WO2020200921A1 - Sensoranordnung für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2020200921A1
WO2020200921A1 PCT/EP2020/058176 EP2020058176W WO2020200921A1 WO 2020200921 A1 WO2020200921 A1 WO 2020200921A1 EP 2020058176 W EP2020058176 W EP 2020058176W WO 2020200921 A1 WO2020200921 A1 WO 2020200921A1
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Jens Wirth
Martin KOEGEL
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a sensor arrangement for a vehicle according to the preamble of independent claim 1.
  • Sensor assemblies for vehicles are known from the prior art, each having a wheel sensor with at least one sensor element per vehicle wheel.
  • the individual wheel sensors are usually connected via a two-wire twisted cable to a control unit for a vehicle braking system which, for example, has ABS, ESP, ASR and / or Hillhold functions (ABS: anti-lock braking system, ESP: electronic stability program, ASR: traction control ) executes.
  • ABS anti-lock braking system
  • ESP electronic stability program
  • ASR traction control
  • a first connection of the at least one sensor element is connected to an energy source via the control device (high-side path)
  • a second connection of the at least one sensor element is connected to ground via the control device (low-side path).
  • a sensor current flowing through the at least one sensor element is modulated with information about the rotational speed and / or rotational speed of the corresponding vehicle wheel, an evaluation and control unit of the control unit evaluating the sensor current detected between the at least one sensor element and ground.
  • a sensor arrangement with a sensor for detecting a measured variable which has a first evaluation unit with a first measuring resistor to which a sensor signal representing the measured variable is fed to generate a measured voltage drop, and a second evaluation unit with a second Measuring resistor, to which a sensor signal from the sensor representing the measured variable is fed to generate a measured voltage drop, a first voltage source which is connected to the first evaluation unit is connected, a second voltage source which is connected to the second evaluation unit, and switching means which are connected to the sensor and are designed in such a way that if one evaluation unit fails, a measurement voltage drop can be generated at the measuring resistor of the other evaluation unit.
  • the senor is connected on the voltage side to the first voltage source via the first measuring resistor and on the ground side to a ground via the second measuring resistor.
  • a first diode-Zener diode combination is connected in parallel to the first measuring resistor and a second diode-Zener diode combination is connected in parallel to the second measuring resistor, with the first and second diode-Zener diode combination each having a breakdown voltage that is greater than the measured voltage drop is such that if an evaluation unit fails, a breakdown of the associated diode-Zener diode combination can be brought about.
  • a further first diode-Zener diode combination can be provided, which is arranged between the sensor and the second voltage source.
  • one end of the second diode-Zener diode combination can be connected to a ground connection of the second evaluation unit, and a further second diode-Zener diode combination can be connected to a ground connection of the first evaluation unit.
  • the sensor arrangement for a vehicle with the features of independent claim 1 has the advantage that a first emergency protection circuit monitors a low-side path and, in the event of a defective low-side path, provides an alternative low-side path without current detection for the sensor element so that at least one first measuring circuit can continue to evaluate the detected sensor current.
  • the first emergency protection circuit becomes active when the voltage drop at the second measuring connection of the sensor element exceeds, for example, a breakover voltage value which can be specified in the range from 2.0V to 4.0V.
  • the active first emergency protection circuit limits the voltage drop at the second measuring connection of the sensor element, for example, to a holding voltage value in the range from approx. 0.8V to 1.5V and is able to accept a sensor current of up to 50mA. Therefore, the emergency protection circuit of the emergency protection circuit according to the invention is active State, in contrast to a pure Zener diode structure, a significantly smaller voltage drop with a similar load current.
  • Embodiments of the present invention provide a sensor unit for a vehicle which comprises a sensor element for detecting a measured variable and at least two control devices, each of which has a measuring circuit and an energy source.
  • a first connection of the sensor element is connected to an energy source of a first control device of the at least two control devices, and a second connection of the sensor element is connected to a ground connection via a measuring circuit of a second control device of the at least two control devices.
  • a sensor current flowing through the sensor element is modulated with information about the measured variable detected, with a measuring circuit of the first control device evaluating the sensor current detected in the high-side path between the energy source and the sensor element, and a second measuring circuit of the second control device simultaneously evaluating the evaluates sensor current detected in the low-side path between the sensor element and the ground connection.
  • a first emergency protection circuit is arranged parallel to the low-side path and monitors a voltage drop at the second connection of the sensor element. The first emergency protection circuit provides an alternative low-side path for the sensor element and picks up the sensor current when the voltage drop reaches a predetermined breakover voltage value, so that at least the first measuring circuit can continue to evaluate the detected sensor current.
  • the first emergency protection circuit reduces the voltage drop to a holding voltage value which is smaller than the breakover voltage value.
  • Such a sensor arrangement for a vehicle also has the advantage that the sensor signal of the respective sensor element via the tap between the energy source and sensor element (high-side path) within the first control device and via the tap between the sensor element and ground (low-side Path) is available in the second control unit and can therefore be evaluated by two evaluation and control units at the same time.
  • a measuring circuit of a first evaluation and control unit of the first control device evaluates the sensor current detected in the high-side path
  • a second measuring circuit of a second evaluation and control unit of the second control device simultaneously evaluates the sensor current recorded in the low-side path.
  • embodiments of the sensor arrangement according to the invention can comprise a plurality of sensor elements which are distributed in the vehicle at one measuring point.
  • embodiments of the present sensor arrangement can preferably be used in a vehicle braking system.
  • the measuring points can each be assigned to a vehicle wheel, for example, wherein a corresponding sensor element can detect at least one rotational speed and / or rotational speed of the assigned vehicle wheel.
  • the sensor elements can also be arranged at other measuring points in the vehicle.
  • the sensor elements can also record other measured variables, such as temperature, pressure, etc.
  • the evaluation and control unit can be understood to mean an electrical circuit which processes or evaluates detected sensor signals.
  • the evaluation and control unit can have at least one interface that can be designed in terms of hardware and / or software.
  • the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains a wide variety of functions of the evaluation and control unit.
  • the interfaces are separate, integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interface can be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • control device can be understood as an electrical device, such as a brake control device, which, in conjunction with a hydraulic brake system, has various braking functions, such as ABS, ESP, ASR and / or Hillhold functions (ABS: anti-lock braking system , ESP: electronic stability program, ASR: traction control).
