIG. 2
Fig. 4 ein Signaldiagramm aufgetragen über die Zeit t. Fig. 4 is a signal diagram plotted against time 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.Elements of the same construction and function are identified with the same reference symbols in all figures. A sensor device 1 has a first sensor unit 11 , a second sensor unit 12 and a synchronization unit 13 . The first and second sensor units 11 , 12 essentially correspond in their construction. The first sensor unit 11 is described by way of example below.
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.The first sensor unit 11 has a voltage regulator 111 , a sensor element 112 , an isolation amplifier 113 , an inverting isolation amplifier 114 and current sources 115 , 116 . The first sensor unit 11 is connected via a first connecting line L1 and a second connecting line L2 to a control device 2 shown in FIG. 2 in an electrically conductive manner.
Der Spannungsregler 111 erzeugt eine konstante Versorgungs spannung UV. 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. The voltage regulator 111 generates a constant supply voltage U V. The voltage regulator 111 is connected at its input to both the first and the second connecting line L1, L2. The voltage regulator 111 requires a predetermined current which flows in equal parts through the first line L1 and the second line L2. For example, 7 mA flow into the voltage regulator at its input.
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.In the preferred exemplary embodiment, sensor element 112 has a Hall element, by means of which the pedal value of a Fahrpe dals of a vehicle is detected. The sensor element further preferably comprises circuit means for signal processing of the signal generated by the Hall element. The Hall element and the signal processing are arranged on an integrated circuit. The signal output of the sensor element 112 is electrically conductive with both the isolation amplifier 113 and the inverting isolation amplifier 114 . In conjunction with the current source 115, the isolation amplifier 113 modulates the current in the first connecting line L1 depending on the signal generated in the sensor element 112 .
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 PP 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. The inverting isolation amplifier 114 also modulates the current in the second connection line L2 in connection with the current source 116, with the difference that the modulation is complementary to the modulation which is carried out by the isolation amplifier 113 in connection with the current source 115 . In both cases, however, the modulation is preferably pulse-width modulation, the pulse width in each case being characteristic of the pedal detected in the sensor element 112 . A predetermined current flows through the current source 115 , e.g. B. 7 mA when a high level on the enable line EN1, z. B. 5 V, and at the input of the Isolation amplifier kers 113 , which is electrically conductively connected to the sensor element 112 , a corresponding signal is also present. In contrast, a current flows through the current source 116 in the direction shown when a high level is present in the E nable line EN1 and the output signal of the sensor element 112 is not present at the input of the inverting isolating amplifier 114 . After a jump in the level from low to high in the enable line EN1, the sensor element 112 generates a low voltage level in the status line 1 for a predetermined period P P and thus signals that during this time the first sensor unit 11 transmits its signal, the transmits the pedal value, which is detected in the first sensor element, to the control device 2 .
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.The timing generator 13 generates, depending on the on the status line ST1 and the status line ST2 of the second Sen soreinheit 12 adjacent levels corresponding to levels that they are on the enable line EN1 and the enable line EN2, which electrically conductively connected to the second sensor unit 12 connected is. A jump in the level in the status line ST1 from low to high signals the synchronization unit 13 that the first sensor unit 11 has finished transmitting its sensor signal and can therefore assume an inactive state. In this case, the synchronization unit 13 then generates a low level on the enable line EN1 and activates the second sensor unit 12 by generating a high level on the enable line 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 tP 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.When the sensor device 1 is started up, the synchronization unit 13 is reset to a predetermined starting state by means of a reset. So, for example, there is first a high level on the enable line EN1, while a low level is present on the enable line EN2. Furthermore, the synchronization unit 13 also comprises a watchdog timer, the time constant of which is slightly longer than the period t P and which is reset each time one of the sensor units 11 , 12 is activated. If the watchdog timer expires, the respectively active sensor unit 11 , 12 is deactivated and the deactivated sensor unit 11 , 12 is activated. This ensures that even if there is a fault in the respectively active sensor unit 11 , 12 , the respective other sensor unit 11 , 12 can nevertheless transmit its sensor signal to the control device 2 independently thereof.
