WO2019206866A1 - Vorrichtung und verfahren zur funktionsprüfung eines antennensystems - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur funktionsprüfung eines antennensystems Download PDF

Info

Publication number
WO2019206866A1
WO2019206866A1 PCT/EP2019/060300 EP2019060300W WO2019206866A1 WO 2019206866 A1 WO2019206866 A1 WO 2019206866A1 EP 2019060300 W EP2019060300 W EP 2019060300W WO 2019206866 A1 WO2019206866 A1 WO 2019206866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
selection unit
unit
output
seo
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/060300
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Haggenmiller
Walter Schrod
Original Assignee
Cpt Group Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cpt Group Gmbh filed Critical Cpt Group Gmbh
Publication of WO2019206866A1 publication Critical patent/WO2019206866A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/54—Testing for continuity
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for functional testing of an antenna system, which is used in particular for foreign metal detection.
  • inductive charging energy is transferred by means of the transformer principle over distances of a few centimeters to about 20 cm.
  • a large magnetic field can arise between an outer bottom coil (so-called primary coil) and a vehicle-side underbody coil (so-called secondary coil).
  • primary coil outer bottom coil
  • secondary coil vehicle-side underbody coil
  • EMC stray magnetic field
  • the alternating magnetic field which arises in the air gap in the energy transmission leads to an air-gap-shaped metallic body, such as e.g. a coin, a nail and the like, is heated.
  • the case occurring in the metallic body temperatures can be so high that the enclosing the outer bottom coil housing, which usually consists of a plastic, could be damaged.
  • flammable substances such as those in the vicinity of the hot metallic body, may be present. Paper, causing the danger of the emergence of a major fire.
  • a person tries to remove the already heated metallic object from the outer bottom coil there is a danger of burning.
  • a diagnosis of the measuring path and the receiving antennas before and during operation of the inductive charging system should be made possible.
  • a device for func ons phenomenon an antenna system in particular for Fremdme tallerkennung, proposed.
  • the device and the antenna system are in particular components of an inductive motor vehicle charging system.
  • the device comprises an antenna system having a plurality of antenna units, wherein each of the one antenna and at least one series resistor connected in series therewith each antenna unit between a biased bias node and an associated input of a selection unit of the device is connected before direction, wherein the selection unit comprises a number of multiplexers, which may be connected in particular in a cascade.
  • the first resistors of the coupled to the inputs of a multiplex antenna units have at least two different Wi resistance values.
  • An arithmetic unit of the device is adapted to provide a control signal for the selection unit be, which is determined by the control signal, which input of the selection unit with an output of Selection unit is to connect.
  • the arithmetic unit of the device is further configured to receive at an input of the arithmetic unit the antenna signal applied to the output of the selection unit.
  • the device further comprises a connected between the output of the selection unit and a diagnostic voltage connection and the Re chen unit controllable diagnostic circuit, wherein applied to the Di agnoseHarnessan gleich a diagnostic voltage.
  • the arithmetic unit is further designed to conclude from the comparison of when he activated and not activated diagnostic circuit he averaged antenna signals at the output of the selection unit to an error of the antenna system.
  • the principle underlying the device according to the invention is based on the fact that for each antenna of the antenna system with non-activated diagnostic circuit, a specific target voltage at the output of the selection unit results. Short circuits to ground, open connections and short circuits between two antennas can be detected by detecting a deviation from the specific setpoint voltage. By comparing the voltage present at the output of the selection unit with and without activated diagnosis circuit, the complete measuring path of the apparatus can be automatically checked beyond that.
  • the check of the functionality of the device can be used before and during the operation of the above-mentioned inductive charging device.
  • a first resistor in conjunction with the diagnostic resistor, provides a voltage divider, the output of the selection unit representing the junction between the diagnostic resistor and the first resistor of the (active) antenna unit being viewed. This allows different voltage potentials at the output of the Selection unit, depending on whether the diagnostic circuit is activated or not.
  • the correct function of the multiplexers can also be checked in selection units which comprise a multiplicity of multiplexers.
  • the choice of series resistors is such that each multiplexer coupled to an antenna unit provides at least one input a different result than the other inputs. As a result, a drive error can be clearly detected.
  • the selection of the resistance values is further carried out in such a way that a clear result pattern is delivered.
  • the device can be realized in a simple and cost-effective manner. In particular, compared to conventional antenna systems for detecting foreign metals, only a few additional components are necessary.
  • the functionality check can be performed using the existing signal analysis structures.
  • An evaluation of the functionality can be realized by the computing unit in the form of software.
  • the diagnostic circuit comprises a series circuit of a controllable by the computing unit switching element and a diagnostic resistor. With the aid of the diagnostic circuit, it is possible to specifically change the voltage applied to the output of the selection unit by activating the diagnostic circuit. Due to the known value of the diagnostic resistance results - with the correct functioning of the antenna system - an expected deviation from the value of the signal at the output of the selection circuit, which can then be evaluated to assess the operability of the antenna system to.
  • controllable switching element can be switched on or off by a control signal applied to a second output of the arithmetic unit for activating or deactivating the diagnostic circuit.
  • This allows the output of the selec- tion circuit selectively connected to the diagnostic voltage terminal to which the diagnostic voltage is applied, or be decoupled from this.
  • Each antenna unit may further comprise a second resistor which is connected in parallel with the series circuit of the first resistor and the antenna of the respective antenna unit. By providing the second resistor, there is no floating when the antenna is disconnected from the biased node. In particular, the second resistor also permits testing of the functionality of the selection unit and its activation.
  • the arithmetic unit is expediently designed to connect each antenna unit by a suitable control signal for the Selekti onsaku with disabled diagnostic circuit with the output of the selection unit and to detect all detected signals in a first result table for a complete test of the antenna system.
  • the arithmetic unit is further adapted to connect each antenna unit by a suitable control signal for the selection unit with activated fourth diagnostic circuit with the output of the selection unit and to detect all detected signals in a second result table. From a comparison of the first with the second result table is then concluded that an error in the antenna system.
  • the antenna unit assigned to an antenna As fault locations, the antenna unit assigned to an antenna, the antenna unit associated antenna connection, the selection unit or the signal conditioning unit, the lekomsawa between the output of Se and the input of the arithmetic unit is connected, be distinguished.
  • a method for functional testing of an antenna system in particular for Fremdme- tallerkennung, suggested.
  • the antenna system comprises a plurality of antenna units, wherein each of the one antenna and at least one series-connected first resistor antenna units is respectively connected between a biased node and an associated input of a selection unit, wherein the selection unit on a number of multiplexers and wherein the first resistors of the antenna units coupled to the inputs of a respective multiplexer have at least two different resistance values.
  • a control signal for the selection unit is provided by a computing unit at a first output, it being determined by the control signal which input of the selection unit is to be connected to an output of the selection unit, and at an input of the computing unit that at the output of the selection unit receiving antenna signal. Furthermore, a diagnostic circuit is selectively controlled. From the comparison of detected when activated and non-activated diagnostic circuit antenna signals at the output of the selection unit is then concluded that an error of the anten nesystems.
  • the invention has the same advantages as described above in connection with the device according to the invention.
  • each antenna unit is expediently connected to the output of the selection unit by a suitable control signal for the selection unit with the diagnostic circuit deactivated and all detected signals are recorded in a first record table. Furthermore, each antenna unit is connected to the output of the selection unit by a suitable control signal for the selection unit with activated diagnosis circuit, and all detected signals are detected in a second result table. From a comparison of the first with the second result table is then concluded that an error in the antenna system. According to a further expedient embodiment, the location of a fault in the antenna system is concluded from the comparison of the first and the second result table.
  • the error can be limited to the following locations: the antenna assigned to an antenna unit, the antenna connection assigned to an antenna unit, the selection unit or a signal conditioning unit connected between the output of the selection unit and the input of the arithmetic unit.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electrical
  • FIG. 2 is an enlarged view of a selection unit of the device of FIG. 1;
  • Fig. 3 is a matrix in the result values for the possible
  • Fig. 4 is a matrix in the result states for a
  • 5 shows an expanded error matrix when occurring under different error conditions at the selection unit.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electrical equivalent circuit diagram of a device according to the invention for functional testing of an antenna system.
