WO2005015816A1 - Verfahren und vorrichtung zur bidirektionalen eindraht-datenübertragung - Google Patents

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WO2005015816A1
WO2005015816A1 PCT/DE2004/001388 DE2004001388W WO2005015816A1 WO 2005015816 A1 WO2005015816 A1 WO 2005015816A1 DE 2004001388 W DE2004001388 W DE 2004001388W WO 2005015816 A1 WO2005015816 A1 WO 2005015816A1
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WO
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peripheral device
control unit
electronic control
coded
information
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PCT/DE2004/001388
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English (en)
French (fr)
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Rolf Kraemer
Ulrich Bentel
Bernhard Eisele
Markus Ketterer
Uwe Schiller
Juergen Stein
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/38—Synchronous or start-stop systems, e.g. for Baudot code
    • H04L25/40—Transmitting circuits; Receiving circuits
    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H04L25/4902—Pulse width modulation; Pulse position modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex
    • H04L5/1423—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex for simultaneous baseband signals

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for bidirectional single-wire data transmission of data information between an electronic control unit and at least one peripheral device, the electronics of which are supplied from the control signal.
  • peripheral devices are connected to a control unit via lines.
  • the corresponding peripheral devices are usually spatially separated from the control unit, which places special demands on the lines and interfaces.
  • bus systems for motor vehicle applications are already known, such as the CAN bus system.
  • these bus systems are not for real-time systems, i.e. suitable for an immediate triggering of a process when information is received after a few ⁇ s, but only for non-time-critical data exchange in spatially distributed systems.
  • the idea on which the following invention is based is that by applying a predetermined constant voltage (or a predetermined constant current) to the output of a driver device of the electronic control unit, voltage-coded (or current-coded) information is generated, this voltage-coded (or current-coded) information is transmitted from the driver device of the control unit to a driver device of the peripheral device via a single-wire circuit, the peripheral device being controlled by the control signal and being supplied with energy during the control, and after the start of the control of the peripheral device, current-encoding information is obtained thereon (or voltage-coded), the current-coded (or voltage-coded) information from the driver device of the peripheral device to the driver device of the electronic control unit during the control of the periphery device is retransmitted, using the same single-wire line as for transmitting the voltage-coded (or current-coded) control information.
  • a bidirectional single-wire interface is thus created, in which the supply of the peripheral device is accomplished by the information-transmitting control signal with the portion of energy that is at least for the low-power portion of the electronics, namely the driver device and the information processing electronics of the peripheral device including the communication logic or the control signals of the power electronics is required.
  • the device and the method according to the invention provide an interface with which information about the electronic control device is activated during the control of the peripheral device. device can be retransmitted. Due to the energy supply of the peripheral device by the control signal, an extremely interference-proof system against accidental switching on is created.
  • the voltage-coded (or current-coded) control of the peripheral device is designed as a binary signal and the current-coded (or voltage-coded) retransmission as an analog signal.
  • both the voltage-coded (or current-coded) control and the current-coded (or voltage-coded) retransmission are designed as a binary signal.
  • the information to be transmitted back from the peripheral device to the electronic control unit is designed as a diagnostic signal for diagnosing the peripheral device.
  • the control unit can thus carry out an analysis of the state of the peripheral device using the retransmitted information.
  • the information to be transmitted back from the peripheral device to the electronic control unit is used as a control signal for the further i.e. subsequent control of the peripheral device.
  • the electronic control unit can thus carry out a control of the associated peripheral device that is adapted to the respective state of the system.
  • the information to be transmitted is voltage or current coded in such a way that the time period until an edge change in the voltage or the current represents the characteristic quantity of the information.
  • the electronic control unit is designed as an engine control unit.
  • Other training courses are also conceivable.
  • the peripheral device is designed as an ignition coil, injection valve of a motor vehicle engine or the like.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 1 according to the invention, consisting of an electronic control unit 2 and a peripheral device 3 connected to the same via a single-wire line 4;
  • Figure 2 is a schematic representation of the circuit structure of the driver devices 20 and 30 of the electronic control unit 2 and the peripheral device 3 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3a shows a schematic representation of a timing diagram during data transmission according to a first exemplary embodiment of the present invention, the time range of a change of state being detected;
  • FIG. 3b shows a schematic representation of a timing diagram during data transmission according to a second exemplary embodiment of the present invention, with a bit being assigned to each time range;
  • FIG. 3 c shows a schematic representation of a timing diagram during data transmission according to a third exemplary embodiment of the present invention using the example of primary current monitoring.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 1 for bidirectional data transmission of data information via a single-wire line 4 between an electronic control unit 2 and a peripheral device 3, for example with an ignition coil 7 or an injection valve of a motor vehicle engine, a sensor or the like.
  • the device relating to an ignition system 5 of a motor vehicle engine will be explained by way of example below with reference to FIG. 1.
  • the ignition system 5 consists of, for example an ignition coil 7, power electronics 32 for ignition control with, for example, logic and a required ignition output stage, an information processing device 31, a driver device 30, which is connected via the single-wire line 4 to an ignition driver 20 in an engine control unit 2 with a microcontroller 21.
  • Information for switching on the peripheral device 3 or the ignition coil 7 is transmitted from the electronic control unit or the engine control unit 2.