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 11. Im folgenden ist daher im Detail exemplarisch ledig lich die erste Schnittstellenuntereinheit 211 beschrieben.In FIG. 2, the control device 2 is shown. It is connected to sensor device 1 in an electrically conductive manner via connecting lines L1 and L2. The control device 2 comprises an interface unit 21 and a computing unit 22 . The interface unit 21 comprises a first interface sub-unit 211 which is electrically conductively connected to the second connecting line L2 and a second interface sub-unit 212 which is electrically conductively connected to the first connecting line L1. The first interface subunit 211 and the second interface subunit 212 differ only in that they are designed to evaluate the respective complementary modulation of the current on the connecting lines L2 and 11. In the following, the first interface subunit 211 is described in detail as an example.
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 RM 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.The first interface sub-unit 211 has a supply unit 2111 that generates the current in the second connecting line L2. Furthermore, a measuring resistor R M , which is assigned to a measuring device 112 , which detects the current in the second connecting line L2, is arranged in the first interface subunit 211 in the second connecting line L2. On the output side, the measuring device 2112 is electrically conductively connected to a jump unit 2113 and a diagnosis unit 2114 . The jump unit 2113 has circuit means for detecting a current jump in the second connecting line L2, the amplitude of which corresponds to the current change which results when the current source 116 of the first or second sensor unit 11 , 12 assigned to the respective inverting isolating amplifier 114 is switched on or off. thus 7 mA in the preferred embodiment.
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.The jump unit 2113 is thus a demodulator in its function, which demodulates the pulse-width modulated current signal of the second connecting line L2, translates it into a temporally proportional digital voltage signal and forwards this digital signal to the computing unit 22 for further processing.
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.In the diagnostic unit 2114 , switching means are arranged in such a way that they can determine errors in the sensor device 1 or the connecting line L2 by evaluating the current measured by the measuring device 2112 and by monitoring the output voltage of the supply unit 2111 . The diagnostic device 2114 is connected on the output side to the computing unit 22 .
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.Depending on the respective pulse width of the signal received by the jump unit 2113 , the computing unit then determines the value of the measured variable which it was detected by the sensor device 1 .
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 tP die Periodendauer der Pulsweitenmodulation. Die jeweilige Pulsbreite, z. B. tB, ist ein Maß für den Wert des jeweils erfassten Sensorsignals.In FIG. 4, the waveforms of the output line S1_O are the first sensor unit 12, the complementary Ausgangslei tung S1_O_INV the first sensor unit 12, the Ausgangslei tung S2_O the second sensor unit 12, the complementary output line S2_O_INV the second sensor unit 12, the first connection line L1, the second Connection line L2, the status lines ST1, ST2 and the enable lines EN1, EN2 plotted over time t. A reference time is designated by t 0 and the period of the pulse width modulation by t P. The respective pulse width, e.g. B. t B , is a measure of the value of the sensor signal recorded in each case.
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.As from the current flow in the first and second connection line L1 and L2 can be seen, the modulation takes place complementary and thereby it is achieved that the sum of the Currents through the first and second connection lines L1 and L2 always has a constant value. This is a ge rings EMC radiation guaranteed, which still reduce it It can be provided that the first and second connection lines lines are designed as twisted lines.
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.The sensor device 1 is characterized in that it is only connected to the control device 2 via the first and second connecting lines L1, L2. This results in a considerable saving in lines, which leads to a significant reduction in the cost of installing such a sensor device in a motor vehicle. If the sensor device detects the pedal value of an accelerator pedal, only two lines have to be routed and sealed through the so-called firewall between the passenger compartment of the motor vehicle and the engine compartment.
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.The sensor device can also transmit sensor signals to the control device 2 even in the event of failure of a sensor unit 11 or 12 and in the event of a line break in one of the connecting lines L1 and L2, which ensures a very high degree of safety and reliability. A corresponding diagnosis of which error is present can then be carried out by evaluating the currents in the connecting lines L1 and L2.
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.It is also advantageous if the output signal of the sensor element 112 is provided in digital serial form. Then the computing unit does not need an analog-digital converter before it averages the value of the measured variable to be recorded.
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.It is also advantageous if via the connecting lines L1, L2 transmit status information of the sensor devices be. This is a more precise diagnosis of the sensor setup tion possible by the control device.
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