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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung einer elektrischen
Baugruppe in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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In
der Kfz-Industrie erlangen Elektroniksysteme zur Steigerung der
Sicherheit, wie beispielsweise Insassenschutzsysteme zur Erhöhung
der Sicherheit der Fahrzeuginsassen, oder Bremsassistenzsysteme,
zur Optimierung der Bremsfunktionalität bzw. des Bremsweges
immer mehr an Bedeutung.
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Zur
Sicherstellung der Systemanforderungen, beispielsweise der geforderten
schnellen Auslösezeiten bei den Insassenschutzsystemen
ist es mittlerweile zum Stand der Technik geworden, dass derartige
Insassenschutz-Systeme aus einem vorzugsweise zentral angeordnetem
Steuergerät (Zentralgerät), sowie einer Mehrzahl
von so genannten ausgelagerten Assistenzsensoren (ausgelagerten
Satelliten), welche meist in der Nähe der Fahrzeugaußenhaut
angeordnet sind, realisiert sind.
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Die
Assistenzsensoren für Insassenschutzsysteme können
hierbei auf unterschiedlichen Wirkprinzipien beruhen. Meist werden
hierzu jedoch Sensoren zum Einsatz gebracht, welche auf Beschleunigung
oder Druck reagieren.
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Ebenso
zum Stand der Technik gehören bei den Bremsassistenzsystemen
sogenannte Raddrehzahlsensoren, welche sich als ausgelagerte Sensoren
direkt vor Ort an den Bremseinrichtungen befinden, um beispielsweise
in Verbindung mit dem Bremselektroniksystem eine ABS-Funktionalität
abbilden bzw. erfüllen zu können.
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Die
Assistenzsensoren für Bremsassistenzsysteme sind in der
Regel etwas einfacher realisiert und basieren hierbei meist auf
dem Prinzip eines Halleffekts, bzw. es gelangen hierbei sogenannte Hallsensoren
zum Einsatz.
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Eine
Gemeinsamkeit dieser unterschiedlichen Assistenzsensoren ist darin
zu sehen, dass alle Assistenzsensoren Daten bzw. Informationen erfassen,
und diese erfassten Informationen bzw. Daten, per Schnittstelle
an das jeweilige „Zentralsteuergerät" bzw. entsprechende „Zentralelektronik" übermittelt.
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Als
Zentralgerät bzw. Zentralelektronik sind hierbei die Einheiten
zu verstehen, in diesen der eigentliche Algorithmus (μC)
implementiert ist, wobei sich diese Einheiten nicht zwangsläufig
in der Zentrale (Mitte) des Fahrzeugs befinden müssen.
Der Einfachheit wegen, wird nachfolgend nur noch der Begriff „Zentralgerät"
verwendet.
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Anhand
der Vielzahl dieser Assistenzsensoren im Fahrzeug, werden die Schnittstellen
hierbei meist als sogenannte Zwei-Draht-Schnittstellen realisiert,
um den Verkabelungsaufwand auf das nötigste zu begrenzen
zu können. Die Besonderheit bei diesen sogenannten Zwei-Draht-Schnittstellen
ist darin zu sehen, dass mittels dieser Schnittstelle sowohl die Energieversorgung
des Assistenzsensors wie auch die Datenübertragung vom
Assistenzsensor zum Zentralgerät erfolgt, indem die zu übertragenden
Daten vom Assistenzsensor per Strommodulation auf den vom Zentralgerät
bereitgestellten Versorgungsstrom aufmoduliert werden.
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Aus
der Schrift
DE 196
09 290 C2 ist beispielsweise ein Airbagsystem bekannt,
bei diesem mittels Strommodulation bei einer Zwei-Draht-Schnittstelle,
die Daten von den Assistenzsensoren zum Zentralgerät übertragen
werden.
