DE19959710A1 - Verfahren zum Übertragen der Ausgangssignale mehrerer Sensoreinheiten sowie elektronisches Steuersystem und Sensoreinheit - Google Patents

Abstract

Bei einem elektronischen Steuersystem mit einer zentralen Steuereinheit (40) und mehreren Sensoren (50, 52, 54, 56) liegen die Sensoreinheiten an einer gemeinsamen Taktleitung (42) und Steuerleitung (44). Die Sensoreinheiten enthalten jeweils eine Andreßeinheit, die derart voreingestellt ist, daß mit zunehmender Anzahl von Taktimpulsen jeweils eine Andreßeinheit aktiviert wird. Die jeweils aktivierte Adreßeinheit aktiviert ein in der Sensoreinheit enthaltenes Schaltelement, das ein in der Sensoreinheit enthaltenes Sensorelement mit der Signalleitung verbindet. Die Schaltung ist derart, daß jeweils nur ein Sensorelement mit der Signalleitung verbunden ist, so daß die Ausgangssignale der Sensorelemente seriell zyklisch einzeln abfragbar sind. Das Steuersystem zeichnet sich durch einfachen und kostengünstigen Aufbau aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen der Aus­ gangssignale mehrerer Sensoreinheiten zu einer zentralen Steuereinheit, ein elektronisches Steuersystem mit einer elektronischen Steuereinheit und mehreren Sensoreinheiten so­ wie eine Sensoreinheit für ein elektronisches Steuersystem.

Aufgrund steigender Komfortbedürfnisse werden in modernen Fahrzeugklimaanlagen zahlreiche Sensoren verwendet, deren Ausgangssignale in einer elektronischen Steuereinrichtung ausgewertet werden und die entsprechend vorbestimmten, in der Steuervorrichtung abgelegten Algorithmen bestimmen, wie Funk­ tionselemente der Klimaanlage angesteuert werden, damit sich vorgewählte Klimabedingungen im Fahrzeuginnenraum einstellen. Die verwendeten Algorithmen können Rückkopplungs-Algorithmen sein, entsprechend denen ein geregelter Betrieb der Klimaan­ lage abläuft, oder rein steuernde Algorithmen sein. Je nach Systemausprägungen werden bis zu zehn oder mehr Sensoren ver­ wendet, mit denen beispielsweise die Außentemperatur, die In­ nentemperatur an verschiedenen Stellen des Innenraums, die Verdampfertemperatur, die Wärmetauschertemperatur, die Kühl­ mitteltemperatur, der Kompressordruck, der Schadstoffgehalt der Zuluft und die Sonneneinstrahlung gemessen werden. Dabei kann die Klimaanlage mehrkreisig ausgebildet sein, so daß einzelne Innenraumbereiche individuell klimatisiert werden können.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer typischen vorbekannten Verschaltung von Sensoren der Klimaanlage mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit:
Sensoren 2, 4, 6 und 8 sowie ggf. weitere Sensoren sind über jeweils eine Signalleitung 10, 12, 14 und 15 mit einer zen­ tralen elektronischen Steuereinheit 20 verbunden. Die Strom- bzw. Spannungsversorgung der Sensoren erfolgt über eine Span­ nungsleitung 22 und eine Masseleitung 24, an denen die Senso­ ren 2, 4, 6 und 8 parallel liegen. In der Steuereinheit 20 werden die über die Signalleitung 10, 12, 14 und 16 gleich­ zeitig und analog zugeführten Ausgangssignale der Sensoren ausgewertet und in der Klimaanlage enthaltene Aktuatoren wer­ den über Ausgänge 26 der Steuereinheit 20 entsprechend ge­ steuert.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist der Aufwand für die Verkabe­ lung zwischen der Steuereinheit 20 und den einzelnen, über das Fahrzeug verteilten Sensoren 2, 4, 6 und 8 erheblich und nimmt proportional zur Anzahl der Sensoren zu, wobei allein der Platzbedarf der Verkabelung eine Grenze bildet.