  • the power electronics 32 of the peripheral device 3 can preferably be connected to an external battery voltage 33 via the ignition coil 7, the circuit being closed via a body mass 34.
  • the electronics of the peripheral device 3 are supplied with energy from the control by the control unit 2, the electronics of the peripheral device 3 also controlling the power electronics 32 with this energy.
  • the power electronics 32 can also be decoupled from the information processing device 31 and controlled directly by the single-wire interface 4.
  • the power electronics 32 of the peripheral device 3 being switched off on the basis of a control current flow that is no longer present or a control voltage that is no longer present.
  • the power transistor interrupts the current flow in the primary side, with a current flow in the secondary side of the ignition coil due to the induction and consequently an ignition spark.
  • the driver device 20 of the electronic control unit 2 is connected to a microcontroller 21 (see FIG. 1). Furthermore, the driver device 20 of the illustrated embodiment of the device of the electronic control unit 2 has, for example, an operational amplifier 23, which is connected as a voltage follower such that the voltage node VI always has the same voltage as the voltage node V0, the voltage follower preferably having other electronic ones Circuits are combined in a separate circuit.
  • a threshold value comparator 24 with an associated logic device for sensing a change in the driver device 30 of the peripheral device 3, as will be described in more detail later, is provided in the driver device 20.
  • the driver device 20 of the electronic control unit 2 is connected via the single line 4 to the driver device 30 of the peripheral device 3 for unidirectional conduction of a current flow and bidirectional transmission of information.
  • the driver device 30 likewise comprises a threshold value comparator in the logic 36. Furthermore, the driver device 30 comprises a current sink arrangement which, according to the present exemplary embodiment, consists, for example, of a first current sink I] and a second current sink I 2 connected in parallel thereto. A binary current coding of the information to be retransmitted is carried out from the peripheral device 3 to the electronic control unit 2 via the current sinks I] and I 2 .
  • a computer program of the microcontroller 21 triggers an information transfer from the electronic control unit 2 to the peripheral device 3.
  • the information to be transmitted is preferably transmitted to the driver device 20 of the electronic control unit 2 via a port of the microcontroller 21 in the form of a voltage change or level change.
  • the driver device 20 provides an essentially constant one at its output VI
  • the operational amplifier 23 of the electronic control unit 2 in the driver device 20 is preferably connected as a voltage follower such that the same constant voltage is always present at the voltage node VI as at the voltage node V0, as already explained above. Parts or multiples of a fixed voltage can also serve as a reference. In this case, minor voltage fluctuations can be neglected. Alternatively, a low-resistance connection can be made via R0 to a constant voltage source.
  • the peripheral device 3 detects this voltage by means of the threshold value comparator 36 or by activating an input stage as a function of a response threshold.
  • the current flow generated by the application of the constant voltage flows via the single-wire line 4 from the electronic control unit 2 to the peripheral device 3, the electronics of the peripheral Rieauss 3 is powered and thus can work. Without the constant voltage being applied, there is no current flow in the system, as a result of which the electronics of the peripheral device 3 are in an off state. It is only through the activation that energy is simultaneously made available for starting operation. This makes the system independent of a battery voltage, which means that the system can be used universally with different electrical system voltages. In addition, the security against unwanted switching on is increased.
  • the control circuit is closed via a body ground 34, which is connected to the arrangement consisting of the current sinks Ij and I 2 .
  • the information that arises due to the activation of the peripheral device 3 is preferably binary or analog current-coded via a corresponding circuit of the current sinks Ii and I 2 in the driver device 30 of the peripheral device 3 and transmitted back to the control unit 2 via the same single-wire line 4.
  • the logic device of the peripheral device 3 changes its current consumption in a binary or analog manner, which is described in more detail below with reference to FIG. 3.
  • the ratio of the current sinks L and I 2 of the driver device 30 of the peripheral device 3 depends on the required sensitivity to interference and on the circuitry possibilities of the driver device 20 of the electronic control unit 2.
  • the current sink I 2 is preferably connected in parallel to the current sink Ij, with the logic 36 sensing whether, for example, a value characteristic of a certain event has been reached in the power electronics.
  • the circuit shown in FIG. 2 is of course only a schematic representation for the evaluation and processing of an event in the electronics. It is obvious to a person skilled in the art that other system changes for evaluating and processing a current change on the single-wire interface are conceivable.
  • the information to be transmitted from the peripheral device 3 to the electronic control unit 2 is binary-coded and from the driver device 30 of the peripheral device 3 via the single-wire line 4 the driver device 20 of the electronic control unit 2.
  • the interface current can be measured in the driver device 20 with the aid of a resistor Ro.
  • the voltage change that occurs can be assigned to a binary state, ie 0 or 1, via the threshold value comparator 24 of the electronic control unit 2.
  • the driver device 20 then forwards the received information, preferably via a further line, to the microcontroller 21 of the electronic control unit 2.
  • the extensive independence of voltage and current is advantageously used in order to be able to transmit the information accumulating in the peripheral device 3 back to the electronic control unit 2.
  • the electronic control unit 2 can interpret the retransmitted information in various ways depending on the respective area of application, it being possible to adapt the software to the corresponding interpretation. However, this has no influence on the interface arrangement according to the invention.