  • ABS anti-lock braking system
  • ESP electronic stability program
  • ASR traction control
  • the two control units can perform various braking functions in normal operation. If one of the control units fails, it can be provided that the other control unit takes over the braking functions of the failed control unit.
  • a sensor element is understood to mean an electrical component which, in the area of an assigned vehicle wheel, directly or indirectly detects a physical variable or a change in a physical variable and preferably converts it into an electrical sensor signal. This can be done, for example, via the transmission and / or reception of sound and / or electromagnetic waves and / or via a magnetic field or the change in a magnetic field.
  • Optical sensor elements are possible which, for example, have a photographic plate and / or a fluorescent surface and / or a semiconductor which detect the impact or the intensity, the wavelength, the frequency, the angle, etc. of the received wave, such as, for example Infrared sensor elements.
  • An acoustic sensor element is also conceivable, such as an ultrasonic sensor element and / or a high-frequency sensor element and / or a radar sensor element and / or a sensor element that reacts to a magnetic field, such as a Hall sensor element and / or a magnetoresistive sensor element and / or an inductive sensor element which registers the change in a magnetic field, for example via the voltage generated by magnetic induction.
  • the first emergency protection circuit can automatically disconnect the alternative low-side path again when the voltage drop due to an external event falls below a switch-off voltage value which is lower than the holding voltage value.
  • the drop in the voltage drop can be caused, for example, by the fact that the original low-side path has been reactivated and is available again.
  • a second emergency protection circuit the mode of operation of which corresponds to the first emergency protection circuit, can be arranged parallel to the high-side path and monitor a voltage drop at the first connection of the sensor element.
  • the second emergency protection circuit can provide an alternative high-side path for the sensor element and absorb the sensor current when the voltage drop reaches a predetermined breakover voltage value, so that at least the second measuring circuit can continue to evaluate the sensed sensor current.
  • the second emergency protection circuit reduces the voltage drop to a holding voltage value which is smaller than the breakover voltage value.
  • the second emergency protection circuit can automatically disconnect the alternative high-side path again if the voltage drop due to an external event falls below a switch-off voltage value which is lower than the holding voltage value.
  • the switch-off voltage value can for example be specified in a range from 0.4V to 0.7V.
  • the respective emergency protection circuit can include a voltage detection and a current sink.
  • the voltage detection controls the current sink to establish a current path between connections of the corresponding emergency protection circuit.
  • the voltage detection can detect the voltage drop between a first connection and a second connection of the corresponding emergency protection circuit and control the current sink when the detected voltage drop reaches the predetermined breakover voltage value.
  • the current sink can set the voltage drop to the specified holding voltage value via a transistor and absorb the sensor current.
  • the voltage detection in conjunction with an overvoltage protection can reduce the current sink if the voltage drop increases, control it in such a way that the sensor current can be reduced to a minimum current flow or switched off entirely.
  • the current sink is advantageously protected from too high a current flow or from too high a total power loss, which could lead to damage to the current sink and the corresponding emergency protection circuit.
  • the voltage detection can terminate the control of the current sink and interrupt the current path again when the detected voltage drop falls below the predetermined switch-off voltage value.
  • the Current sensor detect the sensor current in the high-side path and branch off a fraction of the sensor current and make it available as the first measurement current of the first measuring circuit of the first control device.
  • the second measuring circuit of the second control device can receive and evaluate the sensor current directly as a second measuring current.
  • the current sensor can be looped into the current path, for example, and branch off the fraction of the sensor current and pass the remaining sensor current on to the sensor element. As a result, the sensor current which flows into the first connection of the associated sensor element is measured and an equivalent, but significantly smaller fraction of the sensor current is passed on to the first measuring circuit. This allows the power loss in the first control unit to be reduced.
  • a switching device can connect the first connection of the sensor element to the first energy source and / or to the second energy source, the switching device automatically connecting the first connection of the sensor element to the other energy source if the connected energy source fails can.
  • the current sensor and the switching device can be combined in an interconnection module which can be implemented as an ASIC module.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a firstmittedsbei game of a sensor arrangement according to the invention for a vehicle.
  • Fig. 2 shows a schematic block diagram of a secondUEsbei game of a sensor arrangement according to the invention for a vehicle.
  • Fig. 3 shows a schematic block diagram of a thirdheldsbei game of a sensor arrangement according to the invention for a vehicle.
  • Fig. 4 shows a schematic block diagram of a fourthheldsbei game of a sensor arrangement according to the invention for a vehicle.
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of an emergency protection circuit of the sensor arrangement according to the invention for a vehicle from FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of the emergency protection circuit from FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a schematic current-voltage diagram of the emergency protection circuit from FIGS. 5 and 6.
  • a first connection WSS1 of the sensor element WSS with an energy source VB1 of a first control device ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D of the at least two control devices ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D connected, and a second connection WSS2 of the sensor element WSS is via a measuring circuit MSI, MS2 of a second control unit ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D of the at least two control units ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D connected to a ground connection GND.
  • a sensor current Is flowing through the sensor element WSS is modulated with information about the measured variable detected, with a first measuring circuit MSI of the first control device ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D in the high-side path between the energy source VB1 and the Sensor element WSS evaluates the sensor current Is detected, and a second measuring circuit MS2 of the second control device ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D simultaneously evaluates the sensor current Is detected in the low-side path between the sensor element WSS and the ground connection GND. Furthermore, a first emergency protection circuit 20A is arranged parallel to the low-side path and monitors a voltage drop U12 at the second connection WSS2 of the sensor element WSS.
  • the first emergency protection circuit 20A provides an alternative low-side path for the sensor element WSS and absorbs the sensor current Is when the voltage drop U12 reaches a predetermined breakover voltage value UK shown in FIG. 7, so that at least the first measuring circuit MSI continues can evaluate the detected sensor current Is. In addition, the first emergency protection circuit 20A reduces the voltage drop U12 to a holding voltage value UH shown in FIG. 7, which is smaller than the breakover voltage value UK.
  • the two control units ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D in the illustrated embodiments each have an ASIC led evaluation and control unit 3A, 3B, in which the respective measuring circuit MSI, MS2 is integrated, and an energy source VB1, VB2.
  • a first evaluation and control unit 3A is connected to the first energy source VB1 in the first control unit ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D.
  • the second control unit ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D there is one in each case second evaluation and control unit 3B connected to the second energy source VB2.