Bekannt ist, zur Verminderung des Verkabelungsaufwandes in­ telligente Datenbusse einzusetzen, die ebenfalls wegen der dafür erforderlichen Oszillatoren, Bustreiber und so weiter einen hohen Aufwand bedingen und dadurch mit beträchtlichen Kosten verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Übertragen der Ausgangssignale mehrerer Sensoreinheiten zu einer zentralen Steuereinheit zu schaffen, welches einfach und kostengünstig durchführbar ist. Der Erfindung liegt wei­ terhin die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Steuersystem mit einer elektronischen Steuereinheit und mehreren Sen­ soreinheiten zu schaffen, das bei einfachem Aufbau eine si­ chere Signalübertragung von den Sensoreinheiten zu der Steu­ ereinheit ermöglicht.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemä­ ße Verfahren verwendet eine einzige Taktleitung, um die hin­ tereinander an der Taktleitung und der Signalleitung liegen­ den Sensoreinheiten nacheinander und einzelnen zu aktivieren, wobei das Ausgangssignal eines in der jeweiligen Sensorein­ heit enthaltenen Sensorelements über eine allen Sensoreinhei­ ten gemeinsame Signalleitung zu der Steuereinheit übertragen wird. Das vollkommen seriell arbeitende erfindungsgemäße Ver­ fahren ist durch den einfachen Aufbau der dafür erforderli­ chen Steuerung und die Verwendung nur einer Signalleitung für alle Sensoreinheiten kostengünstig durchführbar.

Der auf das Steuersystem gerichtete Teil der Erfindungsaufga­ be wird mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Die Un­ teransprüche 3 bis 9 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuersystems ge­ richtet.

Der Anspruch 10 ist auf den grundsätzlichen Aufbau einer Sen­ soreinheit gerichtet.

Die Erfindung ist überall dort vorteilhaft einsetzbar, wo die Ausgangssignale mehrere Sensoren zu einer zentralen Steuer­ einheit übertragen werden müssen und es auf eine rasche oder gar gleichzeitige Abfrage der Sensoren nicht ankommt. Beson­ ders gut eignet sich die Erfindung zum Einsatz für Fahrzeug­ klimaanlagen, da solche Klimaanlagen verhältnismäßig träge sind und sich die Ausgangssignale der erforderlichen Sensoren zeitlich nur langsam ändern, so daß es ausreicht, die Senso­ ren der Reihe nach mit für eine serielle Datenübertragung ausreichenden Zykluszeiten abzufragen. Die Übertragung der Ausgangssignale der einzelnen Sensorelemente kann analog oder, bei entsprechender Ausrüstung der Sensoreinheiten, di­ gital erfolgen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläu­ tert.

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Steuersystems,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem in den Sen­ soreinheiten enthaltene Schaltelemente seriell in einer Signalleitung liegen,

Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der in den Sen­ soreinheiten enthaltene Schaltelemente paral­ lel an einer Signalleitung liegen,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Sensoreinheit,

Fig. 5 eine Skizze zur Verdeutlichung, wie die Sen­ soreinheiten der Reihe nach an einer Mehrader­ leitung liegen, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild des bereits erläuterten herkömmlichen Steuersystems.

Gemäß Fig. 1 ist eine elektronische Steuereinheit 40, die ei­ nen Mikroprozessor mit zugehörigen Speichereinheiten auf­ weist, über eine einzige Taktleitung 42 und eine einzige Si­ gnalleitung 44 mit einer Mehrzahl von Sensoreinheiten 50, 52, 54 und 56 verbunden, die "perlenschnurartig" der Reihe nach an den Leitungen 42 und 44 liegen. Zur Strom- bzw. Spannungs­ versorgung der Sensoreinheiten dienen eine Spannungsleitung 60 und eine Masseleitung 62, an denen die Sensoreinheiten parallel liegen.

Die Prinzipfunktion des Systems der Fig. 1 ist folgende:
Von dem Steuergerät 40 werden über die Taktleitung 42 Taktim­ pulse gesendet. Mit Hilfe der Taktimpulse 42 werden die Sen­ soreinheiten 50, 52, 54 und 56 der Reihe nach derart ange­ steuert, daß jeweils eine Sensoreinheit aktiviert wird, d. h. daß das Ausgangssignal eines in der jeweiligen Sensoreinheit enthaltenen Sensorelements auf die Signalleitung 44 gelegt wird und auf diese Weise in der Steuereinheit 40 verfügbar ist. Die der Steuereinheit 40 auf diese Weise, beispielsweise unter Verwendung von Analog-/Digitalwandlern, seriell zuge­ führten Ausgangssignale der Sensoreinheiten werden in der Steuereinheit 40 in an sich bekannter Weise weiterverarbei­ tet, so daß sie zur Erzeugung von Ausgangssignalen an Ausgän­ gen 64 der Steuereinheit 40 zur Ansteuerung von Aktuatoren einer Fahrzeugklimaanlage zur Verfügung stehen. In den Steu­ ereinheiten 40 enthaltene Sensorelemente können unterschied­ lichster Bauart sein, beispielsweise Temperatursensoren, Drucksensoren, Strahlungssensoren usw.