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Aus
der Schrift
DE 103
21 679 B4 ist beispielsweise ein weiteres Insassenschutzsystem
bekannt, bei diesem mittels Strommodulation bei einer Zwei-Draht-Schnittstelle,
die Daten von den Assistenzsensoren zum Zentralgerät übertragen
werden.
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Als
Nachteil bei all diesen offenbarten Realisierungen kann betrachtet
werden, dass die Assistenzsensoren über eine erhöhte
Spannungsfestigkeit verfügen müssen, um resistent
gegen Leck- und Kurzschlüsse gegenüber Spannungsführenden
Leitungen zu sein, insbesondere dann wenn diese Leitungen ein erhöhtes
Spannungspotential gegenüber Fahrzeugmasse aufweisen, da
gemäß einschlägigen Kfz-Spezifikations-Anforderungen
alle Leitungen kurzschlusssicher gegen Fahrzeugmasse und Fahrzeugbatterie
realisiert sein müssen.
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Diese
Forderung bedeutet letztendlich, dass die Assistenzsensoren bzw.
die sich darin befindlichen elektronischen Schaltungen/Komponenten (meist
als ASIC/Halbleiter realisiert) gemäß dem Stand
der Technik eine Spannungsfestigkeit von ca. 30 Volt aufweisen müssen,
um resistent gegenüber einem Kurzschluss zu einer Spannungsführenden Leitung
zu sein, wenn zeitgleich der Betriebszustand „Jump-Start"
vorliegt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung vorzustellen,
welche es ermöglicht, dass bei der Realisierung der Assistenzsensoren
kostengünstige Halbleiterprozesse zum Einsatz gelangen
können und andererseits die Spannungsfestigkeit insgesamt
gewährleistet bleibt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen
und Weiterbildungen einzelner Merkmale untereinander denkbar sind.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen
und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Masse-Rückleitung
der Zwei-Draht-Schnittstelle, in Abhängigkeit der tatsächlichen
vorhandenen Spannung an der Versorgungsleitung der Zwei-Draht-Schnittstelle,
spannungsmäßig in der Art verändert bzw.
angepasst/nachgeführt wird, sodass die sich ergebende Differenz
zwischen den beiden Leitungen der Zwei-Draht-Schnittstelle, zu keinem
Zeitpunkt eine vorgegebene Grenzwertspannung überschreiten kann.
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Die
Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert.
Im folgenden können für funktional gleiche und/oder
gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Es
zeigen:
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Die
Zeichnungen zeigen in
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1:
Eine Prinzip-Darstellung eines Zentralgerätes mit einem
ausgelagerten Satelliten, sowie dessen Anbindung an das Zentralgerät
mittels einer Zwei-Draht-Schnittstelle, gemäß dem
Stand der Technik.
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2:
Eine Prinzip-Darstellung analog der 1, wobei
ein Kurzschluss der Zwei-Draht-Schnittstelle gegenüber
einer Spannungsführenden Leitung gezeigt ist.
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3:
Eine Prinzip-Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen
Lösungsbeispiels
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4:
Eine Prinzip-Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen
Lösungsbeispiels.
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5:
Eine Prinzip-Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen
Lösungsbeispiels.
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Die 1 zeigt
eine Prinzip-Darstellung eines Zentralgerätes (2)
mit einem ausgelagerten Satelliten (3) als zu versorgende
Baugruppe sowie dessen Anbindung an das Zentralgerät mittels
einer Zwei-Draht-Schnittstelle (8.1, 8.2) gemäß dem
Stand der Technik.
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Wie
aus der Figur ersichtlich ist, ist das Zentralgerät (2)
(ECU/Steuergerät) mittels zwei Leitungen 5.1 (UBatt)
und 5.2 (Masse) an das Kfz-Bordnetz angeschlossen, um daraus
das zentralgeräteinterne Netzteil (2.2) zu versorgen,
welches die für das System erforderlichen Spannungen generiert.