  • embodiments of the inventive sensor arrangement 1, 1A, 1B, IC, ID for a vehicle comprise a plurality of measuring points, each with one such sensor element WSS.
  • the measuring points can, for example, each be assigned to a vehicle wheel, with the sensor elements WSS being able to detect at least one rotational speed and / or rotational speed of the corresponding vehicle wheel.
  • the sensor arrangement 1, 1A, 1B, IC, ID thus has four such sensor elements WSS.
  • other measured variables such as temperature, pressure, etc. can also be recorded at such a measuring point.
  • the first emergency protection circuit 20A automatically disconnects the alternative low-side path in the illustrated embodiment when the voltage drop U12 falls below a shutdown voltage value ABS which is smaller than the holding voltage value UH due to an external event.
  • the operation of the first emergency protection circuit 20A will be described in detail below with reference to FIGS. 5 to 7.
  • a second emergency protection circuit 20B shown in dotted lines, is optionally provided, which is arranged parallel to the high-side path and a voltage drop U12 at the first connection WSS1 of the sensor element WSS is monitored.
  • the second emergency protection circuit 20B provides an alternative high-side path for the sensor element WSS and picks up the sensor current Is so that at least the second measuring circuit MS2 can continue to evaluate the detected sensor current Is when the voltage drop U12 reaches a predetermined breakover voltage value UK , the second emergency protection circuit 20B additionally reducing the voltage drop U12 to a holding voltage value UH which is smaller than the breakover voltage value is UK.
  • the second emergency protection circuit 20B automatically disconnects the alternative high-side path again when the voltage drop U12 falls below a shutdown voltage value ABS from an external event, which is lower than the holding voltage value UH.
  • the emergency protection circuits 20A, 20B each comprise a voltage detection 22 and a current sink 24.
  • the voltage detection 22 controls the current sink 24 to establish a current path between terminals A1, A2 of the corresponding emergency protection circuit 20A, 20B on.
  • the voltage detection 22 detects the voltage drop U12 between a first connection A1 and a second connection A2 of the corresponding emergency protection circuit 20A, 20B and controls the current sink 24 when the detected voltage drop U12 reaches the predetermined breakover voltage value UK shown in FIG. 7.
  • the current sink 24 sets the voltage drop U12 to the predetermined holding voltage value UH and absorbs the sensor current Is. This characteristic curve is shown in FIG. 7 by a solid line.
  • the voltage detection 22 controls the current sink 24 when the voltage drop U12 rises in such a way that the sensor current Is is reduced to a minimum current flow or switched off completely.
  • This Schutzver run SV is shown in Fig. 7 with dots.
  • the voltage detection 22 terminates the activation of the current sink 24 and interrupts the current path again when the detected voltage drop U12 falls below the predetermined switch-off voltage value ABS.
  • This shutdown curve is shown in dashed lines in FIG.
  • the voltage detection 22 in the illustrated embodiment comprises several ohmic resistors RI, R2, R3,
  • the current sink 24 includes two ohmic resistors R6 and R7 and two transistors T3 and T4 designed as bipolar transistors, which are connected to one another via corresponding lines as shown, where both transistors T3 and T4 are designed as NPN transistors.
  • the overvoltage protection ÜV includes an ohmic resistor R8.
  • the resistors RI, R2 and R6 are leakage resistors for the bases of the transistors TI, T2, T3 in order to keep them blocked and to derive leakage currents. If a larger current flows through the Zener diode ZD1 than through a second resistor R2, then the second transistor T2 is turned on, which turns on the first transistor TI. In the exemplary embodiment shown, this is the case when the applied voltage drop U12 exceeds the breakover voltage value UK of approximately 3V. This breakover voltage value corresponds to the sum of the breakdown voltage (approx. 2.3V) of the Zener diode ZD1 and a base-emitter voltage (approx. 0.7V) of the second transistor T2.
  • the first transistor TI supplies current to the base of the second transistor T2 via a fourth resistor R4, so that the latter remains switched on.
  • the second transistor T2 and the first transistor TI form a thyristor structure and bridge the Zener diode ZD1, so that the voltage drop U12 is set to the holding voltage value UH of approximately 0.9V.
  • the fourth transistor T4 of the current sink 24 is controlled via a fifth resistor R5 and a control line ST, the sensor current Is now flowing through the fourth transistor T4 being limited to approximately 40 mA in the illustrated embodiment.
  • the third transistor T3 of the current sink 24 takes over part of the control current for the fourth transistor T4 in order to protect it.
  • the current sink 24 is offered a current which is greater than a maximum load current of the current sink ke 24 is, then the current sink 24 can no longer hold the low holding voltage value UH of the voltage drop U12 of approximately 0.9V. Therefore, the current increases through the eighth resistor R8 of the overvoltage protection ÜV. This has the consequence that the third transistor T3 is turned on more and the control of the fourth transistor T4 is reduced. This reduces the current into the base of the fourth transistor T4 and the fourth transistor T4 is closed further and protected from damage (overload protection). In the event of a short circuit, the fourth transistor T4 can be switched to the blocking state.
  • the sensor arrangements 1, 1A, 1B, IC and ID for a vehicle in the illustrated embodiments each include a current sensor 10, which records the sensor current Is in the high-side path and a fraction Is / h of the sensor current Is branches off and makes it available as the first measurement current IM1 of the first measurement circuit MSI of the first control unit ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D.
  • the first control unit ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D the first control unit
  • the second measuring circuit MS2 of the second control unit ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D in the illustrated exemplary embodiments receives the sensor current Is directly as the second measuring current IM2 and evaluates it.
  • the sensor current Is which flows into the first connection WSS1 of the sensor element WSS, is measured by the current sensor 10, and an equivalent but significantly smaller current Is / n is fed to the first evaluation and control unit 3A to reduce the power loss in the first control unit ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D.
  • the first evaluation and control unit 3A takes into account the reduction in the second measurement current.
  • an input circuit of the first measuring circuit MSI or the evaluation algorithm can be adapted accordingly.
  • the first emergency protection circuit 20A and the optional second emergency protection circuit 20B are in the illustrated first configuration.
  • Execution example of the sensor arrangement 1A for a vehicle each executed as separate assemblies, and not integrated into one of the two control units ECU1A, ECU2A.