Fig. 2 zeigt, wie die einzelnen Sensoreinheiten 50, 52 und 54 hintereinander an der zur Steuereinheit 40 führenden Signal­ leitung 44 liegen. Jede Sensoreinheit weist ein Sensorelement 68 und ein Schaltelement 70 auf, dessen Funktion von einer weiter unten erläuterten, in jeder Sensoreinheit enthaltenen Adreßeinheit entsprechend den über die Taktleitung 42 (Fig. 1) laufenden Taktimpulsen gesteuert wird.

Jede Schalteinheit weist einen Eingangsanschluß 72 und einen Ausgangsanschluß 74 sowie einen Signalanschluß 76 auf, an dem das Ausgangssignal des Sensorelements 68, vorzugsweise eine analoge Spannung, liegt.

Im dargestellten Zustand ist die Sensoreinheit 52 aktiviert, so daß deren Schaltelement 70 das Sensorelement mit dem Ein­ gangsanschluß 72 und damit der Signalleitung 44 verbindet. Die anderen Sensoreinheiten 50 und 54 befinden sich im deak­ tivierten Zustand, in dem Eingangsanschluß und Ausgangsan­ schluß ihrer Schaltelemente miteinander verbunden sind. Wie aus der Fig. 2 unmittelbar ersichtlich, liegt an der Signal­ leitung 44 nur das Ausgangssignal des Sensorelements der Sen­ soreinheit 52.

Die Sensoreinheiten 50, 52, 54 usw. werden der Reihe nach zy­ klisch aktiviert, so daß zunächst nur das Ausgangssignal des Sensorelements der Sensoreinheit 50 an der Signalleitung liegt, dann nur das Ausgangssignal des Sensorelements der Sensoreinheit 52, anschließend nur das Ausgangssignal des Sensorelements der Sensoreinheit 54 usw.

Eine Eigenart der Schaltung gemäß Fig. 2 liegt darin, daß sich je nach aktiviertem Sensorelement 52 die Durchgangswi­ derstände der Schaltelemente 70 einer unterschiedlichen An­ zahl von Sensoreinheiten addieren und daß ein Ausfall eines Schaltelements zu einer Unterbrechung der Abfrage aller nach­ folgenden Schaltelemente führt. Die sich addierenden Durch­ gangswiderstände können in der Steuereinheit 40 kompensiert werden, da sie bekannt sind.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Anschlüsse 72 der Sensoreinheiten 50, 52 und 54 parallel zueinander an der Si­ gnalleitung 44 liegen. Im in Fig. 3 dargestellten Zustand der Sensoreinheiten 50, 52 und 54 ist, wie bei der Darstellung der Fig. 2, die Sensoreinheit 52 aktiviert, d. h. das Schalte­ lement 70 der Sensoreinheit 52 verbindet dessen Sensorelement 78 mit der Signalleitung 44, wohingegen die Sensorelemente der anderen Sensoreinheiten über die Schaltelemente 70 von der Signalleitung 44 getrennt sind.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, addieren sich bei der parallelen Anordnung der Sensoreinheiten längs der Signalleitung 44 die Durchgangswiderstände der Schaltelemente 70, die bei der An­ ordnung gemäß der Fig. 3 zweipolig ausgebildet sein können, nicht. Eine mögliche Fehlfunktion kann darin bestehen, daß gleichzeitig mehrere Sensorelemente 68 mit der Signalleitung 44 verbunden sind, d. h. daß die Ausgangssignale bzw. Aus­ gangsspannungen mehrerer Sensorelemente auf der Signalleitung liegen und in der Steuereinheit 40 keine Zuordnung des an der Signalleitung 44 liegenden Signals zu den einzelnen Sen­ soreinheiten möglich ist. Solche Fehlfunktionen können durch Plausibilitätprüfungen erkannt werden.

Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Sen­ soreinheit, im dargestellten Beispiel der Sensoreinheit 50 in der Schaltung gemäß Fig. 2.

