DE10234605A1

DE10234605A1 - Diagnosevorrichtung für eine Antenne

Info

Publication number: DE10234605A1
Application number: DE10234605A
Authority: DE
Inventors: Jacques Rocher
Original assignee: Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-02-13
Also published as: FR2828286A1; FR2828286B1; US7126344B2; US20030034925A1

Abstract

Die Diagnosevorrichtung für eine Antenne mit einer Spule (20), die einerseits mit einem Referenzpotential und andererseits mit einem Ausgang eines Verstärkers (12) verbunden ist, hat zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren (C2, C3), von denen ein erster Kondensator (C2) mit der Spule (20) parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator (C3) zwischen einen Anschluss der Spule (20) und das Referenzpotential geschaltet ist. Die Diganosevorrichtung wird zum Detektieren des Vorhandenseins der Antenne in einem Fernsteuersystem eines Kraftfahrzeuges verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung für eine Antenne, insbesondere eine Antenne, die in einem fernsteuerbaren System, insbesondere Schließ- und Entriegelungssystem, eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.

Ein fernsteuerbares Schließ- und Entriegelungssystem ermöglicht einen Zugang in das Fahrzeug und das Starten desselben, ohne dass ein mechanischer Schlüssel verwendet werden muss. Der Benutzer des Fahrzeugs hat dann lediglich eine elektronische Karte (im folgenden auch Chip genannt), die von einer Steuervorrichtung detektiert und erkannt wird, welche an Bord des Fahrzeuges angeordneten Antennen zugeordnet ist. Wenn der Chip von der Steuervorrichtung als für das Fahrzeug autorisierter Chip erkannt ist, kann der Träger des Chips ins Fahrzeuginnere gelangen, indem er lediglich einen Türgriff erfasst, und das Kraftfahrzeug durch einfaches Einwirken auf einen Knopf starten.

Allgemein gesprochen, dient bei einem derartigen fernsteuerbaren System eine Antennengruppe zum Detektieren des Vorhandenseins des Chips außerhalb des Fahrzeugs und eine andere Antennengruppe zum Detektieren des Vorhandenseins des Chips im Innenraum des Fahrzeugs. Wenn ein autorisierter Chip außerhalb des Fahrzeugs detektiert wurde, ermöglicht das Steuersystem den Zugang zum Fahrzeug, ohne gleichzeitig einen Start zu ermöglichen; wenn sich dagegen der Chip im Innenraum des Fahrzeugs befindet, ist ein Anlassen des Motors möglich.

Um die Ortung des Chips zu verwirklichen, wird ein Signal an eine Antennengruppe gesendet, die dann eine entsprechende Abstrahlung bewirkt, während den anderen Antennen kein Signal zugeführt wird, so dass diese stumm bleiben. Die verwendeten Antennen sind Niederfrequenz-Antennen (LF-Antennen für Low Frequency), die ein Magnetfeld abstrahlen, dessen Frequenz üblicherweise bei 125 kHz liegt und das eine beschränkte Reichweite hat, wodurch eine gute Ortung des entsprechenden Chips ermöglicht wird. Der Dialog zwischen den inneren Antennen und dem Chip ist natürlich von anderer Art als der Dialog zwischen den äußeren Antennen und dem Chip. Dies ermöglicht es, dass der Chip schon vorher die erwartete Antwort durch das Fahrzeug erkennt. Diese Antwort wird üblicherweise durch die Abstrahlung eines RF-Signals einer Frequenz verwirklicht, die im allgemeinen um ungefähr 433 MHz liegt.

Jede Antenne entspricht elektrisch einer Spule und ist im Fahrzeug entsprechend der gewünschten Abstrahlzone angeordnet. Eine elektronische Vorrichtung, durch die ein Signal erzeugt, moduliert und an die Spule abgegeben werden kann, ist der Antenne zugeordnet. Diese elektronische Vorrichtung ist im allgemeinen in das Betriebssteuergerät integriert, das in den Fahrzeugen zur elektronischen Steuerung im Fahrzeuginneren vorgesehen ist. Die Antenne ist dann an dem Betriebssteuergerät mittels eines Kabels und Verbindern angeschlossen.

Eine Schwierigkeit, die hierbei auftritt, besteht darin, sicherzustellen, dass die Antenne mit dem Betriebssteuergerät richtig verbunden ist. Tatsächlich ist eine fehlerhaft angeschlossene Antenne schwer zu erkennen, und sie kann einige Funktionsstörungen des fernsteuerbaren Systems verursachen.