  • the current sensor 10 which detects the sensor current Is in the high-side path and branches off a fraction Is / h of the sensor current Is, is, however, integrated into the first control unit ECU1A in the illustrated first embodiment.
  • the first emergency protection circuit 20A in the illustrated second exemplary embodiment of the sensor arrangement 1B for a vehicle is integrated into the first control unit ECU1A.
  • the optional second emergency protection circuit 20B is integrated into the second control unit ECU2B in the illustrated second exemplary embodiment of the sensor arrangement 1B for a vehicle.
  • the current sensor 10 is integrated into the first control unit ECU1B in the same way as the first exemplary embodiment.
  • the sensor arrangements IC, ID for a vehicle in the illustrated exemplary embodiments each comprise a switching device 30 which connects the first connection WSS1 of the sensor element WSS to the first energy source VB1 of the first control unit ECU1C, ECU1D and / or connects to the second energy source VB2 of the second control unit ECU2C, ECU2D. If the connected energy source VB1, VB2 fails, the switching device 30 automatically connects the first connection WSS1 of the sensor element WSS to the other energy source VB2, VB1. The switching device 30 preferably connects the first connection WSS1 of the sensor element WSS to the first energy source VB1 of the first control device ECU1C, ECU1D. If the first energy source VB1 fails, the switching device 30 connects the first connection WSS1 of the sensor element WSS to the second energy source VB2 of the second control unit ECU2C, ECU2D.
  • the current sensor 10 and the order switching device 30 are combined in the illustrated embodiments in a Ver circuit module 40, which can be designed, for example, as an ASIC module.
  • the first emergency protection circuit 20A in the illustrated third embodiment of the sensor arrangement IC for a vehicle is designed as a separate assembly, and not integrated into one of the two control devices ECU1C, ECU2C.
  • the interconnection module 40 is also designed as a separate assembly and not in one of the control units ECU1C,
  • the first emergency protection circuit 20A can, however, be integrated into the first control unit ECU1C analogously to the second exemplary embodiment of the sensor arrangement 1B.
  • the first emergency protection circuit 20A in the illustrated fourth exemplary embodiment of the sensor arrangement ID for a vehicle is integrated into the first control unit ECU1D.
  • the interconnection module 40 is also integrated into the first control unit ECU1D.
  • the first emergency protection circuit 20A can, analogously to the first and third exemplary embodiment of the sensor arrangement 1B, however, be designed as a separate assembly and not be integrated into the first control unit ECU1C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1) für ein Fahrzeug, mit einem Sen- sorelement (WSS) zum Erfassen einer Messgröße und mindestens zwei Steuer- geräten (ECU1, ECU2), welche jeweils eine Messschaltung (MS1, MS2) und eine Energiequelle (VB1, VB2) aufweisen, wobei ein erster Anschluss (WSS1) des Sensorelements (WSS) mit einer Energiequelle (VB1) eines ersten Steuergeräts (ECU1) der mindestens zwei Steuergeräte (ECU1, ECU2) und ein zweiter An- schluss (WSS2) des Sensorelements (WSS) über eine Messschaltung (MS1, MS2)eines zweiten Steuergeräts (ECU2) der mindestens zwei Steuergeräte (ECU1, ECU2) mit einem Masseanschluss (GND)verbunden ist, wobei ein durch das Sensorelement (WSS) fließender Sensorstrom (Is) mit Informationen über die erfasste Messgröße moduliert ist, wobei eine Messschaltung (MS1) des ers- ten Steuergeräts (ECU1) den im High-Side-Pfad zwischen der Energiequelle (VB1) und dem Sensorelement (WSS) erfassten Sensorstrom (Is) auswertet und eine zweite Messschaltung (MS2) des zweiten Steuergeräts (ECU2) gleichzeitig den im Low-Side-Pfad zwischen dem Sensorelement (WSS) und dem Massean- schluss (GND) erfassten Sensorstrom (Is) auswertet, wobei eine erste Notfall- schutzschaltung (20A) parallel zum Low-Side-Pfad angeordnet ist und einen Spannungsabfall (U12) am zweiten Anschluss (WSS2) des Sensorelements (WSS) überwacht, wobei die erste Notfallschutzschaltung (20A) einen alternati- ven Low-Side-Pfad für das Sensorelement (WSS) bereitstelltund den Sensor- strom (Is) aufnimmt, wenn der Spannungsabfall (U12) einen vorgegebenen Kippspannungswert (UK) erreicht, so dass zumindest die erste Messschaltung (MS1) weiterhin den erfassten Sensorstrom (Is) auswerten kann, wobei die erste Notfallschutzschaltung (20A) zusätzlich den Spannungsabfall (U12) auf einen Haltespannungswert (UH) reduziert, welcher kleiner als der Kippspannungswert (UK) ist.

Description

Beschreibung
Titel
Sensoranordnung für ein Fahrzeug
Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Sensoranordnungen für Fahrzeuge bekannt, welche jeweils einen Radsensor mit mindestens einem Sensorelement je Fahr zeugrad aufweisen. Die einzelnen Radsensoren werden in der Regel über ein zweiadriges verdrilltes Kabel mit einem Steuergerät für ein Fahrzeugbremssys tem verbunden, welches beispielsweise ABS-, ESP-, ASR- und/oder Hillhold- Funktionen (ABS: Antiblockiersystem, ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm, ASR: Antriebsschlupfregelung) ausführt. Üblicherweise ist ein erster Anschluss des mindestens eines Sensorelements über das Steuergerät mit einer Energie quelle verbunden (High-Side-Pfad), und ein zweiter Anschluss des mindestens eines Sensorelements ist über das Steuergerät mit Masse verbunden (Low-Side- Pfad). Ein durch das mindestens ein Sensorelement fließender Sensorstrom ist mit Informationen über Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des korrespon dierenden Fahrzeugrads moduliert, wobei eine Auswerte und Steuereinheit des Steuergeräts den zwischen dem mindestens ein Sensorelement und Masse er fassten Sensorstrom auswertet.