Die Sensoreinheit 50 enthält eine Adreßeinheit 80, deren Stromversorgung über die Leitungen 60 und 62 erfolgt und der über die Taktleitung 42 Taktimpulse zugeführt werden. Die Adreßeinheit 80 ist beispielsweise ein einfaches Ringregister mit 1-Bit-Flip-Flops, das mit jedem Taktimpuls um eins wei­ tergeschaltet wird und das auf einen vorbestimmten Wert ein­ gestellt ist, bei dem es ein Schaltsignal erzeugt. Die Anzahl der Plätze des Ringregisters entspricht beispielsweise der Anzahl der insgesamt vorhandenen Sensoreinheiten. Wenn die in der Adreßeinheit 80 voreingestellte Anzahl an Taktimpulsen erreicht ist, erzeugt die Adreßeinheit 80 an ihrem Ausgang 82 ein Schaltsignal, das der Schalteinheit 70 zugeführt wird und dazu führt, daß die Schalteinheit 70 in den dargestellten Zu­ stand umschaltet, in dem der Ausgang des Sensorelements 68 mit der Signalleitung 44 verbunden wird. Sobald an der Takt­ leitung 42 ein weiterer Taktimpuls auftritt, schaltet das in der Adreßeinheit 80 beispielsweise enthaltene Ringregister weiter, so daß das Schaltsignal am Ausgang 82 endet und das Schaltelement 70 das Sensorelement 68 von der Signalleitung 44 abtrennt.

Bei Fehlfunktionen, die die Steuereinheit 40 beispielsweise dadurch feststellen kann, daß bei einem weiteren Taktimpuls keine Signaländerung erfolgt, oder daß Signale auftreten, die außerhalb bestimmter Werte liegen, kann das gesamte System in einen Reset gehen, indem beispielsweise die Spannung in der Spannungsleitung 60 kurzzeitig auf Null gesetzt wird und alle Adreßeinheiten 80 in ihren Ausgangszustand zurückkehren, von dem aus eine serielle zyklische Abfrage der Sensoreinheiten erneut beginnt.

Optional kann der Adreßeinheit 80 ein Zeitgeber 84 (gestri­ chelt eingezeichnet) nachgeschaltet sein, der bei aktivierter Adreßeinheit 80 die Schalteinheit 70 mit einem vorbestimmten, für die Sensoreinheit 50 spezifischen Tastverhältnis ansteu­ ert, so daß das Ausgangssignal des Sensorelements 68 mit ei­ nem vorbestimmten Tastverhältnis bzw. Puls-/Pausenverhältnis an der Signalleitung 44 liegt. Auf diese Weise kann in der zentralen Steuereinheit 40 die jeweilige Sensoreinheit 50 an­ hand des spezifischen Tastverhältnisses identifiziert werden, wodurch die Funktionssicherheit des Systems erhöht wird.

Fig. 5 zeigt, wie Sensoreinheiten 50, 52 und 54 mit einer Mehraderleitung, beispielsweise eine Flachbandleitung, mit den Leitungen 60, 62, 42 und 44 verbunden werden können. Im Bereich jeder Anschlußstelle 86, 88 und 89 einer Sensorein­ heit an das Flachbandkabel wird dessen Isolierung in an sich bekannter Weise abisoliert und wird eine Anschlußleitung mit der jeweiligen Ader der Flachbandleitung durch Klemm-, Löt-, Crimp- usw. -technik elektrisch verbunden. Wenn das Schalte­ lement des jeweiligen Sensorelements in einer Reihenschaltung an der Signalleitung 44 liegt (Fig. 2), wird die Signallei­ tung 44 zwischen dem dann beiden erforderlichen Anschlüssen zwischen Sensoreinheit und Signalleitung 44 aufgetrennt, wie im Falle der Anschlußstelle 86 dargestellt.

Das erfindungsgemäße System kann in vielfältiger Weise abge­ ändert und ausgeführt werden:
Die Adreßeinheiten 80 (Fig. 4) der einzelnen Sensoreinheiten 50, 52, 54, . . . (Fig. 1) können insgesamt ein Ringregister bilden, wobei jeder Sensoreinheit ein 1-Bit-Flip-Flop als Adreßeinheit zugeordnet ist, welche Flip-Flops mit jedem Taktimpuls um eine Sensoreinheit weitergeschaltet werden, so daß beim Start oder nach einem Reset der ersten Sensoreinheit 50 zugeordnete Flip-Flops auf "1" stehen und alle anderen Flip-Flops auf Null stehen, nach dem n-ten Taktimpuls das der n-ten Sensoreinheit zugeordnete Flip-Flop auf "1" steht und alle anderen auf Null stehen, und nach Durchlaufen aller Sen­ soreinheiten das der ersten Einheit zugeordnete Flip-Flip wieder auf "1" geht usw.

Die Schaltung der Adreßeinheiten kann derart sein, daß die Adreßeinheiten, wie vorne beschrieben, parallel an der Takt­ leitung liegen (Synchronbetrieb) oder seriell an ihr liegen (Asynchronbetrieb), wobei im letzteren Fall eine voraus ange­ ordnete Adreßeinheit jeweils eine nachfolgende schaltet.

Die Adreßeinheiten können beispielsweise über Codes angespro­ chen werden und können Decoder enthalten, die die Schaltsi­ gnale erzeugen.