  • the protocol for the information transmission can be formed freely, for example, as shown in FIG. 3 a with the aid of a timing diagram according to an exemplary embodiment of the present invention, only the time of occurrence of a change of state can be detected.
  • 3 a shows the time in the x direction and the height or the value of the signal edge in the y direction.
  • the signal can be interpreted freely, and both the quantization and the range of values can be adapted to the corresponding area of application.
  • the coding of the binary states can be defined by a rising or falling signal edge, which e.g. must be detected in a certain time window (time to time 4).
  • the decisive factor here is the point in time at which the change in state occurs, for example from state 0 to state 1 or vice versa, the vertical solid lines defining the time window.
  • FIG. 3b schematically shows three examples of a timing diagram according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the data are transmitted as bits assigned to the time window, the number of bits not being fixed, but rather being able to be adapted to the corresponding requirements.
  • the time of occurrence of the change of state from 0 to 1 or vice versa is preferably selected as coding within a certain time window.
  • FIG. 3 c schematically shows a timing diagram according to a further exemplary embodiment of the present invention for the example of an ignition coil in the peripheral device.
  • the rise in the primary current I pr j m of the ignition coil is monitored by reporting the time tc F until a predetermined value I CF is exceeded. This can be done, for example, in the case of voltage control by lowering the current I tg of the single-wire line when the event occurs.
  • the signals shown in Figures 3 a to 3 c are not shown in the physical form, but only as an example for the logical relationships.
  • a method and a device are thus created with which an event is transmitted from a peripheral device to the control unit via the single-wire line which ensures the control of the peripheral device by manipulating the control current in such a way via switchable current sources or sinks that the control unit is a change in the system, ie the event, can detect and evaluate.
  • the information retransmitted to the control unit can be processed for diagnosis or for control purposes.
  • the device according to the invention or the method according to the invention can also be carried out by a current-coded control and a voltage-coded feedback, i.e. in the opposite way to the exemplary embodiments explained in detail above.
  • the control is implemented with a fixed current at the output of the driver device 20 of the electronic control unit 2, the peripheral device 3 consequently responding with a variable voltage.
  • the electronics of the peripheral device 3 only work when they are supplied with energy by the control.
  • the driver device 20 of the electronic control unit 2 is designed here as an ideal current source instead of an ideal voltage source.
  • the voltage source arrangement of the driver device 30 of the peripheral device 3 is designed in such a way that, in the event of a voltage feedback, the total resistance is changed in such a way that the respective applied voltage varies at a constant current, i.e. a voltage-coded information is retransmitted.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur bidirektionalen Eindraht-Datenübertragung von Dateninformationen zwischen einer elektronischen Steuereinheit (2) und mindestens einem Peripheriegerät (3) mit folgenden Schritten: Anlegen einer vorbestimmten konstanten Spannung bzw. eines vorbestimmten konstanten Stromes an eine Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) zum Erzeugen einer spannungscodierten bzw. stromcodierten Information; Übertragen der spannungscodierten bzw. stromcodierten Information von der Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) zu einer Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) über eine Eindraht-Leitung (4); Ansteuern and Versorgen mindestens der Treiberlogik der Treibereinrichtung (30) und/oder der Kommunikationslogik des Peripheriegerätes (3) durch den Stromfluss; Stromcodieren bzw. Spannungscodieren einer durch die Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) auf demselben anfallenden Information; Rückübertragen der stromcodierten bzw. spannungscodierten Information von der Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) an die Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) während der Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) über dieselbe Eindraht-Leitung (4).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur bidirektionalen Eindraht-Datenübertragung
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bidirektionalen Eindraht- Datenübertragung von Dateninformationen zwischen einer elektronischen Steuereinheit und mindestens einem Peripheriegerät dessen Elektronik aus dem Ansteuersignal versorgt wird.
Obwohl auf beliebige Systeme, bestehend aus einem Steuergerät und mindestens einem mit einer Leitung daran angeschlossenen Peripheriegerät, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf ein Zündsystem beispielsweise für Ottomotoren im Kraftfahrzeugbereich erläutert.
In der heutigen Kxaftfahrzeugtechnik werden Systeme verwendet, bei denen Peripheriegeräte über Leitungen mit einer Steuereinheit verbunden sind. Dabei sind die entsprechenden Peripheriegeräte meistens räumlich von der Steuereinheit getrennt, wodurch spezielle Anforderungen an die Leitungen und die Schnittstellen zu stellen sind.
Es sind bereits einige Schnittstellen- bzw. Bussysteme für Kraftfahrzeuganwendungen bekannt, wie beispielsweise das CAN-Bussystem. Diese Bussysteme sind allerdings nicht für Echtzeitsysteme, d.h. für eine sofortige Auslösung eines Vorgangs bei empfangener Information nach wenigen μs, sondern lediglich für einen nicht-zeitkritischen Datenaustausch räumlich verteilter Systeme geeignet.
Weitere Systeme weisen den Nachteil auf, dass sie insbesondere über räumlich weite Leitungsabstän- de nicht ausreichend störungssicher ausgebildet sind.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Das erfϊndungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 4 und die entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 11 bzw. 12 weisen gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass eine störungssichere Schnittstelle mit lediglich einer Leitung zwischen der elektronischen Steuereinheit und dem Peripheriegerät, beispielsweise einer Zündspule oder einem Einspritz- ventil eines Kraftfahrzeugmotors geschaffen wird, wobei die Schnittstelle für die auftretenden zeitli- chen Verhältnisse, wie sie beispielsweise bei Zündsystemen oder Einspritzsystemen in Kraftfahrzeugen existieren, echtzeitfähig ist.