Aus der DE 10 2016 222 628 Al ist eine Sensoranordnung mit einem Sensor zum Erfassen einer Messgröße bekannt, welche eine erste Auswerteeinheit mit einem ersten Messwiderstand, dem zur Erzeugung eines Messspannungsabfalls ein die Messgröße repräsentierendes Sensorsignal des Sensors zugeführt wird, eine zweite Auswerteeinheit mit einem zweiten Messwiderstand, dem zur Erzeu gung eines Messspannungsabfalls ein die Messgröße repräsentierendes Sen sorsignal des Sensors zugeführt wird, eine erste Spannungsquelle, welche mit der ersten Auswerteeinheit verbunden ist, eine zweite Spannungsquelle, welche mit der zweiten Auswerteeinheit verbunden ist, und Schaltmittel, welche mit dem Sensor verbunden und derart ausgebildet sind, dass bei einem Ausfall einer Auswerteeinheit ein Messspannungsabfall an dem Messwiderstand der anderen Auswerteeinheit erzeugbar ist. Zudem ist der Sensor spannungsseitig über den ersten Messwiderstand mit der ersten Spannungsquelle und masseseitig über den zweiten Messwiderstand mit einer Masse verbunden. Hierbei ist eine erste Dioden-Zenerdioden- Kombination dem ersten Messwiderstand parallelgeschaltet und eine zweite Dioden-Zenerdioden- Kombination ist dem zweiten Messwider stand parallelgeschaltet, wobei die erste und zweite Dioden-Zenerdioden- Kombination jeweils mit einer Durchbruchspannung ausgebildet ist, die größer als der Messspannungsabfall ist, derart, dass bei Ausfall einer Auswerteeinheit ein Durchbruch der zugehörigen Dioden-Zenerdioden-Kombination bewirkbar ist. Zudem kann eine weitere erste Dioden-Zenerdioden-Kombination vorgesehen werden, die zwischen dem Sensor und der zweiten Spannungsquelle angeordnet ist. Des Weiteren kann ein Ende der zweiten Dioden-Zenerdioden-Kombination mit einem Masseanschluss der zweiten Auswerteeinheit verbunden werden, und eine weitere zweite Dioden-Zenerdioden-Kombination kann mit einem Massean schluss der ersten Auswerteeinheit verbunden werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Sensoranordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine erste Notfallschutzschaltung einen Low-Side-Pfad überwacht und bei einem defekten Low-Side-Pfad einen alternati ven Low-Side-Pfad ohne Stromerfassung für das Sensorelement bereitstellt, so dass zumindest eine erste Messschaltung weiterhin den erfassten Sensorstrom auswerten kann. Die erste Notfallschutzschaltung wird aktiv, wenn der Span nungsabfall am zweiten Messanschluss des Sensorelements beispielsweise ei nen Kippspannungswert überschreitet, welcher im Bereich von 2,0V bis 4,0V vorgegeben werden kann. Die aktive erste Notfallschutzschaltung begrenzt den Spannungsabfall am zweiten Messanschluss des Sensorelements beispielsweise auf einen Haltespannungswert im Bereich von ca. 0,8V bis 1,5V und ist in der Lage einen Sensorstrom von bis zu 50mA zu übernehmen. Daher weist die Not fallschutzschaltung der erfindungsgemäßen Notfallschutzschaltung im aktiven Zustand im Gegensatz zu einer reinen Zenerdiodenstruktur einen wesentlich kleineren Spannungsabfall bei einem ähnlichen Laststrom auf.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug zur Verfügung, welche ein Sensorelement zum Erfassen einer Mess größe und mindestens zwei Steuergeräten umfasst, welche jeweils eine Mess schaltung und eine Energiequelle aufweisen. Ein erster Anschluss des Sensorel ements ist mit einer Energiequelle eines ersten Steuergeräts der mindestens zwei Steuergeräte verbunden, und ein zweiter Anschluss des Sensorelements ist über eine Messschaltung eines zweiten Steuergeräts der mindestens zwei Steu ergeräte mit einem Masseanschluss verbunden. Hierbei ist ein durch das Senso relement fließender Sensorstrom mit Informationen über die erfasste Messgröße moduliert, wobei eine Messschaltung des ersten Steuergeräts den im High-Side- Pfad zwischen der Energiequelle und dem Sensorelement erfassten Sensor strom auswertet, und eine zweite Messschaltung des zweiten Steuergeräts gleichzeitig den im Low-Side-Pfad zwischen dem Sensorelement und dem Mas seanschluss erfassten Sensorstrom auswertet. Zudem ist eine erste Notfall schutzschaltung parallel zum Low-Side-Pfad angeordnet und überwacht einen Spannungsabfall am zweiten Anschluss des Sensorelements. Die erste Notfall schutzschaltung stellt einen alternativen Low-Side-Pfad für das Sensorelement bereit und nimmt den Sensorstrom auf, wenn der Spannungsabfall einen vorge gebenen Kippspannungswert erreicht, so dass zumindest die erste Messschal tung weiterhin den erfassten Sensorstrom auswerten kann. Zusätzlich reduziert die erste Notfallschutzschaltung den Spannungsabfall auf einen Haltespan nungswert, welcher kleiner als der Kippspannungswert ist.
Eine solche Sensoranordnung für ein Fahrzeug hat den zudem den Vorteil, dass das Sensorsignal des jeweiligen Sensorelements über den Abgriff zwischen Energiequelle und Sensorelement (High-Side-Pfad) innerhalb des ersten Steuer geräts sowie über den Abgriff zwischen dem Sensorelement und Masse (Low- Side-Pfad) im zweiten Steuergerät zur Verfügung steht und somit von zwei Aus- werte- und Steuereinheiten gleichzeitig ausgewertet werden kann. Hierzu wertet eine Messschaltung einer ersten Auswerte- und Steuereinheit des ersten Steuer geräts den im High-Side-Pfad erfassten Sensorstrom aus, und eine zweite Mess schaltung einer zweiten Auswerte- und Steuereinheit des zweiten Steuergeräts wertet gleichzeitig den im Low-Side-Pfad erfassten Sensorstrom aus. Durch die Verwendung von nur einem einfachen Sensorelement je Messstelle, dessen Sensorsignal von zwei Steuergeräten redundant ausgewertet wird, ergibt sich bei annähernd gleicher redundanter Auswertesicherheit eine deutliche Kostenreduk tion im Vergleich zur Verwendung von zwei Sensorelementen je Messstelle, da Sensorsignale von allen Messstellen in den beiden Steuergeräten ausgewertet werden und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Sensorelemente gering ist.