Die Schaltelemente 70 können durch Transistorschaltungen oder sonstige Halbleiterschaltbausteine gebildet sein.

Claims (11)

1. Verfahren zum Übertragen der Ausgangssignale mehrerer Sensoreinheiten (50, 52, 54, 56) zu einer zentralen Steuer­ einheit (40), welche Sensoreinheiten an einer gemeinsamen Taktleitung (42) und einer gemeinsamen Signalleitung (44) liegen, bei welchem Verfahren über von der Steuereinheit (40) in der Taktleitung (42) gesendete Taktimpulse die Sensoreinheiten (50, 52, 54, 56) einzeln nacheinander aktiviert werden und das Ausgangssignal eines in der jeweiligen Sensoreinheit ent­ haltenen Sensorelements (68) über die Signalleitung (44) zu der Steuereinheit (40) übertragen wird.

2. Elektronisches Steuersystem mit einer elektronischen Steuereinheit (40) und mehreren Sensoreinheiten (50, 52, 54, 56), die jeweils ein Sensorelement (68), eine Adreßeinheit (80) und eine Schalteinheit (70) aufweisen, wobei die Adreßeinheiten an einer gemeinsamen, von der Steu­ ereinheit mit Taktimpulsen beschickten Taktleitung (42) lie­ gen, die Schalteinheiten von der jeweils zugehörigen Adreßeinheit ansteuerbar sind und die Schaltung derart ist, daß abhängig von den Taktimpulsen nur die Adreßeinheit (80, 84) jeweils einer Sensoreinheit (50, 52, 54, 56) aktiviert ist und die zugehörige Schalteinheit (70) derart schaltet, daß nur das Ausgangssignal des zugehörigen Sensorelements (68) über eine allen Sensoreinheiten gemeinsame, zu der Steu­ ereinheit (40) führenden Signalleitung (44) der Steuereinheit zugeführt wird.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, wobei alle Schaltelemente (70) über normalerweise miteinander verbundene Eingangs- und Ausgangsanschlüsse (72, 74) in Reihe an der Signalleitung (44) liegen und jeweils nur das eine, durch Deaktivierung der zugehörigen Adreßeinheit (80, 84) geschaltete Schaltelement (70) den Ausgangsanschluß (74) vom Eingangsanschluß (72) trennt und den Eingangsanschluß (72) mit dem Sensorelement (68) verbindet.

4. Steuersystem nach Anspruch 2, wobei alle Schaltelemente (70) parallel zueinander an der gemeinsamen Signalleitung (44) liegen und jeweils nur das eine, durch Aktivierung der zugehörigen Adreßeinheit (80, 84) umgeschaltete Schaltelement das Sensorelement (68) mit der Signalleitung (44) verbindet.

5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßeinheiten (80, 84) ein Schiebe­ register enthalten.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßeinheiten (80, 84) parallel zu­ einander an der gemeinsamen Taktleitung (42) liegen und je­ weils einen voreinstellbaren Zähler enthalten, der die Adreßeinheit bei einer vorbestimmten Anzahl von Taktimpulsen aktiviert.

7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei we­ nigstens eine Sensoreinheit (50) einen Zeitgeber (84) mit für die Sensoreinheit spezifischen Tastverhältnis aufweist, der das Schaltelement (70) bei aktivierter zugehöriger Adreßein­ heit (80) intermittierend betätigt.

8. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Signalleitung (44) das Ausgangssignal des jeweils einen mit ihr verbundenen Sensorelements (68) als analoges Spannungs­ signal führt.

9. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuereinheit (40) und alle Sensoreinheiten (50, 52, 54, 56) an einer wenigstens vieradrigen Leitung mit einer Spannungs­ ader (60), einer Masseader (62), einer Taktader (42) und ei­ ner Signalader (44) liegen.

10. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Steuereinheit (40) die Steuereinheit einer Fahrzeugklimaanla­ ge ist und die Sensoreinheit (50, 52, 54, 56) Sensorelemente (68) der Fahrzeugklimaanlage enthalten.

11. Sensoreinheit zur Verwendung in einem Steuersystem nach Anspruch 2, enthaltend ein Sensorelement (68), eine Adreßeinheit (80) und eine Schalteinheit (70), wobei die Adreßeinheit (80) an eine Taktleitung (42) an­ schließbar ist und nach einer vorbestimmten Anzahl von Tak­ timpulsen eine Schalteinheit (70) derart ansteuert, daß das Sensorelement (68) mit einer an eine Signalleitung (44) an­ schließbaren Klemme (Anschluß 72) verbunden wird.