Die vorliegende Erfindung hat somit zum Ziel, eine Diagnosevorrichtung zu schaffen, mit der das Vorhandensein einer Antenne sowie ihr einwandfreier Anschluss an dem Betriebssteuergerät detektiert werden können. Darüber hinaus soll die Diagnosevorrichtung konstruktiv einfach sein, geringe Herstellungskosten haben und ohne weiteres in eine Antenne oder in ihren zugehörigen Rechner integrierbar sein.

Zu diesem Zweck geht die Erfindung aus von einer Diagnosevorrichtung für eine Antenne mit einer Spule oder einem ähnlichen Bauelement, die bzw. das einerseits mit einem Referenzpotential und andererseits mit einem Ausgang eines Verstärkers verbunden ist.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass sie zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren aufweist, von denen ein erster Kondensator zu der Spule parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator zwischen einen Anschluss der Spule und das Referenzpotential geschaltet ist.

Eine derartige Diagnosevorrichtung ermöglicht eine Messung der Spannung an den Anschlüssen des zweiten Kondensators zum Kontrollieren des Vorhandenseins oder Fehlens der Antenne. Durch Wahl geeigneter Werte für die Kapazitäten der Kondensatoren können die Spannungen, die im Fall des Vorhandenseins oder Fehlens der Antenne gemessen werden, sehr unterschiedlich sein, was das Detektieren des Fehlens oder Vorhandenseins der Antenne erleichtert.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Kondensator, der zu der Spule parallel geschaltet ist, einen Schwingkreis starker Impedanz bei der Abstrahlfrequenz der Antenne bildet. Die Abstrahlfrequenz der Antenne beträgt beispielsweise 125 kHz. Der zur Spule parallel geschaltete Kondensator ermöglicht somit eine Begrenzung des Stroms am Ausgang des Verstärkers.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Kapazität des zu der Spule parallel geschalteten ersten Kondensators mindestens fünfmal kleiner als die Kapazität des zwischen die Spule und das Bezugspotential geschalteten zweiten Kondensators ist, um an den Anschlüssen des zweiten Kondensators bei vorhandener und fehlender Antenne unterschiedliche Spannungspegel zu erhalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein dritter Kondensator zwischen den Verstärker und die Spule geschaltet ist, um eine möglicherweise vorhandene kontinuierliche Komponente des Signals des Verstärkers zu unterdrücken. Die Kapazität des dritten Kondensators ist beispielsweise im wesentlichen gleich der Kapazität des zweiten Kondensators.

Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kapazität des zu der Spule parallel geschalteten ersten Kondensators zwischen 1 und 100 nF beträgt, während die Kapazität des zweiten Kondensators und des dritten Kondensators zwischen 0,5 und 10 µF beträgt. Diese Werte sind an eine Antenne angepasst, die zum Abstrahlen von Signalen einer Frequenz von 125 kHz dient und eine Induktanz in der Größenordnung von 38 µH hat, was Antennen entspricht, wie sie üblicherweise für fernbedienbare Schließ- und Entriegelungssysteme in Kraftfahrzeugen verwendet werden.

Zum Messen der Spannung an den Anschlüssen des zweiten Kondensators weist die Diagnosevorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhafterweise einen Mikroprozessor auf, der eine Messung der Spannung an den. Anschlüssen dieses Kondensators ermöglicht.