In der Regel können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranord nung mehrere Sensorelemente umfassen, welche verteilt im Fahrzeug an jeweils einer Messstelle angeordnet sind. So können Ausführungsformen der vorliegen den Sensoranordnung vorzugsweise in einem Fahrzeugbremssystem eingesetzt werden. In einem solchen Bremssystem können die Messstellen beispielsweise jeweils einem Fahrzeugrad zugeordnet werden, wobei ein korrespondierendes Sensorelement zumindest eine Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des zu geordneten Fahrzeugrads erfassen kann. Selbstverständlich können die Senso relemente auch an anderen Messstellen im Fahrzeug angeordnet werden. Zu dem können die Sensorelemente auch andere Messgrößen, wie beispielsweise Temperatur, Druck usw. erfassen.
Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend eine elektrische Schal tung verstanden werden, welche erfasste Sensorsignale verarbeitet bzw. auswer tet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufwei sen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hard waremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines so genannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bau elementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnitt stellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computer programmprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung der Auswertung verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird. Unter dem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät, wie beispielswei se ein Bremsensteuergerät, verstanden werden, welches in Verbindung mit ei nem hydraulischen Bremssystem verschiedene Bremsfunktionen, wie beispiels weise ABS-, ESP-, ASR- und/oder Hillhold-Funktionen (ABS: Antiblockiersystem, ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm, ASR: Antriebsschlupfregelung) aus führen kann. Hierbei können die beiden Steuergeräte im Normalbetrieb verschie dene Bremsfunktionen ausführen. Bei einem Ausfall eines der Steuergeräte kann vorgesehen werden, dass das andere Steuergerät die Bremsfunktionen des aus gefallenen Steuergeräts übernimmt.
Unter einem Sensorelement wird vorliegend ein elektrisches Bauteil verstanden, welches im Bereich eines zugeordneten Fahrzeugrads eine physikalische Größe bzw. eine Änderung einer physikalischen Größe direkt oder indirekt erfasst und vorzugsweise in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt. Dies kann beispiels weise über das Aussenden und/oder das Empfangen von Schall- und/oder elekt romagnetischen Wellen und/oder über ein Magnetfeld bzw. die Änderung eines Magnetfelds erfolgen. Möglich sind optische Sensorelemente, welche beispiels weise eine Fotoplatte und/oder eine fluoreszierende Fläche und/oder einen Halb leiter aufweisen, welche das Auftreffen bzw. die Intensität, die Wellenlänge, die Frequenz, den Winkel usw. der empfangenen Welle detektieren, wie beispiels weise Infrarotsensorelemente. Ebenso ist ein akustisches Sensorelement denk bar, wie beispielsweise ein Ultraschallsensorelement und/oder ein Hochfre quenzsensorelement und/oder ein Radarsensorelement und/oder ein Sensorel ement, welches auf ein Magnetfeld reagiert, wie beispielsweise ein Hallsensorel ement und/oder ein magnetoresistives Sensorelement und/oder ein induktives Sensorelement, welches die Änderung eines Magnetfeldes beispielsweise über die durch magnetische Induktion entstehende Spannung registriert.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Sensoranordnung für ein Fahrzeug möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die erste Notfallschutzschaltung den alternativen Low-Side-Pfad automatisch wieder auftrennen kann, wenn der Spannungsabfall durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert ist. Das Absinken des Spannungsabfalls kann beispielsweise dadurch verursacht werden, dass der ursprüngliche Low- Side-Pfad reaktiviert wurde und wieder zur Verfügung steht.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann eine zweite Notfall schutzschaltung, deren Wirkungsweise der ersten Notfallschutzschaltung ent spricht, parallel zum High-Side-Pfad angeordnet werden und einen Spannungs abfall am ersten Anschluss des Sensorelements überwachen. Hierbei kann die zweite Notfallschutzschaltung einen alternativen High-Side-Pfad für das Senso relement bereitstellen und den Sensorstrom aufnehmen, wenn der Spannungs abfall einen vorgegebenen Kippspannungswert erreicht, so dass zumindest die zweite Messschaltung weiterhin den erfassten Sensorstrom auswerten kann. Zu sätzlich reduziert die zweite Notfallschutzschaltung den Spannungsabfall auf ei nen Haltespannungswert, welcher kleiner als der Kippspannungswert ist. Zudem kann die zweite Notfallschutzschaltung den alternativen High-Side-Pfad automa tisch wieder auftrennen, wenn der Spannungsabfall durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert absinkt, welcher kleiner als der Haltespan nungswert ist. Der Abschaltspannungswert kann beispielsweise in einem Bereich von 0,4V bis 0,7V vorgegeben werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann die jeweilige Notfallschutzschaltung eine Spannungserkennung und eine Stromsenke umfas sen. Hierbei steuert die Spannungserkennung die Stromsenke zur Herstellung eines Strompfads zwischen Anschlüssen der korrespondierenden Notfallschutz schaltung an. Des Weiteren kann die Spannungserkennung den Spannungsab fall zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der korres pondierenden Notfallschutzschaltung erfassen und die Stromsenke ansteuern, wenn der erfasste Spannungsabfall den vorgegebenen Kippspannungswert er reicht. Zudem kann die Stromsenke den Spannungsabfall über einen Transistor auf den vorgegebenen Haltespannungswert einstellen und den Sensorstrom auf nehmen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann die Span nungserkennung in Verbindung mit einem Überspannungsschutz die Stromsenke bei steigendem Spannungsabfall so ansteuern, dass der Sensorstrom bis zu ei nem minimalen Stromfluss reduziert oder ganz abgeschaltet werden kann.