  • the antenna system is used for foreign metal detection, which in the detection of a metallic object, such as a coin, a screw, a nail and the like, issues a warning and / or disables a connected to the device technical system.
  • the device serves to be able to check defects in the antenna system and connected to the antenna system signal processing components on their ability to function.
  • the device described below is provided for use in an inductive vehicle charging system, in which energy is transmitted by means of the transformer principle over distances of a few centimeters to about 20 cm.
  • a power transmission system is formed between an outer bottom coil and a vehicle-side underbody coil depending on the distance, structure and power a large magnetic field.
  • a metallic body located in the effective region of the bottom coil can be heated.
  • the temperatures which occur in the metallic body can become so high that the housing enveloping the outer bottom coil, which typically consists of a plastic, can be damaged.
  • there is a danger that flammable substances located nearby may be ignited by the hot metallic body.
  • the apparatus described below allows a functional test of the antenna system and the antenna system downstream drive and / or Signalverarbei processing components with regard to short circuits, open lines and the like.
  • the antenna system to be tested comprises a plurality of antenna units, in the example AE0,..., AE15.
  • Each of the antenna units AE0,..., AE15 comprises an antenna A0,..., A15, a first resistor R0,..., R15 (so-called series resistance), which is connected in series with the antenna A0, a purely op tional, second resistor RP0, ..., RP15, which is connected in parallel to the series circuit of the first resistor R0, ... R15 and the antenna A0, ..., Al5.
  • Each of the antenna units AEO, AE15 is in each case interconnected between a node K acted upon by a bias voltage Vofst and an input of a selection unit SE assigned to the respective antenna unit AEO,..., AE15.
  • the bias voltage may have a positive or a negative value (in the case of a unipolar power supply) or may be at a ground potential.
  • the interconnection is such that a respective node of antenna A0, ..., Al 5 and parallel resistor RPO, ..., RP15 to the node K and a node from the series resistor R0, ..., R15 and the parallel resistor RPO, ..., RP15 of a respective antenna unit with a respective uniquely assigned input SEI0, ..., SEI15 the selection unit SE is connected.
  • the selection unit SE consists of a cascade of multiplexers MUX, MUXa,..., MUXd.
  • the selection unit has only two cascade stages MUX I and MUX II at play.
  • the Kas kadentake MUX II which represents the input of the selection unit SE, in the present embodiment, for example, four multiplexers MUXa, ..., MUXd on.
  • the Kaska dencut MUX I which represents the output of the selection unit SE, has the multiplexer MUX.
  • the outputs of the multiplexers MUXa, ..., MUXd the second Kas kadenlie MUX II are connected to the inputs of the multiplexer MUX of the first cascade stage MUX I.
  • An output of the multiplexer MUX represents an output SEO of the selection unit SE.
  • the selection unit SE can be formed from a different number of cascade stages (one, three or more). Likewise, the number of multiplexers from the second cascade stage MUX II can be chosen differently than here. As will also be apparent from the following description, each multiplexer MUXa, ..., MUXd, MUX has four inputs and one Exit on. It goes without saying that this too is only by way of example.
  • the output SEO of the selection unit SE is connected via a Sig nal kausaku SPU, which includes, for example, a filter and an amplifier and the like, with an input CUI a computing unit CU.
  • the arithmetic unit CU is designed to provide a control signal for the selection unit SE at a first output CUO1, it being determined by the control signal which input SEI0,..., SEI15 of the selection unit SE is to be connected to the output SEO of the selection unit SE.
  • the arithmetic unit can determine which antenna unit AE0,..., AE15 is connected to the arithmetic unit for evaluating an antenna signal.
  • the arithmetic unit CU for this purpose comprises four first outputs or output terminals, which are summarized here under the first output CUOl.
  • the arithmetic unit CU is further configured to receive at its input CUI1 the antenna signal present at the output SEO of the selection unit SE and prepared by the signal processing unit SPU.
  • the device further comprises a diagnostic circuit DC.
  • the diagnostic circuit DC includes a series circuit of a controllable switching element S1 and a diagnostic resistor DR.
  • the series circuit of the controllable switching element S1 and the diagnostic resistor DR is connected between a diagnostic voltage terminal Kl and the output SEO of the selection unit SE.
  • the control of the controllable switching element S1 is carried out with the aid of a control signal CTRL_DIAG, which is output at a second output CU02 by the arithmetic unit CU.
  • CTRL_D IAG can be determined by the computing unit CU, whether the controllable switching element S1 is switched on or off.
  • the diagnostic circuit DC is active or ak tiviert in a conductive switched controllable switching element S1 and in a blocking switched controllable switching element S1, the diagnostic circuit DC referred to as not active or disabled.
  • the diagnostic resistor DR forms together with the Serienwi resistance R0, R15 of the control unit CU just selected antenna unit AEO, AE15 a voltage divider, wherein the voltage applied to the output SEO of the selection unit SE depending on the activation or deactivation of the diagnostic circuit DC results in a different voltage level.
  • AEO,..., AE15 results for each of the antenna units when the function is intended the output SEO of the selection unit SE he waeable voltage value, both with activated as well as deactivated diagnostic circuit DC.
  • the output SE of the selection unit SE for the antenna unit AEO,..., AE15 results in a voltage value deviating from the expected value , This can be evaluated by the arithmetic unit CU and, depending on the result of the evaluation, it can be concluded that a function or an error has occurred as well as its location.
  • the basic principle of diagnosis is as follows:
  • a diagnosis of the antennas A0, Al 5 or the connection between a respective antennas A0, A15 to the arithmetic unit CU can by the knowledge of each antenna A0, Al 5 known and defined series resistance of the size Ra, Rb and the known size of the diagnosis resistor DR be determined. For each of the antennas A0, Al5 results in a specific
  • the diagnosis of the control of the multiplexer MUX, MUXa, MUXd thus takes place inter alia by the use of at least two different series resistances Ra, Rb per multiplexer MUXa, ..., MUXd.
  • the control signals CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II The prerequisite for this is that each multiplexer MUXa, ..., MUXd of the second cascade stage MUX II has a so-called "marker bit" MB (see FIGS.
  • each input of the currently considered multiplexer MUXa or MUXb or MUXc ie each input of the currently considered multiplexer MUXa or MUXb or MUXc
  • each multiplexer MUXa, ..., MUXd of the second cascade MUX II must supply a unique result pattern.
  • the diagnosis of the type described here can, if the antenna system is installed in an inductive charging system, be carried out before starting the charging process or during the inductive charging process. In the latter case it is expedient to interrupt the charge for a short time and to carry out the diagnosis as described herein.
  • the antennas A0, ..., A15 can also be designed such that the signal of the transmitting antenna does not completely compensate for zero, as is the case with conventional metal detectors. Thus, in normal operation, a certain minimum signal can be measured by the computer unit. If this signal fails for one or more antennas, an error can be immediately deduced.
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the selection unit SE from FIG. 1 for explaining the drive signals used in the matrices of FIGS. 3 to 5. Visible are those of the Arithmetic unit CU for controlling the multiplexer MUX, MUXa, MUXd used control signals CTRL_MUX_I and CTRL_MUX_II, wherein the bit values for the drive signal CTRL_MUX_I with yy and bit values for the drive signal CTRL_MUX_II are specified with xx. Furthermore, the inputs SEI0, SEI15 of the multiplexers MUXa, MUXd can be seen.
  • the multiplexer MUXa the inputs SEI0, ..., SEI3, the multiplexer MUXb the inputs SEI4, ..., SEI7, the multiplexer MUXc the inputs SEI8, ..., SEIH and the multiplexer MUXd the Inputs SEI12, ..., SEI15 includes.