Die der folgenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass durch Anlegen einer vorbe- stimmten konstanten Spannung (beziehungsweise eines vorbestimmten konstanten Stroms) an den Ausgang einer Treibereinrichtung der elektronischen Steuereinheit eine spannungscodierte (bzw. stromcodierte) Information erzeugt wird, wobei diese spannungscodierte (bzw. stromcodierte) Information von der Treibereinrichtung der Steuereinheit zu einer Treibereinrichtung des Peripheriegerätes über eine Eindraht-Leirung übertragen wird, wobei das Peripheriegerät durch das Ansteuersignal ange- steuert und während der Ansteuerung mit Energie versorgt wird und nach Beginn der Ansteuerung des Peripheriegerätes auf demselben anfallende Informationen stromcodiert (bzw. spannungscodiert) werden, wobei die stromcodierte (bzw. spannungscodierte) Information von der Treibereinrichtung des Peripheriegerätes an die Treibereinrichtung der elektronischen Steuereinheit während der Ansteuerung des Peripheriegerätes rückübertragen wird, wobei dieselbe Eindraht-Leitung verwendet wird wie zur Übertragung der spannungscodierten (bzw. stromcodierten) Ansteuerinformation.
Somit wird eine bidirektionale Eindraht-Schnittstelle geschaffen, bei der die Versorgung des Peripheriegerätes durch das informationsübertragende Ansteuersignal mit dem Anteil an Energie bewerkstelligt wird, der zumindest für den leistungsarmen Anteil der Elektronik, nämlich die Treibereinrichtung und die informationsverarbeitende Elektronik des Peripheriegerätes inklusive der Kommunikationslogik bzw. der Ansteuersignale der Leistungselektronik erforderlich ist. Somit wird eine Unabhängigkeit des leistungsarmen Anteils der Elektronik des Peripheriegerätes von einem eventuell vorhandenen Leistungsteil des Peripheriegerätes geschaffen. Falls das Peripheriegerät über eine derartige Leistungselektronik verfügt, dass die Ansteuerenergie zum Betrieb bzw. zur Ansteuerung des Leistungs- teils ausreicht, entsteht sogar eine vollständige Unabhängigkeit von einem Bordnetz des Systems, welches sonst typischerweise die notwendige Energie für die Ansteuerung der Leistungselektronik zur Verfugung stellt.
Da im zukünftigen Automobilbereich sowohl 12 Volt als auch 42 Volt Bordnetze eingesetzt werden, ist diese Unabhängigkeit des leistungsarmen Anteils der Elektronik vom Leistungsteil des Peripheriegerätes für eine universelle Einsetzbarkeit des Peripheriegerätes und der Treibereinrichtung im Steuergerät vorteilhaft. Somit müssen Absicherungsmaßnahmen unabhängig vom Bordnetz lediglich einmal im elektronischen Steuergerät und nicht mit jedem einzelnen Peripheriegerät vorgenommen werden. Dadurch ist keine Bordnetz-Filterung für den leistungsarmen Teil im Peripheriegerät notwendig.
Ferner wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren eine Schnittstelle geschaffen, mit der während der Ansteuerung des Peripheriegerätes Informationen zum elektronischen Steu- ergerät rückübertragen werden können. Aufgrund der Energieversorgung des Peripheriegerätes durch das Ansteuersignal wird ein gegen versehentliches Einschalten äußerst störsicheres System geschaffen.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 bzw. 4 angegebenen Verfahrens bzw. der in Anspruch 11 bzw. 12 angegebenen Vorrichtung.
Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung wird die spannungscodierte (bzw. stromcodierte) Ansteuerung des Peripheriegerätes als binäres Signal und die stromcodierte (bzw. spannungscodierte) Rück- Übertragung als analoges Signal ausgebildet.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden sowohl die spannungscodierte (bzw. stromcodierte) Ansteuerung als auch die stromcodierte (bzw. spannungscodierte) Rückübertragung als binäres Signal ausgebildet.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die von dem Peripheriegerät zu der elektronischen Steuereinheit rückzuübertragende Information als Diagnosesignal zur Diagnose des Peripheriegerätes ausgebildet. Somit kann die Steuereinheit mittels der rückübertragenen Information eine Analyse des Zustandes des Peripheriegerätes durchführen.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die von dem Peripheriegerät zu der elektronischen Steuereinheit rückzuübertragende Information als Steuersignal zur weiteren d.h. nachfolgenden Steuerung des Peripheriegerätes ausgebildet. Somit kann die elektronische Steuereinheit eine dem jeweiligen Zustand des Systems angepasste Steuerung des zugeordneten Peripheriegerätes durchfüh- ren.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die zu übertragende Information derart span- nungs- bzw. stromcodiert, dass die Zeitdauer bis zu einem Flankenwechsel der Spannung bzw. des Stroms die charakteristische Größe der Information darstellt.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die elektronische Steuereinheit als Motorsteuergerät ausgebildet. Andere Ausbildungen sind ebenfalls vorstellbar.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Peripheriegerät als Zündspule, Einspritz- ventil eines Kraftfahrzeugmotors oder dergleichen ausgebildet.