Dadurch wird die Stromsenke in vorteilhafter Weise vor einem zu hohen Strom fluss bzw. vor einer zu hohen Gesamtverlustleistung geschützt, welcher zur Be schädigung der Stromsenke und der korrespondierenden Notfallschutzschaltung führen könnte.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann die Span nungserkennung die Ansteuerung der Stromsenke beenden und den Strompfad wieder unterbrechen, wenn der erfasste Spannungsabfall den vorgegebenen Ab schaltspannungswert unterschreitet.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann ein
Stromsensor den Sensorstrom im High-Side-Pfad erfassen und einen Bruchteil des Sensorstroms abzweigen und als ersten Messstrom der ersten Messschal tung des ersten Steuergeräts zur Verfügung stellen. Hierbei kann die zweite Messschaltung des zweiten Steuergeräts den Sensorstrom direkt als zweiten Messstrom empfangen und auswerten. Der Stromsensor kann beispielsweise in den Strompfad eingeschleift werden, und den Bruchteil des Sensorstroms ab zweigen und den restlichen Sensorstrom an das Sensorelement weiterleiten. Dadurch wird der Sensorstrom, welcher in den ersten Anschluss des zugehöri gen Sensorelements hineinfließt, gemessen und ein äquivalenter, jedoch deutlich kleinerer Bruchteil des Sensorstroms an die erste Messschaltung weitergeleitet. Dadurch kann die Verlustleistung im ersten Steuergerät reduziert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann eine Um schaltvorrichtung den ersten Anschluss des Sensorelements mit der ersten Energiequelle und/oder mit der zweiten Energiequelle verbinden, wobei die Um schaltvorrichtung bei Ausfall der verbundenen Energiequelle den ersten An schluss des Sensorelements automatisch mit der anderen Energiequelle verbin den kann. Zudem können der Stromsensor und die Umschaltvorrichtung in einem Verschaltungsmodul zusammengefasst werden, welches als ASIC-Baustein aus geführt werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wer den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung be zeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Notfallschutzschaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahr zeug aus Fig. 1 bis 4.
Fig. 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm der Notfallschutzschaltung aus Fig. 5.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Strom-Spannungs-Diagramm der Notfallschutz schaltung aus Fig. 5 und 6.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 bis 6 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbei spiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, 1A, 1B, IC, ID für ein Fahrzeug jeweils ein Sensorelement WSS zum Erfassen einer Messgröße und mindestens zwei Steuergeräten ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D, welche jeweils eine Messschaltung MSI, MS2 und eine Energiequelle VB1, VB2 aufweisen. Hierbei ist ein erster An schluss WSS1 des Sensorelements WSS mit einer Energiequelle VB1 eines ers ten Steuergeräts ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D der mindestens zwei Steuergeräte ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D verbunden, und ein zweiter Anschluss WSS2 des Sensorele ments WSS ist über eine Messschaltung MSI, MS2 eines zweiten Steuergeräts ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D der mindestens zwei Steuergeräte ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D mit einem Masseanschluss GND verbunden. Ein durch das Sensorele ment WSS fließender Sensorstrom Is ist mit Informationen über die erfasste Messgröße moduliert, wobei eine erste Messschaltung MSI des ersten Steuer geräts ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D den im High-Side-Pfad zwi schen der Energiequelle VB1 und dem Sensorelement WSS erfassten Sensor strom Is auswertet, und eine zweite Messschaltung MS2 des zweiten Steuerge räts ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D gleichzeitig den im Low-Side-Pfad zwischen dem Sensorelement WSS und dem Masseanschluss GND erfassten Sensorstrom Is auswertet. Des Weiteren ist eine erste Notfallschutzschaltung 20A parallel zum Low-Side-Pfad angeordnet und überwacht einen Spannungsab fall U12 am zweiten Anschluss WSS2 des Sensorelements WSS. Die erste Not fallschutzschaltung 20A stellt einen alternativen Low-Side-Pfad für das Sensorel ement WSS bereit und nimmt den Sensorstrom Is aufnimmt, wenn der Span nungsabfall U12 einen vorgegebenen in Fig. 7 dargestellten Kippspannungswert U K erreicht, so dass zumindest die erste Messschaltung MSI weiterhin den er fassten Sensorstrom Is auswerten kann. Zusätzlich reduziert die erste Notfall schutzschaltung 20A den Spannungsabfall U12 auf einen in Fig. 7 dargestellten Haltespannungswert U H, welcher kleiner als der Kippspannungswert U K ist.
Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die beiden Steuergeräte ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine als ASIC ausge führte Auswerte- und Steuereinheit 3A, 3B, in welche die jeweilige Messschal tung MSI, MS2 integriert ist, und eine Energiequelle VB1, VB2. Hierbei ist im ersten Steuergerät ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D jeweils eine erste Auswerte- und Steuereinheit 3A mit der ersten Energiequelle VB1 verbunden. Im zweiten Steuergerät ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D ist jeweils eine zweite Auswerte- und Steuereinheit 3B mit der zweiten Energiequelle VB2 ver bunden.
In der Regel umfassen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoran ordnung 1, 1A, 1B, IC, ID für ein Fahrzeug mehrere Messstellen mit jeweils ei nem solchen Sensorelement WSS. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 1, 2, 3 und 4 jeweils nur eines der Sensorelemente WSS dargestellt. So werden Ausführungsformen der vorliegenden Sensoranordnung 1, 1A, 1B, IC, ID vor zugsweise in einem Fahrzeugbremssystem eingesetzt. In einem solchen Brems system können die Messstellen beispielsweise jeweils einem Fahrzeugrad zuge ordnet werden, wobei die Sensorelemente WSS zumindest eine Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des korrespondierenden Fahrzeugrads erfassen können. Bei einem normalen Personenkraftwagen mit vier Rädern, weist die Sensoranordnung 1, 1A, 1B, IC, ID somit vier solche Sensorelemente WSS auf. Selbstverständlich können auch andere Messgrößen, wie beispielsweise Tempe ratur, Druck usw. an einer solchen Messstelle erfasst werden.
Die erste Notfallschutzschaltung 20A trennt den alternativen Low-Side-Pfad im dargestellten Ausführungsbeispiel automatisch wieder auf, wenn der Span nungsabfall U12 durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert ABS absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert UH ist. Die Funktions weise der ersten Notfallschutzschaltung 20A wird nachfolgend unter Bezugnah me auf Fig. 5 bis 7 detailliert beschrieben.
Wie aus Fig. 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist in den dargestellten Ausführungs beispielen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 optional jeweils eine ge punktet dargestellte zweite Notfallschutzschaltung 20B vorgesehen, welche pa rallel zum High-Side-Pfad angeordnet ist und einen Spannungsabfall U12 am ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS überwacht. Die zweite Not fallschutzschaltung 20B stellt einen alternativen High-Side-Pfad für das Senso relement WSS bereit und nimmt den Sensorstrom Is auf, so dass zumindest die zweite Messschaltung MS2 weiterhin den erfassten Sensorstrom Is auswerten kann, wenn der Spannungsabfall U12 einen vorgegebenen Kippspannungswert UK erreicht, wobei die zweite Notfallschutzschaltung 20B zusätzlich den Span nungsabfall U12 auf einen Haltespannungswert UH reduziert, welcher kleiner als der Kippspannungswert UK ist. Die zweite Notfallschutzschaltung 20B trennt den alternativen High-Side-Pfad automatisch wieder auf, wenn der Spannungsabfall U12 durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert ABS ab sinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert UH ist.