Eine Diagnosevorrichtung für mehrere Antennen ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sie eine Diagnosevorrichtung wie oben beschrieben für jede der Antennen sowie einen Multiplexer aufweist, der eine Verbindung eines Eingangs eines Mikroprozessors zum Messen der Spannung an den Anschlüssen jedes zweiten Kondensators mit jeder der Antennen ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung für die Abgabe von Signalen mit Hilfe von Antennen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens eine Diagnosevorrichtung wie oben beschrieben aufweist.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Flussdiagramm zum Erläutern der Funktionsweise einer Antenne und
Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild einer Diagnosevorrichtung gemäß der Erfindung.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf eine Antenne, die an einem Kraftfahrzeug angebracht ist und in einem fernsteuerbaren System verwendbar ist, das dem Träger eines Chips den Zugang zu dem Fahrzeug und/oder das Starten des Fahrzeuges ohne Verwendung eines mechanischen Schlüssels erlaubt. Ein derartiges System ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht im einzelnen beschrieben. Im Zusammenhang mit einem derartigen System ist es ferner bekannt, Antennen zu verwenden, die niederfrequente Signale (LF-Signale) abstrahlen, um mit einem möglicherweise in der Nähe befindlichen Chip zu kommunizieren. Die in derartigen Systemen üblicherweise verwendete Frequenz beträgt 125 kHz. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf eine derartige Antenne, die Signale dieser Frequenz abstrahlen kann. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch bei Antennen verwendbar ist, die Signale einer anderen Frequenz abstrahlen und für andere Einsatzzwecke geeignet sind.
Damit die Antenne 2 in herkömmlicher Weise ein Signal abstrahlen kann, wird ein Signalgenerator 4 zum Erzeugen sinusförmiger Signale einer Frequenz von 125 kHz verwendet. Im Anwendungsfall eines fernsteuerbaren Systems dient das Signal dazu, Daten an ein Chip zu übertragen. Eine Steuervorrichtung 6 liefert die Daten, ehe sie von der Antenne 2 übertragen werden. Das sinusförmige Signal von 125 kHz und die zu übertragenden Daten werden in einen Modulator 8 eingegeben, der das Signal und die Daten "sampelt", um das abzustrahlende Signal zu erzeugen.
Dieses Signal durchläuft dann einen Verstärker 10, der üblicherweise als "Driver" bezeichnet wird.
Alle diese Bauelemente, und zwar der Signalgenerator 4, die Steuervorrichtung 6, der Modulator 8 und der Verstärker 10 sind im allgemeinen in demselben Gehäuse bzw. Rechner untergebracht, das bzw. der an der Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Antenne 2 ist ihrerseits mit Abstand zu diesem Gehäuse angeordnet und beispielsweise in einen Türgriff oder in den Fahrzeugboden integriert, je nach dem Bereich, in dem sie das Signal abstrahlen soll. Ein Anschlusskabel ermöglicht dann eine Verbindung der Antenne 2 mit seinem Rechner mit Hilfe von Verbindern. Im allgemeinen sind mehrere Antennen ein und demselben Rechner zugeordnet.
Eine Schwierigkeit, die hierbei auftritt, besteht darin, sicherzustellen, dass jede Antenne mit dem Rechner einwandfrei verbunden ist, um eine fehlerfreie Funktion des fernsteuerbaren Systems sicherzustellen. Die Fig. 2 zeigt eine Diagnosevorrichtung in Form einer Schaltung, mit der das Vorhandensein oder Fehlen einer Antenne in einfacher Weise kontrolliert werden kann.
In dieser Figur sind eine Spule 20 entsprechend der Antenne 2 der Fig. 1 sowie ein Verstärker 12 und drei Kondensatoren C1, C2 und C3 dargestellt. Eine strichpunktierte Linie 14 deutet eine Gehäusewand des Rechners an, mit dem die Antenne 2 verbunden ist. Die links von der strichpunktierten Linie 14 dargestellten Bauelemente (Verstärker 12 und Kondensatoren) befinden sich im Gehäuse des Rechners, während die rechts angeordneten Bauelemente (Spule) sich außerhalb des Rechners befinden.
Der Verstärker 12 wird mit einer Spannung Valim gespeist, deren Größe im folgenden mit 24 V angenommen wird. Am Ausgang des Verstärkers 12 befindet sich der Kondensator C1. Ein derartiger Kondensator ist im Fall eines Senders fast immer am Verstärkerausgang vorhanden. Er dient dazu, die kontinuierliche Komponente des Ausgangssignals des Verstärkers zu unterdrücken, um ein reines Wechselsignal der abstrahlenden Spule 20 zuzuführen.
Die Spule 20 ist bei einem herkömmlichen Sender dann zu dem Kondensator C1 in Reihe geschaltet, und zwar zwischen diesem und einem Referenzpotential. Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei weitere Kondensatoren vorgesehen. Der Kondensator C2 ist zu der Spule 20 parallel geschaltet, während der Kondensator C3 zwischen das Referenzpotential und der die Resonanzschaltung des Kondensators C2 und der Spule 20 bildenden Anordnung in Reihe geschaltet ist.
Somit befinden sich am Ausgang des Verstärkers 12 die in Reihe geschalteten drei Kondensatoren C1, C2 und C3, während die Spule 20 zu dem Kondensator C2 parallel geschaltet ist. Man bezeichnet dann mit V1 die Spannung zwischen dem Referenzpotential, beispielsweise der Masse des Rechners, und dem Verstärkerausgang, d. h. den Anschlüssen der drei Kondensatoren, mit V2 die Spannung an den Anschlüssen der Kondensatoren C2 und C3, und mit V3 die Spannung-an den Anschlüssen des Kondensators C3. Die Induktanz der Spule 20 wird mit L bezeichnet.