Wie aus der Figur weiter ersichtlich ist, weist das Zentralgerät eine
Spannungsquelle (2.3.1), zur Versorgung des Assistenzsensors/Satelliten
(3), sowie eine Strom-Aufbereitungsschaltung (2.3.2),
zur Erfassung des modulierten Stromes auf der Versorgungsleitung (8.1),
auf. Die somit ermittelte Stromsignalinformation wird dem μC
(2.1) zur weiteren Verarbeitung bereit gestellt. Die Spannungsquelle
(2.3.1) sowie die Strom-Aufbereitungsschaltung (2.3.2)
sind vorzugsweise als ASIC (2) bzw. Halbleiterschaltung
(2) realisiert.
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Der
Assistenzsensor (3) bzw. auch Satellit (3) genannt,
ist ebenso wie das Zentralgerät nur prinzipiell dargestellt,
und besteht aus dem Sensorelement (3.2), einem μC
(3.1) (alternativ einer hart verdrahteten Logik), sowie
einer Strom-Modulationseinheit (3.3), mittels dieser dem
Satellitenversorgungsstrom auf der Versorgungsleitung (8.1)
eine Stromsignalinformation (4) aufmoduliert werden kann.
Die Masse-Rückleitung (8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle,
ist im Zentralgerät (2) direkt bzw. niederohmig
mit Masse verbunden.
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Die 2 zeigt
eine Prinzip-Darstellung analog der 1, wobei
ein Kurzschluss (6) an der positiven Versorgungsleitung
(8.1) der Zwei-Draht-Schnittstelle gegenüber einer
Spannungsführenden Leitung (7) gezeigt ist. Wie
aus der Darstellung weiter ersichtlich ist, kann die Leitung (7), welche
im typischen Fall die Kfz-Batteriespannung (Toleranzbereich von
6 V bis 16,5 Volt) führt, im Falle eines „Jump-Starts"
27 Volt Spannungspotential aufweisen, wobei diese Spannung infolge
des Kurzschlusses (6) dann am Sensor (3) ansteht.
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Die 3 zeigt
eine Prinzip-Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen
Lösungsbeispiels zur Erlangung des gewünschten
Effektes. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird die Masse-Rückleitung
(8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle, in Abhängigkeit
der tatsächlichen vorhandenen Spannung an der Versorgungsleitung
(8.1) der Zwei-Draht-Schnittstelle, spannungsmäßig
mit der Regeleinheit (2.4) in der Art verändert
bzw. angepasst/nachgeführt wird, sodass die sich ergebende
Differenz zwischen den beiden Leitungen (8.1, 8.2)
der Zwei-Draht-Schnittstelle, zu keinem Zeitpunkt eine vorgegebene
Grenzwertspannung überschreiten kann, wobei die gewünschte bzw.
maximal zulässige Differenzspannung mittels der Zenerdiode
(2.5) vorgegeben wird.
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Wie
aus der Darstellung ersichtlich ist, wird mit der Regeleinheit (2.4)
in Verbindung mit der Zenerdiode (2.5) das Potential der
Masse-Rückleitung (8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle
im Prinzip solange gegen Masse gehalten, solange die Spannungsdifferenz
zwischen den beiden Leitungen (8.1, 8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle
die Zenerspannung der Zenerdiode (2.5) nicht erreicht hat.
Nimmt die Versorgungsleitung (8.1) der Zwei-Draht-Schnittstelle
hingegen eine Spannung an, welche größer ist als
die Zenerspannung der Zenerdiode (2.5), so wird im Prinzip
das Potential der Masse-Rückleitung (8.2) der
Zwei-Draht-Schnittstelle kontinuierlich mittels Hilfe der Regeleinheit
(2.4) um den Betrag nachgeführt, um diesen das
Potential an der Versorgungsleitung (8.1) der Zwei-Draht-Schnittstelle,
die Zenerspannung der Zenerdiode (2.5) überschreitet.