ZEICHNUNGEN Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung 1 bestehend aus einer elektronischen Steuereinheit 2 und einem mit derselben über eine Ein- draht-Leitung 4 verbundenen Peripheriegerät 3;
Figur 2 eine schematische Darstellung des Schaltungsaufbaus der Treibereinrichtungen 20 und 30 der elektronischen Steuereinheit 2 und des Peripheriegerätes 3 gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 3a eine schematische Darstellung eines Timing-Diagramms während der Datenübertragung gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei der Zeitbereich eines Zustandswechsels detektiert wird;
Figur 3b eine schematische Darstellung eines Timing-Diagramms während der Datenüber- tragung gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei jedem Zeitbereich ein Bit zugeordnet wird; und
Figur 3 c eine schematische Darstellung eines Timing-Diagramms während der Datenübertragung gemäss einem dritten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung am Beispiel einer Primärstromüberwachung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur bidirektionalen Datenübertragung von Dateninformationen über eine Eindraht-Leitung 4 zwischen einer elektronischen Steuereinheit 2 und einem Peripheriegerät 3, mit beispielsweise einer Zündspule 7 oder einem Einspritzventil eines Kraftfahrzeugmotors, eines Sensors oder dergleichen.
Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figur 1 die Vorrichtung bezüglich eines Zündsystems 5 eines Krafitfahrzeugmotors beispielhaft erläutert werden. Das Zündsystem 5 besteht beispielsweise aus einer Zündspule 7, einer Leistungselektronik 32 zur Zündungsansteuerung mit beispielsweise einer Logik und einer erforderlichen Zündendstufe, einer Informationsverarbeitungseinrichtung 31, einer Treibereinrichtung 30 , die über die Eindrahtleitung 4 mit einem Zündtreiber 20 in einem Motorsteuergerät 2 mit einem Mikrokontroller 21 verbunden ist.
Von der elektronischen Steuereinheit bzw. dem Motorsteuergerät 2 wird eine Information für das Einschalten des Peripheriegeräts 3 bzw. der Zündspule 7 übertragen.
Die Leistungselektronik 32 des Peripheriegerätes 3 kann gemäss dem vorliegenden Ausführungsbei- spiel vorzugsweise über die Zündspule 7 an eine externe Batteriespannung 33 angeschlossen werden, wobei der Stromkreis über eine Karosseriemasse 34 geschlossen wird.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Elektronik des Peripheriegerätes 3 mit Energie aus der Ansteuerung durch die Steuereinheit 2 versorgt, wobei die Elektronik des Peripheriegerätes 3 mit dieser Energie auch die Leistungselektronik 32 ansteuern kami. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass die Leistungselektronik 32 auch von der Informations- Verarbeitungseinrichtung 31 entkoppelt und direkt durch die Eindraht-Schnittstelle 4 angesteuert werden kann.
Durch den während der Ansteuerung in der Primärwicklung der Zündspule 7 fließenden Strom wird Energie in magnetischer Form in der Zündspule 7 gespeichert. Informationen über diesen Vorgang können sofort während der Ansteuerung des Peripheriegerätes 3 an die elektronische Steuereinheit 2 über die bidirektionale Eindraht-Schnittstelle 4 zurückgemeldet werden. Dabei können Informationen für eine Diagnose des Peripheriegerätes bzw. der Zündspule 7, Informationen für eine Regelung bzw. Steuerung der Zündspule 7 oder ähnliche Informationen an die elektronische Steuereinheit 2 rückübertragen werden.
Ist in der Zündspule 7 ausreichend Energie gespeichert und der gewünschte Zündzeitpunkt erreicht, wird eine Ansteuerung der Zündspule 7 beendet, wobei die Leistungselektronik 32 des Peripheriege- räts 3 aufgrund eines nicht mehr vorhandenen ansteuernden Stromflusses bzw. einer nicht mehr vorhandenen Ansteuerspannung ausgeschaltet wird. Der Leistungstransistor unterbricht den Stromfluss in der Primärseite, wobei aufgrund der Induktion ein Stromfluss in der Sekundärseite der Zündspule und folglich ein Zündfunke entsteht.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Figur 2 detailliert das erfindungsgemäße Verfahren zur bidirektionalen Eindraht-Datenübertragung erläutert. Die Treibereinrichtung 20 der elektronischen Steuereinheit 2 ist, wie oben bereits erläutert, mit einem Mikrokontroller 21 (siehe Figur 1) verbunden. Ferner weist die Treibereinrichtung 20 der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung der elektronischen Steuereinheit 2 beispielsweise einen Operationsverstärker 23 auf, der als Spannungsfolger derart geschaltet ist, dass an dem Spannungsknoten VI stets die gleiche Spannung wie an dem Spannungsknoten V0 anliegt, wobei vorzugsweise der Spannungsfolger mit anderen elektronischen Schal- tungen in einem separaten Schaltkreis zusammengefasst ist.
Ferner ist in der Treibereinrichtung 20 ein Schwellwertvergleicher 24 mit einer zugeordneten Logikeinrichtung für eine Sensierung einer Veränderung in der Treibereinrichtung 30 des Peripheriegerätes 3, wie später detaillierter beschrieben wird, vorgesehen. Die Treibereinrichtung 20 der elektronischen Steuereinheit 2 ist über die Eindralit-Leitung 4 mit der Treibereinrichtung 30 des Peripheriegerätes 3 für eine unidirektionale Leitung eines Stromflusses und eine bidirektionale Übertragung von Informationen verbunden.