  • FIG. 3 shows a matrix in which the result values for the possible triggering situations of the selection unit SE are shown.
  • the signal values for yy possible for the control signal CTRL_MUX_I are indicated in columns and those for the control signal CTRL_MUX_II for the values xx in rows.
  • the matrix values Va and Vb identify the voltage values Vsns at the output SEO of the selection unit SEO.
  • the voltage values Va and Vb result as a function of the resistance values Ra, Rb of the series resistances R0,..., R15 assigned to the respective input SEI0,..., SEI15.
  • the value of the series resistor R6 connected to the input SEI6 of the multiplexer MUXb is Rb, while the values of the other series resistors of the multiplexer MUXb are Ra.
  • the value of the series resistor R9 and the value of the series resistor R12 connected to the inputs SEI9 of the multiplexer MUXc and SEI12, respectively, of the multiplexer MUXd are Rb, while all other values of the series resistors are Ra.
  • the positions at which the voltage value Vb results at the output SEO of the selection unit SE due to a different voltage value Vsns can be referred to as marker bit MB.
  • the tag bits are indicated by an ellipse in the matrix of FIG.
  • Vsns Vc, Vd, Ve or Vg, see above
  • FIG. 4 shows a further result matrix which limits errors in the occurrence of a triggering error of the selection unit SE (first four columns in FIG. 4, so-called “stuck at” error) and in the event of a short circuit in the control lines for triggering the Selection unit SE (last four columns, so-called “control lines shorted” error).
  • 4 shows the result table if there is a control error of the line for the multiplexer MUXb of the second cascade stage MUX II.
  • FIG. 5 shows an expanded error matrix when there is an error in the activation of the selection unit SE with respect to the high or low bit for the multiplexer MUX of the first cascade stage MUX II.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdmetallerkennung, die umfasst: ein Antennensystem mit einer Mehrzahl von Antenneneinheiten (AE0,..., AE15), wobei jede der eine Antenne (A0,..., A15) und zumindest einen Widerstand (R0,..., R15) umfassenden Antenneneinheiten (AE0,..., AE15) jeweils zwischen einem, mit einer Vorspannung (Vofst) beaufschlagten Knoten (K) und einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit (SE) verschaltet ist; eine Recheneinheit (CU), die dazu ausgebildet ist, an einem ersten Ausgang (CUO1) ein Steuersignal (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II) für die Selektionseinheit (SE) bereitzustellen, wobei durch das Steuersignal festgelegt ist, welcher Eingang der Selektionseinheit (SE) mit einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) zu verbinden ist, und an einem Eingang (CUI1) der Recheneinheit (CU) das an dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) anliegende Antennensignal zu empfangen; eine zwischen dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) und einem Diagnosespannungsanschluss verschaltete und durch die Recheneinheit (CU) ansteuerbare Diagnoseschaltung (DC), wobei an dem Diagnosespannungsanschluss eine Diagnosespannung (Vaux) anliegt. Die Recheneinheit (CU) ist dazu ausgebildet, aus dem Vergleich von bei aktivierter und nicht aktivierter Diagnoseschaltung ermittelten Antennensignalen an dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) auf einen Fehler des Antennensystems zu schließen.

Description

Beschreibung
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR FUNKTIONSPRÜFUNG EINES ANTENNENSYSTEMS
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, das insbesondere zur Fremdmetallerkennung dient.
Beim induktiven Laden wird Energie mittels des Transforma torprinzips über Strecken von wenigen Zentimetern bis zu ca. 20 cm übertragen . Dabei kann zwischen einer äußeren Bodenspule (sog. Primärspule) und einer fahrzeugseitigen Unterbodenspule (sog. Sekundärspule ) je nach Abstand, Aufbau und Leistung ein großes magnetisches Feld entstehen. Je schlechter die beiden Spulen aufeinander ausgerichtet sind, desto größer kann das magnetische Streufeld (EMV) werden, desto größer kann die magnetische Belastung für Menschen werden und/oder desto weniger Leistung kann in die Batterie des Fahrzeugs übertragen werden. Darüber hinaus wird der Wirkungsgrad des Übertragungssystems schlechter .
Das im Luftspalt bei der Energieübertragung entstehende mag netische Wechselfeld führt aufgrund der hohen Übertragungs leistung dazu, dass ein im Luftspalt befindlicher metallischer Körper, wie z.B. eine Münze, ein Nagel und dergleichen, erwärmt wird. Die dabei im metallischen Körper auftretenden Temperaturen können so hoch werden, dass das die äußere Bodenspule einhüllende Gehäuse, das üblicherweise aus einem Kunststoff besteht, be schädigt werden könnte. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass sich durch den heißen metallischen Körper in der Nähe befindliche brennbare Stoffe, wie z.B. Papier, entzünden können, wodurch die Gefahr der Entstehung eines größeren Brandes existiert. Versucht andererseits eine Person, den bereits erhitzten metallischen Gegenstand von der äußeren Bodenspule zu entfernen, so besteht die Gefahr einer Verbrennung.
Es existiert daher bei induktiven Kraftfahrzeugladesystemen das Erfordernis einer sog. Fremdmetallerkennung, welche bei der Detektion eines metallischen Gegenstands im Bodenspalt die äußere Bodenspule deaktiviert und/oder eine Warnung ausgibt. Da auch eine solche Fremdmetallerkennung einen Defekt aufweisen kann, muss die dazu verwendete Sensorik regelmäßig auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines zur Fremdmetallerkennung genutzten Antennensystems eines induktiven Kraftfahrzeugladesystems anzugeben, welche einfach, kostengünstig und zuverlässig sind. Insbesondere soll eine Diagnose des Messpfades sowie der Empfangsantennen vor und während des Betriebs des induktiven Ladesystems ermöglicht werden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Funkti onsprüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdme tallerkennung, vorgeschlagen. Die Vorrichtung und das Anten nensystem sind insbesondere Bestandteile eines induktiven Kraftfahrzeugladesystems. Die Vorrichtung umfasst ein Anten nensystem mit einer Mehrzahl von Antenneneinheiten, wobei jede der eine Antenne und zumindest einen dazu in Serie geschalteten ersten Widerstand umfassenden Antenneneinheiten jeweils zwi schen einem, mit einer Vorspannung beaufschlagten Knoten und einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit der Vor richtung verschaltet ist, wobei die Selektionseinheit eine Anzahl an Multiplexern aufweist, die insbesondere in einer Kaskadierung verschaltet sein können. Die ersten Widerstände der mit den Eingängen eines Multiplexers gekoppelten Antennen einheiten weisen dabei zumindest zwei unterschiedliche Wi derstandswerte auf. Eine Recheneinheit der Vorrichtung ist dazu ausgebildet, ein Steuersignal für die Selektionseinheit be reitzustellen, wobei durch das Steuersignal festgelegt ist, welcher Eingang der Selektionseinheit mit einem Ausgang der Selektionseinheit zu verbinden ist. Die Recheneinheit der Vorrichtung ist ferner dazu ausgebildet, an einem Eingang der Recheneinheit das an dem Ausgang der Selektionseinheit an liegende Antennensignal zu empfangen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine zwischen dem Ausgang der Selektionseinheit und einem Diagnosespannungsanschluss verschaltete und durch die Re cheneinheit ansteuerbare Diagnoseschaltung, wobei an dem Di agnosespannungsanschluss eine Diagnosespannung anliegt. Die Recheneinheit ist ferner dazu ausgebildet, aus dem Vergleich von bei aktivierter und nicht aktivierter Diagnoseschaltung er mittelten Antennensignalen an dem Ausgang der Selektionseinheit auf einen Fehler des Antennensystems zu schließen.
Das der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrunde liegende Prinzip beruht darauf, dass sich für jede Antenne des Antennensystems bei nicht aktivierter Diagnoseschaltung eine spezifische Soll spannung am Ausgang der Selektionseinheit ergibt. Kurzschlüsse nach Masse, offene Verbindungen und Kurzschlüsse zwischen zwei Antennen können durch die Detektion einer Abweichung von der spezifischen Sollspannung ermittelt werden. Durch einen Ver gleich der am Ausgang der Selektionseinheit anliegenden Spannung mit und ohne aktivierter Diagnoseschaltung kann darüber hinaus automatisch der vollständige Messpfad der Vorrichtung überprüft werden .
Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Vorrichtung kann vor und während des Betriebs der eingangs erwähnten induktiven Ladevorrichtung genutzt werden.
In Abhängigkeit der Anzahl der Multiplexer ergibt sich eine korrespondierende Anzahl an Antenneneinheiten, wobei eine jeweilige Antenneneinheit mit einem zugeordneten Eingang eines der Multiplexer verbunden ist. Ein erster Widerstand ergibt in Verbindung mit dem Diagnosewiderstand einen Spannungsteiler, wobei der Ausgang der Selektionseinheit den Knotenpunkt zwischen dem Diagnosewiderstand und dem ersten Widerstand der gerade betrachteten (aktiven) Antenneneinheit darstellt. Dies er möglicht unterschiedliche Spannungspotentiale an dem Ausgang der Selektionseinheit, abhängig davon, ob die Diagnoseschaltung aktiviert ist oder nicht.
Durch eine geeignete Wahl, welche Antenne mit welchem ersten Widerstand (sog. Serienwiderstand) versehen ist, kann auch bei Selektionseinheiten, die eine Vielzahl an Multiplexern umfassen, die korrekte Funktion der Multiplexer überprüft werden. Die Wahl der Serienwiderstände erfolgt derart, dass jeder Multiplexer, der mit einer Antenneneinheit gekoppelt ist, an mindestens einem Eingang ein anderes Ergebnis liefert als die übrigen Eingänge. Dadurch kann ein Ansteuerfehler eindeutig erkannt werden. Die Wahl der Widerstandswerte erfolgt ferner derart, dass ein eindeutiges Ergebnispattern geliefert wird.
Die Vorrichtung lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise realisieren. Insbesondere sind gegenüber herkömmlichen An tennensystemen zur Fremdmetallerkennung nur wenige zusätzliche Bauelemente notwendig. Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit kann unter Verwendung der vorhandenen Signal-Analysestrukturen durchgeführt werden. Eine Bewertung der Funktionsfähigkeit kann durch die Recheneinheit in Form von Software realisiert werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Diagnose schaltung eine Serienschaltung aus einem durch die Recheneinheit steuerbaren Schaltelement und einem Diagnosewiderstand. Mit Hilfe der Diagnoseschaltung ist es möglich die am Ausgang der Selektionseinheit anliegende Spannung durch Aktivierung der Diagnoseschaltung gezielt zu verändern. Aufgrund des bekannten Werts des Diagnosewiderstands ergibt sich - bei korrekter Funktionsfähigkeit des Antennensystems - ein erwarteter Ab weichungswert des Signals am Ausgang der Selektionsschaltung, welcher dann zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des An tennensystems ausgewertet werden kann.
Insbesondere ist das steuerbare Schaltelement durch ein an einem zweiten Ausgang der Recheneinheit anliegendes Steuersignal zur Aktivierung oder Deaktivierung der Diagnoseschaltung leitend oder sperrend schaltbar. Dadurch kann der Ausgang der Selek- tionsschaltung selektiv mit dem Diagnosespannungsanschluss, an dem die Diagnosespannung anliegt, verbunden oder von diesem entkoppelt werden.
Jede Antenneneinheit kann darüber hinaus einen zweiten Wi derstand umfassen, der parallel zu der Serienschaltung aus dem ersten Widerstand und der Antenne der betreffenden Antennen einheit verschaltet ist . Durch das Vorsehen des zweiten Wi derstands ergibt sich kein Floating, wenn die Antenne von dem mit einer Vorspannung beaufschlagten Knoten getrennt ist. Insbe sondere erlaubt der zweite Widerstand auch die Prüfung der Funktionsfähigkeit der Selektionseinheit und deren Ansteuerung.
Die Recheneinheit ist zweckmäßigerweise dazu ausgebildet, für einen vollständigen Test des Antennensystems jede Antennen einheit durch ein geeignetes Steuersignal für die Selekti onseinheit mit deaktivierter Diagnoseschaltung mit dem Ausgang der Selektionseinheit zu verbinden und alle ermittelten Signale in einer ersten Ergebnistabelle zu erfassen. Die Recheneinheit ist ferner dazu ausgebildet, jede Antenneneinheit durch ein geeignetes Steuersignal für die Selektionseinheit mit akti vierter Diagnoseschaltung mit dem Ausgang der Selektionseinheit zu verbinden und alle ermittelten Signale in einer zweiten Ergebnistabelle zu erfassen. Aus einem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergebnistabelle wird dann auf einen Fehler in dem Antennensystem geschlossen.
Aus dem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergebnistabelle kann ferner auf den Ort eines Fehlers in dem Antennensystem ge schlossen werden. Als Fehlerorte können die einer Antennen einheit zugeordnete Antenne, die einer Antenneneinheit zuge ordnete Antennenverbindung, die Selektionseinheit oder die Signalaufbereitungseinheit, die zwischen dem Ausgang der Se lektionseinheit und dem Eingang der Recheneinheit verschaltet ist, unterschieden werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Funktions prüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdme- tallerkennung, vorgeschlagen. Das Antennensystem umfasst eine Mehrzahl von Antenneneinheiten, wobei jede der eine Antenne und zumindest einen dazu in Serie geschalteten ersten Widerstand umfassenden Antenneneinheiten jeweils zwischen einem, mit einer Vorspannung beaufschlagten Knoten und einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit verschaltet ist, wobei die Selekti onseinheit eine Anzahl an Multiplexern umfasst und wobei die ersten Widerstände der mit den Eingängen eines jeweiligen Multiplexers gekoppelten Antenneneinheiten zumindest zwei unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Bei dem Verfahren wird durch eine Recheneinheit an einem ersten Ausgang ein Steuersignal für die Selektionseinheit bereitgestellt, wobei durch das Steuersignal festgelegt ist, welcher Eingang der Selektionseinheit mit einem Ausgang der Selektionseinheit zu verbinden ist, und an einem Eingang der Recheneinheit das an dem Ausgang der Selektionseinheit anliegende Antennensignal emp fangen . Ferner wird eine Diagnoseschaltung selektiv angesteuert . Aus dem Vergleich von bei aktivierter und nicht aktivierter Diagnoseschaltung ermittelten Antennensignalen an dem Ausgang der Selektionseinheit wird dann auf einen Fehler des Anten nensystems geschlossen.
Die Erfindung weist die gleichen Vorteile auf, wie diese vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden.
Zweckmäßigerweise wird für einen vollständigen Test des An tennensystems jede Antenneneinheit durch ein geeignetes Steuersignal für die Selektionseinheit mit deaktivierter Di agnoseschaltung mit dem Ausgang der Selektionseinheit verbunden und es werden alle ermittelten Signale in einer ersten Er gebnistabelle erfasst. Ferner wird jede Antenneneinheit durch ein geeignetes Steuersignal für die Selektionseinheit mit aktivierter Diagnoseschaltung mit dem Ausgang der Selekti onseinheit verbunden und es werden alle ermittelten Signale in einer zweiten Ergebnistabelle erfasst. Aus einem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergebnistabelle wird dann auf einen Fehler in dem Antennensystem geschlossen. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird aus dem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergebnistabelle auf den Ort eines Fehlers in dem Antennensystem geschlossen. Der Fehler kann auf folgende Orte eingegrenzt werden: Die einer Antenneneinheit zugeordnete Antenne, die einer Antenneneinheit zugeordnete Antennenverbindung, die Selektionseinheit oder eine Sig nalaufbereitungseinheit, die zwischen dem Ausgang der Selek tionseinheit und dem Eingang der Recheneinheit verschaltet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausfüh rungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen
Ersatzschaltbildes einer erfindungsgemäßen Vor richtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems zur Fremdmetallerkennung;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Selektionseinheit der Vorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Matrix, in der Ergebniswerte für die möglichen
Ansteuersituationen der Selektionseinheit aus Fig. 2 dargestellt sind, wenn das Antennensystem keinen Funktionsfehler aufweist;
Fig. 4 eine Matrix, in der Ergebniszustände für einen
Multiplexer der Selektionseinheit aus Fig. 2 beim Auftreten eines Fehlers dargestellt sind; und
Fig. 5 eine erweiterte Fehlermatrix beim Auftreten unter schiedlicher Fehlerzustände an der Selektionseinheit.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Ersatzschaltbildes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems . Das Antennensystem dient zur Fremdmetallerkennung, welche bei der Detektion eines metallischen Gegenstands, z.B. einer Münze, einer Schraube, eines Nagels und dergleichen, eine Warnung ausgibt und/oder ein mit der Vorrichtung verbundenes technisches System deaktiviert. Die Vorrichtung dient dazu, Defekte des Antennensystems sowie mit dem Antennensystem verbundener Signalverarbeitungskomponenten auf ihre Funktions fähigkeit überprüfen zu können.