Die Anordnung der drei Kondensatoren C1, C2 und C3 bildet eine Diagnoseschaltung, und eine Messung der Spannung V3 ermöglicht die Erkenntnis, ob die Antenne 2 (oder die Spule 20) mit dem Rechner fehlerfrei verbunden ist. In der Fig. 2 sind die zwischen dem Rechner und der Antenne 2 vorhandenen verschiedenen Verbinder nicht dargestellt; sie sind jedoch im allgemeinen erforderlich wegen des Abstandes zwischen der Antenne 2 und ihrem Rechner.
Der Kondensator C2 ermöglicht eine Reduzierung des Stroms am Ausgang des Verstärkers 12. Die an die Antenne abgegebenen Signale haben eine Frequenz von 125 kHz (LF-Signal), und der von der Spule 20 mit der Induktanz L und dem Kondensator C2 gebildete Schwingkreis hat eine hohe Impedanz bei dieser Frequenz.
Der Kondensator C3 schützt seinerseits die Antenne gegen einen möglichen Kurzschluss, der sich am +-Pol der den Sender speisenden Batterie entwickeln kann.
Zu Veranschaulichungszwecken werden im folgenden beispielhafte numerische Werte angegeben:
C1 = C3 1 = µF
C2 = 82 nF
L = 38 µH (entsprechend der Induktanz der LF-Antennen, wie sie im allgemeinen bei fernsteuerbaren Systemen von Kraftfahrzeugen verwendet wird).
Bei diesem Beispiel ist der Wert von C2 an den Wert von L angepasst, um einen LC-Schwingkreis mit einer Frequenz von 125 kHz zu erhalten.
Die Spannung V1 entsprechend dem Verstärkerausgang beträgt dann:
V1 = Valim/2
mit Valim = 24 V und V1 = 12 V.
Eine Messung von V3 ermöglicht eine Diagnose des Fehlens oder Vorhandenseins der Spule 20, wie im folgenden gezeigt wird.
Wenn die Spule 20 angeschlossen ist, ist sie zu dem Kondensator C2 parallel geschaltet, und sie schließt diesen kurz. Daher gilt:
V2 = V3.
Wenn an den Verstärker 12 Spannung angelegt wird und kein Signal abgegeben wird, laden sich die Kondensatoren C1 und C3 auf, und die Spannung an ihren Anschlüssen hängt von ihrer Kapazität ab. Weiter oben wurde angenommen, dass C1 = C3. Aus diesem Grund ist die Spannung an den Anschlüssen von C1 die gleiche wie die an den Anschlüssen von C3, und zwar V1 - V2 = V3, und man erhält dann:
V3 = Valim/4
mit Valim = 24 V und V3 = 6 V.
Wenn dagegen die Spule 20 nicht angeschlossen ist, lädt sich der Kondensator C2 zur selben Zeit wie die beiden anderen Kondensatoren auf. Es gilt dann:
C2.(V2 - V3) = C3.V3
mit V3 = V2.C2/(C2 +C3)
In der gleichen Weise gilt:
(V2 - V3).C2 = (V1 - V2).C1
Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich:
V3 = V1.(C1/(C1+(C2.C3)/(C2+C3)).C2/(C2+C3).
Es zeigt sich, dass der Wert von C2 klein ist relativ zu den Werten von C1 und C3. Es gilt hier sogar 10.C2 < C1. In diesem Fall stellt man fest:
V3 < Valim/20.
Mit den oben angegebenen numerischen Werten erhält man V3 = 0,84 V.
Es zeigt sich somit, dass der Wert von V3 einem großen Logikpegel entspricht, wenn die Spule 20 angeschlossen ist, wogegen dieser Logikpegel klein ist, wenn die Spule 20 nicht angeschlossen ist.
Diese beiden Spannungspegel können durch einen Mikroprozessor gemessen werden, der sich in dem Rechner befindet. Zu diesem Zweck kann ein analoger Eingang vorgesehen werden, um in diesen das Signal V3 einzugeben. Wenn der Rechner mehrere Antennen versorgt, wird vorteilhafterweise ein analoger Multiplexer dazu verwendet, den analogen Eingang des Mikroprozessors an den Diagnoseschaltungen jeder Antenne anzuschließen. Jede Antenne besitzt dann eine Diagnoseschaltung der oben angegebenen Art, und ein einziger Mikroprozessor wird zum Messen der Spannung V3 dieser Schaltungen verwendet.
Die drei Kondensatoren C1, C2 und C3 werden hier als kapazitive Teilerbrücke verwendet. In dem Fall, dass die Antenne korrekt angeschlossen ist, ist diese kapazitive Brücke im Gleichgewicht.
Die oben vorgeschlagene Diagnoseschaltung bietet clie Möglichkeit, mit geringen Kosten das Vorhandensein der Antenne sowie einen korrekten Anschluss derselben zu verifizieren. Wenig Bauelemente (zwei Kondensatoren) sind zum Verwirklichen dieser Schaltung erforderlich, und außerdem handelt es sich um handelsübliche Produkte. Das Vorhandensein dieser Diagnoseschaltung am Ausgang des Rechners führt im übrigen zu keiner Modifizierung der elektrischen Parameter der der Antenne zugeführten Signale. Ein weiterer Vorteil dieser Diagnoseschaltung besteht darin, dass mit ihr zusätzlich zum Detektieren des Vorhandenseins oder Fehlens der Antenne ein Kurzschluss der Spule oder der Antenne gemessen werden kann: Wenn die Antenne zur Masse kurzgeschlossen ist, wird der niedrige Spannungspegel detektiert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. So sind die angegebenen numerischen Werte lediglich als Beispiel zu verstehen. Die Kapazitäten der Kondensatoren werden ihr jede Antenne in Abhängigkeit von insbesondere der Impedanz oder Induktanz derselben und der Frequenz der von ihr abgestrahlten Signale bestimmt. Außerdem können für die gegebenen Werte von Frequenz und Induktanz die Werte der Kapazitäten innerhalb eines relativ großen Bereiches variieren. Bei dem oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel muss der Wert von C3 nicht notwendigerweise gleich dem Wert von C1 sein. Er ist lediglich der Einfachheit halber vorzugsweise von der gleichen Größenordnung. Ebenso ist C2 vorzugsweise deutlich kleiner als C1 und C3. Wie jedoch die Rechnungen zeigen, lassen sich auch andere Werte finden, um in einem Fall einen niedrigen Spannungspegel und HTL anderen Fall einen hohen Spannungspegel zu erhalten.
Schließlich wurde das obige Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Antenne für ein ferngesteuertes System eines Kraftfahrzeuges beschrieben; es sind jedoch auch andere Anwendungen möglich, bei denen eine Antenne mit ihrem "Driver" verbunden ist und einen Abstand von diesem hat.