Die Treibereinrichtung 30 umfasst gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ebenfalls einen Schwellwertvergleicher in der Logik 36. Ferner umfasst die Treibereinrichtung 30 eine Stromsenkenanordnung, die gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise aus einer ersten Stromsenke I] und einer dazu parallel geschalteten zweiten Stromsenke I2 besteht. Über die Stromsenken I] und I2 wird eine binäre Stromcodierung der rückzuübertragenden Informationen von dem Peripheriegerät 3 zur elektronischen Steuereinheit 2 durchgeführt.
Im Betrieb wird von einem Rechenprogramm des Mikrokontroller 21 (siehe Figur 1) eine Informationsübertragung von der elektronischen Steuereinheit 2 an das Peripheriegerät 3 ausgelöst. Über einen Port des Mikrokontrollers 21 wird die zu übertragende Information vorzugsweise in Form eines Spannungswechsels bzw. Pegelwechsels an die Treibereinrichtung 20 der elektronischen Steuereinheit 2 übertragen. Die Treibereinrichtung 20 stellt an ihrem Ausgang VI eine im wesentlichen konstante
Spannung, beispielsweise 5 Volt ein. Gemäss dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Operationsverstärker 23 der elektronischen Steuereinheit 2 in der Treibereinrichtung 20 vorzugsweise als Spannungsfolger derart geschaltet, dass am Spannungsknoten VI stets die gleiche konstante Spannung wie an dem Spannungsknoten V0 anliegt, wie oben bereits erläutert. Ferner können auch Teile oder Vielfaches einer festen Spannung als Referenz dienen. Geringfügige Spannungsschwankungen können in diesem Fall vernachlässigt werden. Alternativ kann auch über R0 niederohmig gegen eine konstante Spannungsquelle durchgeschaltet werden. Das Peripheriegerät 3 detektiert diese Spannung mittels des Schwellwertvergleichers 36, bzw. durch Aktivieren einer Eingangsstufe in Abhängigkeit einer Ansprechschwelle.
Der durch das Anliegen der konstanten Spannung erzeugte Stromfluss fließt über die Eindraht-Leitung 4 von der elektronischen Steuereinheit 2 zu dem Peripheriegerät 3, wobei die Elektronik des Periphe- riegerätes 3 mit Energie versorgt wird und somit arbeiten kann. Ohne ein Anlegen der konstanten Spannung ist in dem System kein Stromfluss vorhanden, wodurch sich die Elektronik des Peripheriegerätes 3 in einem Off-Zustand befindet. Lediglich durch die Ansteuerung wird gleichzeitig eine E- nergie für einen Betriebsbeginn bereit gestellt. Dadurch wird das System unabhängig von einer Batteriespannung, wodurch das System bei unterschiedlichen Bordnetzspannungen universell einsetzbar ist. Außerdem wird die Sicherheit gegen unerwünschtes Einschalten erhöht.
Der Ansteuerstromkreis wird über eine Karosseriemasse 34, welche mit der Anordnung, bestehend aus den Stromsenken Ij und I2, verbunden ist, geschlossen.
Die aufgrund der Ansteuerung des Peripheriegerätes 3 auf denselben anfallenden Informationen werden über eine entsprechende Schaltung der Stromsenken Ii und I2 in der Treibereinrichtung 30 des Peripheriegerätes 3 vorzugsweise binär oder analog stromcodiert und an die Steuereinheit 2 über dieselbe Eindraht-Leitung 4 zurückübertragen. Dazu verändert die Logikeinrichtung des Peripheriegerä- tes 3 ihre Stromaufnahme binär bzw. analog, was unter Bezugnahme auf die Fig. 3 weiter unten detaillierter beschrieben wird.
Das Verhältnis der Stromsenken L und I2 der Treibereinrichtung 30 des Peripheriegerätes 3 ist von der geforderten Störempfindlichkeit und von den schaltungstechnischen Möglichkeiten der Treiberein- richtung 20 der elektronischen Steuereinlieit 2 abhängig. Gemäss dem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Stromsenke I2 vorzugsweise parallel zur Stromsenke Ij geschaltet, wobei mittels der Logik 36 sensiert wird, ob beispielsweise ein für ein bestimmtes Ereignis charakteristischer Wert in der Leistungselektronik erreicht wurde. Die in Figur 2 dargestellte Schaltung ist selbstverständlich lediglich eine schematische Darstellung für die Auswertung und Aufbereitung eines Ereig- nisses in der Elektronik. Hier ist für den Fachmann offensichtlich, dass andere Systemänderungen für eine Auswertung und Aufbereitung einer Stromänderung auf der Eindraht-Schnittstelle vorstellbar sind.