Insbesondere ist die nachfolgend beschriebene Vorrichtung zum Einsatz bei einem induktiven Fahrzeug-Ladesystem vorgesehen, bei dem Energie mittels des Transformatorprinzips über Strecken von wenigen Zentimetern bis zu ca. 20 cm übertragen wird. Bei einem solchen Energieübertragungssystem entsteht zwischen einer äußeren Bodenspule und einer fahrzeugseitigen Unterbodenspule je nach Abstand, Aufbau und Leistung ein großes magnetisches Feld. Bei aktiver Bodenspule kann ein im Wirkbereich der Bodenspule befindlicher metallischer Körper erwärmt werden. Die dabei im metallischen Körper auftretenden Temperaturen können so hoch werden, dass das die äußere Bodenspule einhüllende Gehäuse, das typischerweise aus einem Kunststoff besteht, beschädigt werden kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass durch den heißen metallischen Körper in der Nähe befindliche brennbare Stoffe entzündet werden können. Ebenso besteht die Gefahr einer Verbrennung für Lebewesen, die mit dem bereits erhitzten me tallischen Gegenstand in Kontakt kommt .
Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine Funktionsprüfung des Antennensystems sowie der dem Antennen system nachgeschalteten Ansteuer- und/oder Signalverarbei tungskomponenten im Hinblick auf Kurzschlüsse, offene Leitungen und dergleichen.
Das zu prüfende Antennensystem umfasst eine Mehrzahl von An tenneneinheiten, im Beispiel AE0, ..., AE15. Jede der Anten neneinheiten AE0, ..., AE15 umfasst eine Antenne A0, ..., A15, einen zu der Antenne A0, ... Al 5 seriell verschalteten ersten Widerstand R0, ..., R15 (sog. Serienwiderstand) sowie einen lediglich op tionalen, zweiten Widerstand RP0, ..., RP15, der parallel zu der Serienschaltung aus dem ersten Widerstand R0, ... R15 und der Antenne A0, ..., Al 5 verschaltet ist. Jede der Antenneneinheiten AEO, AE15 ist jeweils zwischen einem mit einer Vorspannung Vofst beaufschlagten Knoten K und einem, der jeweiligen Antenneneinheit AEO, ..., AE15 zugeordneten, Eingang einer Selektionseinheit SE verschaltet. Die Vorspannung kann, abhängig von der nicht gezeigten SpannungsVersorgung, einen positiven oder einen negativen Wert (bei unipolarer Spannungsversorgung) aufweisen oder auf einem Massepotential liegen. Die Verschaltung ist dabei derart, dass ein jeweiliger Knotenpunkt aus Antenne A0, ..., Al 5 und Parallelwiderstand RPO, ..., RP15 mit dem Knoten K und ein Knotenpunkt aus dem Serien widerstand R0, ..., R15 und dem Parallelwiderstand RPO, ..., RP15 einer jeweiligen Antenneneinheit mit einem jeweils eindeutig zugeordneten Eingang SEI0, ..., SEI15 der Selektionseinheit SE verschaltet ist.
Die Selektionseinheit SE besteht im in Fig. 1 gezeigten Aus führungsbeispiel aus einer Kaskade von Multiplexern MUX, MUXa, ..., MUXd. Dabei weist die Selektionseinheit lediglich bei spielhaft zwei Kaskadenstufen MUX I und MUX II auf. Die Kas kadenstufe MUX II, die den Eingang der Selektionseinheit SE darstellt, weist dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielhaft vier Multiplexer MUXa, ..., MUXd auf. Die Kaska denstufe MUX I, die den Ausgang der Selektionseinheit SE darstellt, weist den Multiplexer MUX auf. Dementsprechend sind die Ausgänge der Multiplexer MUXa, ..., MUXd der zweiten Kas kadenstufe MUX II mit den Eingängen des Multiplexers MUX der ersten Kaskadenstufe MUX I verbunden. Ein Ausgang des Multi plexers MUX stellt einen Ausgang SEO der Selektionseinheit SE dar .
Es versteht sich, dass die Selektionseinheit SE aus einer anderen Anzahl von Kaskadenstufen (eins, drei oder mehr) gebildet sein kann. Ebenso kann die Anzahl der Multiplexer ab der zweiten Kaskadenstufe MUX II anders als hier gewählt sein. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ebenfalls deutlich werden wird, weist jeder Multiplexer MUXa, ..., MUXd, MUX vier Eingänge und einen Ausgang auf. Es versteht sich, dass auch dies lediglich bei spielhaft ist .
Der Ausgang SEO der Selektionseinheit SE ist über eine Sig nalverarbeitungseinheit SPU, welche beispielsweise einen Filter und einen Verstärker und dergleichen umfasst, mit einem Eingang CUI einer Recheneinheit CU verbunden. Die Recheneinheit CU ist dazu ausgebildet, an einem ersten Ausgang CUOl ein Steuersignal für die Selektionseinheit SE bereitzustellen, wobei durch das Steuersignal festgelegt ist, welcher Eingang SEI0, ..., SEI15 der Selektionseinheit SE mit dem Ausgang SEO der Selektionseinheit SE zu verbinden ist. Dadurch kann die Recheneinheit bestimmen, welche Antenneneinheit AE0, ..., AE15 mit der Recheneinheit zur Auswertung eines Antennensignals verbunden ist .
Aufgrund der mehrere Kaskadenstufen aufweisenden Selektions einheit SE werden im vorliegenden Fall zwei Steuersignale CTRL_MUX_I und CTRL_MUX_II zur Steuerung des Multiplexer MUX der ersten Kaskadenstufe MUX I und der Multiplexer MUXa, ..., MUXd der zweiten Kaskadenstufe MUX II benötigt. In der Praxis bedeutet dies, dass die Recheneinheit CU hierzu vier erste Ausgänge bzw. Ausgangsklemmen umfasst, die vorliegend unter dem ersten Ausgang CUOl zusammengefasst sind.
Die Recheneinheit CU ist ferner dazu ausgebildet, an ihrem Eingang CUIl das an dem Ausgang SEO der Selektionseinheit SE anliegende und durch die Signalverarbeitungseinheit SPU auf bereitete Antennensignal zu empfangen.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Diagnoseschaltung DC. Die Diagnoseschaltung DC umfasst eine Serienschaltung aus einem steuerbaren Schaltelement S1 und einen Diagnosewiderstand DR. Die Serienschaltung aus dem steuerbaren Schaltelement S1 und dem Diagnosewiderstand DR ist zwischen einem Diagnosespannungs anschluss Kl und dem Ausgang SEO der Selektionseinheit SE verschaltet. Die Steuerung des steuerbaren Schaltelements S1 erfolgt mit Hilfe eines Steuersignals CTRL_DIAG, das an einem zweiten Ausgang CU02 durch die Recheneinheit CU ausgegeben wird. Mit Hilfe des an dem zweiten Ausgang CU02 der Recheneinheit CU ausgegebenen Steuersignals CTRL_D IAG kann durch die Rechen einheit CU bestimmt werden, ob das steuerbare Schaltelement S1 leitend oder sperrend geschaltet ist. In der nachfolgenden Beschreibung wird bei einem leitend geschalteten steuerbaren Schaltelement S1 die Diagnoseschaltung DC als aktiv oder ak tiviert und bei einem sperrend geschaltetem steuerbaren Schaltelement S1 die Diagnoseschaltung DC als nicht aktiv oder deaktiviert bezeichnet.