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Neben
dem Vorteil, dass mittels dieser Realisierung im Zentralgerät
(2), der Assistenzsensor (3) bzw. Satellit (3)
(unter Erfüllung der einschlägigen Kfz-Spezifikations-Anforderungen),
nur eine begrenzte Spannungsfestigkeit (deutlich geringer als 27 Volt)
aufweisen muss, und somit günstigere Halbleiterprozesse
bei der Satellitenrealisierung zur Anwendung gelangen können,
kann neben der Spannungs-Robustheit ein weiterer Vorteil erlangt
werden, welcher darin zu sehen ist, dass zusätzlich auch
eine zusätzliche Datenübertragungs-Robustheit
gegenüber Einfachfehlern erlangt werden kann, sofern (wie nicht
näher gezeigt), auch in der Regeleinheit (2.4) eine
Strom-Aufbereitungsschaltung (2.3.2) zur Erfassung des
Modulationsstromes implementiert wird, da dann in diesem Fall (Fehlerfall),
dann die Auswertung des Modulationsstromes über die Masse-Rückleitung (8.2)
der Zwei-Draht-Schnittstelle erfolgen kann. Die genannten Vorteile
sind in analoger Art, auch mittels der nachfolgenden Lösungsbeispiele
gemäß der 4 und 5 erreichbar.
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Die 4 zeigt
eine Prinzip-Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen
Lösungsbeispiels zur Erlangung des gewünschten
Effektes. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird die Masse-Rückleitung (8.2)
der Zwei-Draht-Schnittstelle, in Abhängigkeit der tatsächlichen
vorhandenen Spannung an der Versorgungsleitung (8.1) der
Zwei-Draht-Schnittstelle, spannungsmäßig mit der
Regeleinheit (2.6) in der Art verändert bzw. angepasst/nachgeführt,
sodass die sich ergebende Differenz zwischen den beiden Leitungen
(8.1, 8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle, zu keinem
Zeitpunkt eine vorgegebene Grenzwertspannung überschreiten
kann, wobei die gewünschte bzw. maximal zulässige
Differenzspannung mittels der Zenerdiode (2.5) vorgegeben
wird.
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Wie
aus der für den Fachmann selbsterklärenden Darstellung
wieder ersichtlich ist, wird mit der Regeleinheit (2.6)
in Verbindung mit der Zenerdiode (2.5) das Potential der
Masse-Rückleitung (8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle
im Prinzip solange gegen Masse gehalten, solange die Spannungsdifferenz zwischen
den beiden Leitungen (8.1, 8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle
die Zenerspannung der Zenerdiode (2.5) nicht erreicht hat.
Nimmt die Versorgungsleitung (8.1) der Zwei-Draht-Schnittstelle
hingegen eine Spannung an, welche größer ist als
die Zenerspannung der Zenerdiode (2.5), so wird im Prinzip
das Potential der Masse-Rückleitung (8.2) der
Zwei-Draht-Schnittstelle kontinuierlich mittels Hilfe der Regeleinheit
(2.6) um den Betrag nachgeführt, um diesen das
Potential an der Versorgungsleitung (8.1) der Zwei-Draht-Schnittstelle,
die Zenerspannung der Zenerdiode (2.5) überschreitet.
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Die 5 zeigt
eine Prinzip-Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen
Lösungsbeispiels, zur Erlangung des gewünschten
Effektes. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird die Masse-Rückleitung (8.2)
der Zwei-Draht-Schnittstelle in Abhängigkeit der tatsächlichen
vorhandenen Spannung an der Versorgungsleitung (8.1) der
Zwei-Draht-Schnittstelle, spannungsmäßig mit der
Stromsenke (2.8) in Verbindung mit der Zenerdiode (2.7)
in der Art verändert bzw. angepasst/nachgeführt
wird, sodass die sich ergebende Differenz zwischen den beiden Leitungen (8.1, 8.2)
der Zwei-Draht-Schnittstelle, zu keinem. Zeitpunkt eine vorgegebene
Grenzwertspannung überschreiten kann, wobei die gewünschte
bzw. maximal zulässige Differenzspannung mittels der Zenerdiode
(2.7) vorgegeben wird.