Wie oben bereits erläutert wurde, werden bei Sensieren eines Ereignisses über die Stromänderung mittels des Öffnens des Schalters 37 die von dem Peripheriegerät 3 zu der elektronischen Steuereinheit 2 zu übertragenden Informationen binär stromcodiert und von der Treibereinrichtung 30 des Peripheriegerätes 3 über die Eindraht-Leitung 4 zu der Treibereinrichtung 20 der elektronischen Steuereinheit 2 übertragen. In der Treibereinrichtung 20 wiederum kann der Schnittstellenstrom mit Hilfe eines Widerstandes Ro gemessen werden. Die auftretende Spannungsänderung kann über den Schwellwert- vergleicher 24 der elektronischen Steuereinheit 2 einem binären Zustand, d.h. 0 oder 1, zugeordnet werden. Die Treibereinrichtung 20 leitet daraufhin die empfangene Information vorzugsweise über eine weitere Leitung an den Mikrokontroller 21 der elektronischen Steuereinheit 2. Vorteilhaft wird bei der vorliegenden Erfindung die weitgehende Unabhängigkeit von Spannung und Strom genutzt, um die in dem Peripheriegerät 3 anfallenden Informationen zurück zu der elektronischen Steuereinheit 2 übertragen zu können.
Die elektronische Steuereinheit 2 kann die zurückübertragene Information auf verschiedene Weise abhängig von dem jeweiligen Anwendungsbereich interpretieren, wobei eine Anpassung der Software an die entsprechende Interpretierung möglich ist. Dies hat allerdings keinen Einfluss auf die erfindungsgemäße Schnittstellenanordnung.
Das Protokoll für die Informationsübertragung kann frei gebildet werden, beispielsweise kann, wie in Figur 3 a anhand eines Timing-Diagramms gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, lediglich der Auftrittszeitpunkt eines Zustandswechsels detektiert werden. In Figur 3 a sind in x-Richtung die Zeit und in y-Richtung die Höhe bzw. der Wert der Signalflanke darge- stellt. Eine Interpretation des Signals ist, wie oben bereits erläutert, frei ausführbar, wobei sowohl die Quantisierung als auch der Wertebereich dem entsprechenden Anwendungsbereich angepasst werden kann.
Wie in Figur 3 a für vier verschiedene Beispiele dargestellt ist, kann die Codierung der binären Zustän- de durch eine ansteigende bzw. abfallende Signalflanke definiert werden, die z.B. in einem bestimmten Zeitfenster (Zeitl bis Zeit4) detektiert werden muss. Maßgeblich ist hierbei der Auftrittszeitpunkt des Zustandswechsels, beispielsweise von dem Zustand 0 in den Zustand 1 oder umgekehrt, wobei die vertikalen durchgezogenen Linien die Zeitfenster definieren.
Figur 3b zeigt schematisch drei Beispiele für ein Timing-Diagramm gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei werden die Daten als den Zeitfenstem zugeordnete Bits übertragen, wobei die Anzahl der Bits nicht festgeschrieben ist, sondern vielmehr den entsprechenden Anforderungen angepasst werden kann. Dabei wird wiederum vorzugsweise der Auftrittszeitpunkt des Zustandswechsels von 0 nach 1 oder umgekehrt innerhalb eines bestimmten Zeitfensters als Codierung gewählt.
Figur 3 c zeigt schematisch für das Beispiel einer Zündspule im Peripheriegerät ein Timing-Diagramm gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird der Anstieg des Primärstroms Iprjm der Zündspule überwacht indem die Zeit tcF bis zum Überschreiten eines vorgege- benen Wertes ICF zurückgemeldet wird. Dies kann beispielsweise bei Spannungsansteuerung durch das Absenken des Stroms Iιtg der Eindrahtleitung bei Eintritt des Ereignisses erfolgen. Die in den Figuren 3 a bis 3 c gezeigten Signale sind nicht in der physikalischen Form, sondern nur beispielhaft für die logischen Zusammenhänge dargestellt.
Somit wird ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, mit der ein Ereignis von einem Peripheriegerät an die Steuereinheit über die, die Ansteuerung des Peripheriegerätes gewährleistende, Eindraht-Leitung dadurch übertragen wird, dass über schaltbare Stromquellen bzw. -senken der Ansteuer- strom derart manipuliert wird, dass die Steuereinheit eine Änderung des Systems, d.h. das Ereignis, detektieren und auswerten kann. Die zur Steuereinheit rückübertragene Information kann zur Diagnose oder regelungstechnischen Zwecken aufbereitet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren eben- falls durch eine stromcodierte Ansteuerung und eine spannungscodierte Rückmeldung ausgeführt werden, d.h. in umgekehrter Weise zu den oben detailliert erläuterten Aus ührungsbeispielen. Hierbei wird die Ansteuerung mit einem festen Strom an dem Ausgang der Treibereinrichtung 20 der elektronischen Steuereinheit 2 realisiert, wobei das Peripheriegerät 3 folglich mit einer variablen Spannung antwortet. Auch hier arbeitet die Elektronik des Peripheriegerätes 3 lediglich dann, wenn sie durch die Ansteuerung mit Energie versorgt wird. Die Treibereinrichtung 20 der elektronischen Steuereinheit 2 ist hierbei als ideale Stromquelle anstatt als ideale Spannungsquelle ausgebildet. Die Spannungsquellenanordnung der Treibereinrichtung 30 des Peripheriegerätes 3 ist derart ausgebildet, dass bei einer Spannungsrückmeldung der Gesamtwiderstand derart geändert wird, dass bei einem konstanten Strom die jeweilige anliegende Spannung variiert, d.h. eine spannungscodierte Information rückübertragen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur bidirektionalen Eindraht-Datenübertragung von Dateninformationen zwischen einer elektronischen Steuereinheit (2) und mindestens einem Peripheriegerät (3) mit folgenden Schritten:
Anlegen einer vorbestimmten konstanten Spannung an eine Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinlieit (2) zum Erzeugen einer spannungscodierten Information;
Übertragen der spannungscodierten Information von der Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) zu einer Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) über eine Eindraht-Leitung
(4);
Ansteuern und Versorgen mindestens der Treiberlogik der Treibereinrichtung (30) und/oder der Kommunikationslogik des Peripheriegerätes (3) durch den durch die angelegte Spannung erzeugten Stromfluss;
Stromcodieren einer durch die Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) auf demselben anfallenden Information; und
Rückübertragen der stromcodierten Information von der Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) an die Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) über die Eindraht-Leitung (4) während der Ansteuerung des Peripheriegerätes (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungscodierte Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) als binäres Signal und die stromcodierte Rückübertragung von dem Peripheriegerät (3) zu der elektronischen Steuereinlieit (2) als analoges Signal ausgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die spannungscodierte Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) als auch die stromcodierte Rückübertragung von dem Peripheriegerät (3) zu der elektronischen Steuereinheit (2) als binäres Signal ausgebildet werden.