Der Diagnosewiderstand DR bildet zusammen mit dem Serienwi derstand R0, R15 der durch die Steuereinheit CU gerade ausgewählten Antenneneinheit AEO, AE15 einen Spannungsteiler, wobei das am Ausgang SEO der Selektionseinheit SE anliegende Potential in Abhängigkeit der Aktivierung oder Deaktivierung der Diagnoseschaltung DC einen unterschiedlichen Spannungspegel ergibt. Aus dem Vergleich der bei aktivierter und nicht ak tivierter Diagnoseschaltung DC ermittelten Antennensignale an dem Ausgang SEO der Selektionseinheit SE kann durch die Re cheneinheit CU auf einen Fehler des Antennensystems sowie auf den Ort des Auftretens des Fehlers geschlossen werden.
Da die Widerstandswerte des Diagnosewiderstands DR sowie die Widerstandswerte Ra, Rb der Serienwiderstände R0, ..., R15 der Antenneneinheiten AEO, ..., AE15 bekannt sind, ergibt sich für jede der Antenneneinheiten AEO, ..., AE15 bei bestimmungsgemäßer Funktion an dem Ausgang SEO der Selektionseinheit SE ein er wartbarer Spannungswert, sowohl bei aktivierter als auch bei deaktivierter Diagnoseschaltung DC. Beim Auftreten eines Fehlers, sei es aufgrund einer offenen Verbindung der Antenne, eines Kurzschlusses nach Masse oder eines Kurzschlusses zwischen zwei Antennen, ergibt sich am Ausgang SEO der Selektionseinheit SE für die betrachtete Antenneneinheit AEO, ..., AE15 hingegen ein vom Erwartungswert abweichender Spannungswert. Dies kann durch die Recheneinheit CU ausgewertet werden und in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses auf eine bestimmungsgemäße Funktion oder einen Fehler sowie dessen Ort geschlossen werden. Das Grundprinzip der Diagnose ist wie folgt :
Eine Diagnose der Antennen A0, Al 5 bzw. der Verbindung zwischen einer jeweiligen Antennen A0, A15 zur Recheneinheit CU kann durch die Kenntnis des jeder Antenne A0, Al 5 bekannten und definierten Serienwiderstands der Größe Ra, Rb sowie der be kannten Größe des Diagnosewiderstands DR ermittelt werden. Für jede der Antennen A0, Al 5 ergibt sich eine spezifische
Sollspannung. Kurzschlüsse nach Masse, offene Steckverbindungen und Kurzschlüsse zwischen zwei Antennen A0, ..., A15 können auf diese Weise ermittelt werden. Ist die am Ausgang SEO gemessene Spannung Vsns = Vref (welche der sich aus den bekannten Größen des Serienwiderstands Ra, Rb und der Größe des Diagnosewi derstands DR ergibt), so liegt kein Fehler vor. Bei einem Kurzschluss nach Masse ist Vsns sehr viel kleiner als Vref. Bei einer offenen Leitung gilt: Vsns > Vref. Bei einem Kurzschluss zum benachbarten Antenne gilt : Vsns < Vref . Durch einen Vergleich von Vsns mit und ohne aktivierter Diagnoseschaltung DC wird automatisch auch der Messpfad der Signalverarbeitungseinheit SPU mit überprüft .
Durch die Auswertung des Spannungswertes am Ausgang SEO der Selektionseinheit kann in Abhängigkeit der Höhe des Span nungswertes auf die folgenden Fehler geschlossen werden: Kein Fehler liegt vor, wenn der Spannungswert Va oder Vb beträgt, wenn die Diagnoseschaltung DC aktiviert ist. Bei einer offenen Leitung ergibt sich ein Spannungswert Vc . Bei einem Kurzschluss nach Masse ergibt sich ein Spannungswert Vd. Bei einem Kurzschluss zu einer benachbarten Antenne ergibt sich ein Spannungswert Ve, Vf oder Vg abhängig davon, ob die benachbarte Antenne den gleichen Serienwiderstandswert Ra oder Rb oder einen unterschiedlichen Serienwiderstandswert Ra bzw. Rb aufweist. Die Spannungswerte Va, Vb, Vc, Vd, Ve, Vf und Vg sind dabei unterschiedliche Spannungswerte, die sich aus den bekannten Größen des Seri enwiderstands Ra, Rb und der Größe des Diagnosewiderstands DR und dem gerade auftretenden Fehler ergeben. Die Diagnose der Ansteuerung der Multiplexer MUX, MUXa, MUXd erfolgt somit unter anderem durch die Verwendung von mindestens zwei unterschiedlich großen Serienwiderständen Ra, Rb pro Multiplexer MUXa, ..., MUXd. Durch eine geeignete Wahl, welche der Antennen A0, ..., Al 5 mit welchem Serienwiderstandswert Ra oder Rb versehen sind, können sämtliche Multiplexer-Ansteuerungen durch die Steuersignale CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II auf die korrekte Funktion überprüft werden. Voraussetzung hierfür ist, dass jeder Multiplexer MUXa, ..., MUXd der zweiten Kaskadenstufe MUX II ein sog. „Marker-Bit" MB (Siehe Figs . 4 und 5) aufweist, d.h. jeder Eingang des aktuell betrachteten Multiplexers MUXa oder MUXb oder MUXc oder MUXd muss ein anderes Ergebnis liefern als dessen übrigen Eingänge. Hierdurch können Ansteuerfehler eindeutig erkannt werden. Darüber hinaus muss jeder Multiplexer MUXa, ..., MUXd der zweiten Kaskade MUX II ein eindeutiges Ergebnispattern liefern .
Dieses Vorgehen wird nachfolgend anhand der vergrößert dar gestellten Selektionseinheit SE in Fig. 2 und der in den Fig. 3 bis Fig. 5 gezeigten Ergebnismatrizen erläutert.
Die Diagnose der hier beschrieben Art kann, wenn das Anten nensystem in einem induktiven Ladesystem verbaut ist, vor Beginn des Ladevorgangs oder während des induktiven Ladevorgangs durchgeführt werden. Im zuletzt genannten Fall ist es zweckmäßig, die Ladung kurzzeitig zu unterbrechen und die Diagnose wie hierin beschrieben durchzuführen. Alternativ können die Antennen A0, ..., A15 auch derart ausgelegt werden, dass sich das Signal der Sendeantenne nicht vollständig zu Null kompensiert, wie dies bei herkömmlichen Metalldetektoren der Fall ist . Damit ist im Normalbetrieb ein gewisses minimales Signal durch die Re cheneinheit messbar. Fällt dieses Signal für eine oder mehrere Antennen aus, kann unmittelbar auf einen Fehler geschlossen werden .
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Selektionseinheit SE aus Fig. 1 zur Erläuterung der in den Matrizen der Figuren 3 bis 5 verwendeten Ansteuersignale. Erkennbar sind die von der Recheneinheit CU zur Ansteuerung der Multiplexer MUX, MUXa, MUXd genutzten Ansteuersignale CTRL_MUX_I und CTRL_MUX_II, wobei die Bitwerte für das Ansteuersignal CTRL_MUX_I mit yy und Bitwerte für das Ansteuersignal CTRL_MUX_II mit xx angegeben sind. Ferner sind die Eingänge SEI0, SEI15 der Multiplexer MUXa, MUXd ersichtlich. Es ist ohne weiteres erkennbar, dass der Multiplexer MUXa die Eingänge SEI0, ..., SEI3, der Multiplexer MUXb die Eingänge SEI4, ..., SEI7, der Multiplexer MUXc die Eingänge SEI8, ..., SEIH und der Multiplexer MUXd die Eingänge SEI12, ..., SEI15 umfasst .