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Wie
aus der für den Fachmann selbsterklärenden Darstellung
wieder ersichtlich ist, wird mit der Stromsenke (2.8) in
Verbindung mit der Zenerdiode (2.7) das Potential der Masse-Rückleitung
(8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle im Prinzip solange gegen Masse
gehalten, solange die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitungen
(8.1, 8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle die Zenerspannung
der Zenerdiode (2.7) nicht erreicht hat. Nimmt die Versorgungsleitung
(8.1) der Zwei-Draht-Schnittstelle hingegen eine Spannung
an, welche größer ist als die Zenerspannung der
Zenerdiode (2.7), so wird im Prinzip das Potential der
Masse-Rückleitung (8.2) der Zwei-Draht-Schnittstelle
kontinuierlich mittels Hilfe der Zenerdiode (2.7) um den
Betrag nachgeführt, um diesen das Potential an der Versorgungsleitung (8.1)
der Zwei-Draht-Schnittstelle, die Zenerspannung der Zenerdiode (2.7) überschreitet.
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Allen
drei gezeigten Lösungen ist gemeinsam, dass zur Erlangung
einer ausgeglichenen Verteilung der Verlustleistung auf dem ASIC
(2) die Verlustleistung in nicht näher gezeigter
Weise durch geeignete Schaltungsmaßnahmen, je auf die beiden Komponenten
Spannungsquelle (2.3.1) sowie Regeleinheit (2.4, 2.6)
bzw. Stromsenke (2.8), prozentual nach Wunsch aufgeteilt
werden kann.
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Abschließend
sei der Vollständigkeit noch angemerkt, dass wie Eingangs
schon erwähnt, es sich bei den genannten Zentralgeräten
nicht zwangsläufig um Elektroniksysteme handelt, welche
sich zwangsläufig direkt in der Zentrale (Mitte) des Fahrzeugs
befinden müssen, sondern das die Elektroniksysteme auch
versetzt von der Mitte angeordnet sein können, sowie bei
den ausgelagerten Satelliten (Assistenzsensoren) im Sinne der Erfindung,
um jede Art von Baugruppen handeln kann, welche als gegenüber
dem Gehäuse potentialfreie Zwei-Pol-Elektronik realisiert
sind, und mittels einer Zwei-Draht-Schnittstelle mit dem Zentralgerät
verbunden sind.
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- 1
- Insassenschutzsystem
mit Zentralgerät und Sattelit
- 2
- Zentralgerät
(Steuergerät)
- 2.1
- μC
- 2.2
- Netzteil/Spannungsaufbereitung
- 2.3
- ASIC/Halbleiter
- 2.3.1
- Spannungsquelle
- 2.3.2
- Strom-Aufbereitungsschaltung
- 2.4
- Regeleinheit
- 2.5
- Zenerdiode
- 2.6
- Regeleinheit
- 2.7
- Zenerdiode
- 2.8
- Stromsenke
- 3
- Satellit/Assistenzsensor
- 3.1
- μC
- 3.2
- Sensor
- 3.3
- Strom-Modulationseinheit
- 4
- Information/Daten,
in Form eines aufmodulierten Stromes
- 5.1
- Bordnetzversorgung „Plus"/UBatt.
(Klemme 15)
- 5.2
- Bordnetzversorgung „Masse"
(Fahrzeugstruktur)
- 6
- Kurzschluss
- 7
- Spannungsführende
Leitung
- 8.1
- Versorgungsleitung
der Zwei-Draht-Schnittstelle
- 8.2
- Masse-Rückleitung
der Zwei-Draht-Schnittstelle
- ⟘
- Massepotential
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19609290
C2 [0010]
- - DE 10321679 B4 [0011]