4. Verfahren zur bidirektionalen Eindraht-Datenübertragung von Dateninformationen zwischen einer elektronischen Steuereinheit (2) und mindestens einem Peripheriegerät (3) mit folgenden Schritten: Anlegen eines vorbestimmten konstanten Stromes an eine Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) zum Erzeugen einer stromcodierten Information;
Übertragen der stromcodierten Information von der Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuer- einheit (2) zu einer Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) über eine Eindraht-Leitung (4);
Ansteuern und Versorgen mindestens der Treiberlogik der Treibereinrichtung (30) und der Kommunikationslogik des Peripheriegerätes (3) durch den Stromfluss;
Spannungscodieren einer durch die Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) auf demselben anfallenden Information; und
Rückübertragen der spannungscodierten Information von der Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) an die Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) über die Eindraht- Leitung (4) während der Ansteuerung des Peripheriegerätes (3).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stromcodierte Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) als binäres Signal und die spannungscodierte Rückübertragung von dem Peripheriegerät (3) zu der elektronischen Steuereinheit (2) als analoges Signal ausgebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die stromcodierte Ansteuerung des Peripheriegerätes (3) als auch die spannungscodierte Rückübertragung von dem Peripheriegerät (3) zu der elektronischen Steuereinheit (2) als binäres Signal ausgebildet werden.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Peripheriegerät (3) zu der elektronischen Steuereinlieit (2) rückzuübertragende Information als Diagnosesignal zur Diagnose des Peripheriegerätes (3) ausgebildet wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Peripheriegerät (3) zu der elektronischen Steuereinheit (2) rückzuübertragende Information als Informationssignal zur weiteren Steuerung des Peripheriegerätes (3) ausgebildet wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rückzuübertragende Information derart spannungs- bzw. stromcodiert wird, dass die Zeitdauer bis zu einem Flankenwechsel der Spannung bzw. des Stromes die charakteristische Größe der Information darstellt.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rückzuübertragende Information derart spannungs- bzw. stromcodiert wird, dass der Zustand oder Flankenwechsel innerhalb eines Zeitfensters die charakteristische Größe der Information darstellt und als Bit interpretiert wird.
11. Vorrichtung zur bidirektionalen Eindraht-Datenübertragung von Dateninformationen zwischen einer elektronischen Steuereinheit (2) und mindestens einem Peripheriegerät (3) mit:
ersten Mitteln zur Erzeugung und Übertragung einer spannungscodierten Information von einer Trei- bereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) zu einer Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) über eine Eindraht-Leitung (4) und zur dadurch gleichzeitigen Ansteuerung und Versorgung mindestens der Treiberlogik der Treibereinrichtung (30) und der Kommunikationslogik des Peripheriegerätes (3); und mit
zweiten Mitteln für eine Rückübertragung einer stromcodierten Information der Treibereinrichtung
(30) des Peripheriegerätes (3) an die Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) über die Eindraht-Leitung (4) während der Ansteuerung des Peripheriegerätes (3).
12. Vorrichtung zur bidirektionalen Eindraht-Datenübertragung von Dateninformationen zwischen einer elektronischen Steuereinheit (2) und mindestens einem Peripheriegerät (3) mit:
ersten Mitteln zur Erzeugung und Übertragung einer stromcodierten Information von einer Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) zu einer Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) über eine Eindraht-Leitung (4) und zur dadurch gleichzeitigen Ansteuerung und Versorgung mindestens der Treiberlogik der Treibereinrichtung (30) und der Kommunikationslogik des Peripheriegerätes (3); und mit
zweiten Mitteln für eine Rückübertragung einer spannungscodierten Information der Treibereinrichtung (30) des Peripheriegerätes (3) an die Treibereinrichtung (20) der elektronischen Steuereinheit (2) über die Eindraht-Leitung (4) während der Ansteuerung des Peripheriegerätes (3).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (2) als Motorsteuergerät ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (3) als Zündspule (7), Einspritzventil oder dergleichen ausgebildet ist.
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