In Fig. 3 ist eine Matrix gezeigt, in der die Ergebniswerte für die möglichen Ansteuersituationen der Selektionseinheit SE dargestellt sind. Dabei sind in der Matrix die für das Steu ersignal CTRL_MUX_I möglichen Signalwerte für yy in Spalten und die für das Steuersignal CTRL_MUX_II für die Werte xx in Zeilen angegeben. Die Matrixwerte Va und Vb kennzeichnen die Span nungswerte Vsns am Ausgang SEO der Selektionseinheit SEO. Die Spannungswerte Va und Vb ergeben sich in Abhängigkeit der dem jeweiligen Eingang SEI0, ..., SEI15 zugewiesenen Widerstandswerte Ra, Rb der Serienwiderstände R0, ..., R15. Aus dieser Matrix ist erkennbar, dass der Wert des Serienwiderstands R3 am Eingang SEI3 des Multiplexers MUXa den Wert Rb aufweist, während die Werte der Serienwiderstände der übrigen Eingänge SEI0, SEIl und SEI2 des Multiplexers MUXa den Wert Ra aufweisen.
In entsprechender Weise ist der Wert des Serienwiderstands R6, der mit dem Eingang SEI6 des Multiplexers MUXb verbunden ist, Rb, während die Werte der anderen Serienwiderstände des Multiplexers MUXb Ra betragen. Für die Multiplexer MUXc und MUXd ist der Wert des Serienwiderstands R9 und der Wert des Serienwiderstands R12, die mit den Eingängen SEI9 des Multiplexers MUXc bzw. SEI12 des Multiplexers MUXd verbunden sind Rb, während alle anderen Werte der Serienwiderstände Ra betragen. Die Positionen, an denen sich aufgrund eines unterschiedlichen Spannungswerts Vsns am Ausgang SEO der Selektionseinheit SE der Spannungswert Vb ergibt, kann als Marker-Bit MB bezeichnet werden. Die Marken-Bits sind in der Matrix gemäß Fig. 3 durch eine Ellipse gekennzeichnet. Beim Auftreten eines Fehlers und aktivierter Diagnoseschaltung ergeben sich abweichende Spannungswerte Vsns (nämlich Vc, Vd, Ve oder Vg, siehe oben) am Ausgang SEO der Selektionseinheit SE . Durch einen Vergleich der Ergebniswerte der Matrix für ein funktionsfähiges Antennensystem von einem Antennensystem, das einen Fehler aufweist, kann auf einen Fehler geschlossen werden.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ergebnismatrize, welche eine Eingrenzung von Fehlern beim Auftreten eines Ansteuerfehlers der Selektionseinheit SE (erste vier Spalten in Fig. 4, sog. „stuck at"-Fehler) und beim Auftreten eines Kurzschlusses in den Steuerleitungen zur Ansteuerung der Selektionseinheit SE (letzte vier Spalten, sog. „control lines shorted"-Fehler ) . Fig. 4 zeigt dabei die Ergebnistabelle, wenn ein Steuerfehler der Leitung für den Multiplexer MUXb der zweiten Kaskadenstufe MUX II vorliegt.
Fig. 5 zeigt demgegenüber eine erweiterte Fehlermatrix, wenn ein Fehler in der Ansteuerung der Selektionseinheit SE in Bezug auf das High- oder Low-Bit vorliegt für den Multiplexer MUX der ersten Kaskadenstufe MUX II vorliegt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, umfassend:
- ein Antennensystem mit einer Mehrzahl von Antenneneinheiten (AEO,..., AE15), wobei jede der eine Antenne (A0,..., A15) und zumindest einen dazu in Serie geschalteten ersten Wi derstand (R0,..., R15) umfassenden Antenneneinheiten (AEO,..., AE15) jeweils zwischen einem, mit einer Vorspannung (Vofst) beaufschlagten Knoten (K) und einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit (SE) verschaltet ist;
- wobei die Selektionseinheit (SE) eine Anzahl an Multi plexern umfasst und wobei die ersten Widerstände der mit den Eingängen eines jeweiligen Multiplexers (MUXa,..., MUXd) gekoppelten Antenneneinheiten (A0,..., A15) zumindest zwei unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen;
- eine Recheneinheit (CU), die dazu ausgebildet ist,
an einem ersten Ausgang (CUOl) ein Steuersignal (CTRL_MUX_I , CTRL_MUX_II ) für die Selektionseinheit (SE) bereitzustellen, wobei durch das Steuersignal festgelegt ist, welcher Eingang der Selektionseinheit (SE) mit einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) zu verbinden ist, und
an einem Eingang (CUIl) der Recheneinheit (CU) das an dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) anliegende Antennensignal zu empfangen;
- eine zwischen dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) und einem Diagnosespannungsanschluss verschaltete und durch die Recheneinheit (CU) ansteuerbare Diagnose schaltung (DC) , wobei an dem Diagnosespannungsanschluss eine Diagnosespannung (Vaux) anliegt;
- wobei die Recheneinheit (CU) dazu ausgebildet ist, aus dem Vergleich von bei aktivierter und nicht aktivierter Di agnoseschaltung ermittelten Antennensignalen an dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) auf einen Fehler des Antennensystems zu schließen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseschaltung (DC) eine Serienschaltung aus einem durch die Recheneinheit (CU) steuerbaren Schaltelement (Sl) und einem Diagnosewiderstand (DR) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Schaltelement (Sl) durch ein an einem zweiten Ausgang (CU02) der Recheneinheit (CU) anliegende Steuersignal
( CTRL_DIAG) zur Aktivierung oder Deaktivierung der Diagnose schaltung (DC) leitend oder sperrend schaltbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexer in einer Kaskadierung verschaltet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Antenneneinheit (AE0,..., AE15) einen zweiten Widerstand (RP0, .., RP15) umfasst, der parallel zu der Serienschaltung aus dem ersten Widerstand und der Antenne verschaltet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (CU) dazu ausgebildet ist, für einen vollständigen Test des Antennensystems
jede Antenneneinheit (AE0,..., AE15) durch ein geeignetes Steuersignal (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II) für die Selektions einheit (SE) mit deaktivierter Diagnoseschaltung (DC) mit dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) zu verbinden und alle ermittelten Signale in einer ersten Ergebnistabelle zu erfassen, jede Antenneneinheit (AE0,..., AE15) durch ein geeignetes Steuersignal (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II) für die Selektions einheit (SE) mit aktivierter Diagnoseschaltung (DC) mit dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) zu verbinden und alle ermittelten Signale in einer zweiten Ergebnistabelle zu er fassen,
aus einem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergeb nistabelle auf einem Fehler in dem Antennensystem zu schließen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergebnistabelle auf den Ort eines Fehlers in dem Antennensystem zu schließen, wobei der Ort des Fehlers aus der Gruppe
der einer Antenneneinheit (AE0,..., AE15) zugeordneten Antenne,
der einer Antenneneinheit (AE0,..., AE15) zugeordneten AntennenVerbindung,
der Selektionseinheit (SE),
einer Signalaufbereitungseinheit (SPU) , die zwischen dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) und dem Eingang (CUI) der Recheneinheit (CU) verschaltet ist,
ist .
8. Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, das eine Mehrzahl von Antenneneinheiten (AE0,..., AE15) umfasst, wobei jede der eine Antenne (A0,..., A15) und zumindest einen dazu in Serie geschalteten ersten Widerstand (R0,..., R15) umfassenden Antenneneinheiten (AE0,..., AE15) jeweils zwischen einem, mit einer Vorspannung (Vofst) beaufschlagten Knoten (K) und einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit (SE) verschaltet ist, wobei die Selektionseinheit (SE) eine Anzahl an Multiplexern umfasst und wobei die ersten Widerstände der mit den Eingängen eines jeweiligen Multiplexers (MUXa,..., MUXd) gekoppelten An tenneneinheiten (A0,..., A15) zumindest zwei unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen,
, bei dem- durch eine Recheneinheit (CU)
an einem ersten Ausgang (CUOl) ein Steuersignal (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_I I ) für die Selektionseinheit (SE) bereitgestellt wird, wobei durch das Steuersignal fest gelegt ist, welcher Eingang der Selektionseinheit (SE) mit einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) zu verbinden ist, und
an einem Eingang (CUIl) der Recheneinheit (CU) das an dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) anliegende Antennensignal empfangen wird;
- eine Diagnoseschaltung (DC) selektiv angesteuert wird; - aus dem Vergleich von bei aktivierter und nicht aktivierter Diagnoseschaltung ermittelten Antennensignalen an dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) auf einen Fehler des Antennensystems geschlossen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem für einen vollständigen Test des Antennensystems
jede Antenneneinheit (AE0,..., AE15) durch ein geeignetes Steuersignal (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II) für die Selektions einheit (SE) mit deaktivierter Diagnoseschaltung (DC) mit dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) verbunden wird und alle ermittelten Signale in einer ersten Ergebnistabelle erfasst werden,
jede Antenneneinheit (AE0,..., AE15) durch ein geeignetes Steuersignal (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II) für die Selektions einheit (SE) mit aktivierter Diagnoseschaltung (DC) mit dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) verbunden wird und alle ermittelten Signale in einer zweiten Ergebnistabelle erfasst werden,
aus einem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergeb nistabelle auf einen Fehler in dem Antennensystem geschlossen wird .
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem aus dem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergebnistabelle auf den Ort eines Fehlers in dem Antennensystem geschlossen wird, wobei der Ort des Fehlers aus der Gruppe
der einer Antenneneinheit (AE0,..., AE15) zugeordneten Antenne,
der einer Antenneneinheit (AE0,..., AE15) zugeordneten AntennenVerbindung,
der Selektionseinheit (SE),
einer Signalaufbereitungseinheit (SPU) , die zwischen dem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) und dem Eingang (CUI) der Recheneinheit (CU) verschaltet ist,
ist .
PCT/EP2019/060300 2018-04-25 2019-04-23 Vorrichtung und verfahren zur funktionsprüfung eines antennensystems WO2019206866A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206339.7A DE102018206339A1 (de) 2018-04-25 2018-04-25 Vorrichtung und Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems zur Fremdmetallerkennung
DE102018206339.7 2018-04-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019206866A1 true WO2019206866A1 (de) 2019-10-31

Family

ID=66251799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/060300 WO2019206866A1 (de) 2018-04-25 2019-04-23 Vorrichtung und verfahren zur funktionsprüfung eines antennensystems

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018206339A1 (de)
WO (1) WO2019206866A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019200603B3 (de) 2019-01-17 2020-07-09 Vitesco Technologies GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems zur Fremdmetallerkennung

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6437577B1 (en) * 1999-05-22 2002-08-20 Nokia Mobile Phones Ltd. Circuit to test the working of at least one antenna
US20040214608A1 (en) * 2003-04-25 2004-10-28 Ayman Mostafa Systems and methods for implementing fully redundant antenna hopping with multi-carrier power amplifiers and combining schemes within a base station
US20060214854A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Omron Corporation Antenna failure detecting device
US20100314947A1 (en) * 2007-09-28 2010-12-16 Access Business Group International Llc Multiphase inductive power supply system
DE202012101406U1 (de) * 2012-04-17 2013-07-18 Conductix-Wampfler Gmbh Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Gehäuses
US20130234741A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 Matthew A. Mow Methods for Characterizing Tunable Radio-Frequency Elements
US20140028527A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Harman Becker Automotive Systems Gmbh Multiple-antenna system
US20160149442A1 (en) * 2014-03-05 2016-05-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Foreign object detector, power transmitter, power receiver, and wireless power transmission system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10334061B8 (de) * 2003-07-25 2008-07-24 Siemens Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zur Diagnose einer Antennenschaltung

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6437577B1 (en) * 1999-05-22 2002-08-20 Nokia Mobile Phones Ltd. Circuit to test the working of at least one antenna
US20040214608A1 (en) * 2003-04-25 2004-10-28 Ayman Mostafa Systems and methods for implementing fully redundant antenna hopping with multi-carrier power amplifiers and combining schemes within a base station
US20060214854A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Omron Corporation Antenna failure detecting device
US20100314947A1 (en) * 2007-09-28 2010-12-16 Access Business Group International Llc Multiphase inductive power supply system
US20130234741A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 Matthew A. Mow Methods for Characterizing Tunable Radio-Frequency Elements
DE202012101406U1 (de) * 2012-04-17 2013-07-18 Conductix-Wampfler Gmbh Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Gehäuses
US20140028527A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Harman Becker Automotive Systems Gmbh Multiple-antenna system
US20160149442A1 (en) * 2014-03-05 2016-05-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Foreign object detector, power transmitter, power receiver, and wireless power transmission system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018206339A1 (de) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4320173C2 (de) Diagnoseverfahren für Kraftfahrzeuge zum Überprüfen elektronisch gesteuerter Systeme
DE60027010T2 (de) Verbessern der funktionalität eines voltmeters
EP2678912B1 (de) Überspannungsschutzschaltung und verfahren zur überprüfung einer überspannungsschutzschaltung
EP3637114A1 (de) Hochvoltsystem und verfahren zur überwachung von isolationsfehlern in einem hochvoltsystem
DE19520373B4 (de) Fehlerdiagnosevorrichtung für eine Fahrgastschutzvorrichtung
EP0676055B1 (de) Schaltungsanordnung zur überwachung einer vielzahl von spulen
DE102005016127A1 (de) Sensorsystem
EP2007077A1 (de) Verfahren zum Ermitteln der Position von Slavegeräten in einer Reihenschaltung und Slavegerät für Reihenschaltung
DE102007022210B3 (de) Mehrstufiges Verbindersystem für medizinische Verwendung
DE19534141C2 (de) Auswertevorrichtung für Sensoren und Stellglieder
WO2019206866A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur funktionsprüfung eines antennensystems
DE102016114384A1 (de) Schutzeinrichtung zur Überwachung einer technischen Anlage mit einem druckempfindlichen Sensor
DE102019200603B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems zur Fremdmetallerkennung
DE4112996A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur funktionsueberwachung eines elektrischen verbrauchers
EP3233578B1 (de) Überwachungsvorrichtung für zumindest einen zündkreis für ein personenschutzmittel für ein fahrzeug und verfahren zum betreiben einer überwachungsvorrichtung
EP0660043B1 (de) Steuereinrichtung zur Betätigung von Schalteinrichtungen nach einem Zeitprogramm
DE10141349B4 (de) Nicht-intrusives Ereignislokalisierungssystem und Verfahren zur Ereignislokalisierung für ein Überhitzungsdetektionssystem
DE3836690C1 (en) Device for the interrogation of a sensor in a motor vehicle
DE102019200470B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems zur Fremdmetallerkennung
EP2169644B1 (de) Prüfung der Meldelinien einer Gefahrenmeldeanlage
DE102017204400A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Sensors und Verfahren und Vorrichtung zum Analysieren von Daten eines Sensors
EP3507615B1 (de) Verfahren zum überprüfen einer symmetrierschaltung
DE102022114087B3 (de) Sensorsystem und Verfahren zum Auswerten von Sensordaten
DE4321014B4 (de) Verfahren und Schaltungen zum Schutz von Eingängen von als integrierte Schaltungen vorliegenden Analogmultiplexern
DE102018112299B4 (de) Einrichtung, Verfahren und Steuermodul zur Überwachung einer Zweidrahtleitung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19719270

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19719270

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1