Claims

1. Diagnosevorrichtung für eine Antenne (2) mit einer Spule (20) oder einem ähnlichen Bauelement, die bzw. das einerseits mit einem Referenzpotential und andererseits mit einem Ausgang eines Verstärkers (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren (C2, C3) aufweist, von denen ein erster Kondensator (C2) zu der Spule (20) parallel geschaltet ist und der zweite Kondensator (C3) zwischen einen Anschluss der Spule (20) und das Referenzpotential geschaltet ist.

2. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (C2), der zu der Spule (20) parallel geschaltet ist, einen Schwingkreis starker Impedanz bei der Abstrahlfrequenz der Antenne bildet.

3. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des zu der Spule parallel geschalteten ersten Kondensators (C2) mindestens fünfmal kleiner als die Kapazität des zwischen die Spule (20) und das Bezugspotential geschalteten zweiten Kondensators (C3) ist.

4. Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Kondensator (C1) zwischen den Verstärker (12) und die Spule (20) geschaltet ist, um eine möglicherweise vorhandene kontinuierliche Komponente des Signals des Verstärkers zu unterdrücken.

5. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des dritten Kondensators (C1) im wesentlichen gleich der Kapazität des zwischen die Spule und das Referenzpotential geschalteten zweiten Kondensators (C3) ist.

6. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des zu der Spule (20) parallel geschalteten ersten Kondensators (C2) zwischen 1 und 100 nF beträgt, während die Kapazität des zweiten Kondensators (C3) und des dritten Kondensators (C1) zwischen 0,5 und 10 µF beträgt.

7. Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Mikroprozessor aufweist, der eine Messung der Spannung (V3) an den Anschlüssen des zweiten Kondensators (C3) ermöglicht.

8. Diagnosevorrichtung für mehrere Antennen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für jede der Antennen sowie einen Multiplexer aufweist, der eine Verbindung eines Eingangs eines Mikroprozessors zum Messen der Spannung an den Anschlüssen jedes zweiten Kondensators mit jeder der Antennen ermöglicht.

9. Steuervorrichtung für die Abgabe von Signalen mit Hilfe von Antennen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.