Aufbau und Funktionsweise der beiden Notfallschutzschaltungen ist identisch und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 7 gemeinsam detailliert beschrieben.
Wie aus Fig. 5 und 6 weiter ersichtlich ist, umfassen die Notfallschutzschaltungen 20A, 20B jeweils eine Spannungserkennung 22 und eine Stromsenke 24. Hierbei steuert die Spannungserkennung 22 die Stromsenke 24 zur Herstellung eines Strompfads zwischen Anschlüssen Al, A2 der korrespondierenden Notfall schutzschaltung 20A, 20B an. Die Spannungserkennung 22 erfasst den Span nungsabfall U12 zwischen einem ersten Anschluss Al und einem zweiten An schluss A2 der korrespondierenden Notfallschutzschaltung 20A, 20B und steuert die Stromsenke 24 an, wenn der erfasste Spannungsabfall U12 den vorgegebe nen in Fig. 7 dargestellten Kippspannungswert UK erreicht. Die Stromsenke 24 stellt den Spannungsabfall U12 auf den vorgegebenen Haltespannungswert UH ein und nimmt den Sensorstrom Is auf. Dieser Kennlinienverlauf ist in Fig. 7 durch eine durchgezogene Linie dargestellt. In Verbindung mit einem Überspan nungsschutz ÜV steuert die Spannungserkennung 22 die Stromsenke 24 bei steigendem Spannungsabfall U12 so an, dass der Sensorstrom Is bis zu einem minimalen Stromfluss reduziert oder ganz abgeschaltet wird. Dieser Schutzver lauf SV ist in Fig. 7 gepunktet dargestellt. Die Spannungserkennung 22 beendet die Ansteuerung der Stromsenke 24 und unterbricht den Strompfad wieder, wenn der erfasste Spannungsabfall U12 den vorgegebenen Abschaltspannungswert ABS unterschreitet. Dieser Abschaltverlauf ist in Fig. 7 gestrichelt dargestellt.
Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Spannungserkennung 22 im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere ohmsche Widerstände RI, R2, R3,
R4 und R5, zwei als Bipolartransistoren ausgeführt Transistoren TI, T2 und eine Zenerdiode ZD1, welche über entsprechende Leitungen wie dargestellt miteinan der verschaltet sind, wobei ein erster Transistor TI als PNP-Transistor und ein zweiter Transistor T2 als NPN-Transistor ausgeführt ist. Die Stromsenke 24 um- fasst im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei ohmsche Widerstände R6 und R7 und zwei als Bipolartransistoren ausgeführte Transistoren T3 und T4, welche über entsprechende Leitungen wie dargestellt miteinander verschaltet sind, wo bei beide Transistoren T3 und T4 als NPN-Transistoren ausgeführt sind. Der Überspannungsschutz ÜV umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ohmschen Wiederstand R8.
Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, sind die Widerstände RI, R2 und R6 Ableit widerstände für die Basen der Transistoren TI, T2, T3, um diese gesperrt zu hal ten und Leckströme abzuleiten. Fließt durch die Zenerdiode ZD1 ein größerer Strom als durch einen zweiten Wiederstand R2, dann wird der zweite Transistor T2 aufgesteuert, welcher den ersten Transistor TI aufsteuert. Dies ist im darge stellten Ausführungsbeispiel der Fall, wenn der anliegende Spannungsabfall U12 den Kippspannungswert UK von ca. 3V übersteigt. Dieser Kippspannungswert entspricht der Summe aus Durchspruchspannung (ca. 2,3V) der Zenerdiode ZD1 und einer Basis-Emitter-Spannung (ca. 0,7V) des zweiten Transistors T2. Der erste Transistor TI liefert über einen vierten Widerstand R4 Strom an die Basis des zweiten Transistors T2, so dass dieser weiter leitend geschaltet bleibt. Der zweite Transistor T2 und der erste Transistor TI bilden eine Thyristorstruktur und überbrücken die Zenerdiode ZD1, so dass sich der Spannungsabfall U12 auf den Haltespannungswert UH von ca. 0,9V einstellt. Über eine fünften Widerstand R5 und eine Steuerleitung ST wird der vierte Transistor T4 der Stromsenke 24 ange steuert, wobei der nun durch den vierten Transistor T4 fließende Sensorstrom Is im dargestellten Ausführungsbeispiel auf ca. 40mA begrenzt ist. Bei einem sehr hohen Ansteuerstrom in der Steuerleitung ST übernimmt der dritte Transistor T3 der Stromsenke 24 einen Teil des Ansteuerstroms für den vierten Transistor T4, um diesen zu schützen.
Wird im Überspannungsfall, welcher in Fig. 7 durch den gepunkteten Schutzver lauf SV dargestellt ist und beispielsweise durch einen Kurzschluss nach einer der Versorgungsspannungen VB1, VB2 ausgelöst werden kann, der Stromsenke 24 ein Strom angeboten, welcher größer als ein maximaler Laststrom der Stromsen ke 24 ist, dann kann die Stromsenke 24 den niedrigen Haltespannungswert UH des Spannungsabfalls U12 von ca. 0,9V nicht mehr halten. Daher erhöht sich der Strom über den achten Widerstand R8 des Überspannungsschutzes ÜV. Dies hat zur Folge, dass der dritte Transistor T3 stärker aufgesteuert wird und die An steuerung des vierten Transistors T4 reduziert wird. Hierdurch reduziert sich der Strom in die Basis des vierten Transistors T4 und der vierte Transistor T4 wird weiter geschlossen und vor Beschädigung geschützt (Überlastschutz). Im Kurz schlussfall kann der vierte Transistor T4 in den Sperrzustand überführt werden.
Wird durch ein externes Ereignis, wie beispielsweise Wiedereinschalten des ur sprünglichen Low-Side- Pfads im zweiten Steuergerät ECU2, die Spannung U12 auf den Abschaltspannungswerte ABS von ca. 0,6V reduziert, dann wird die Thy ristorstruktur aus den Transistoren TI und T2 wieder abgeschaltet. Dieser Ab schaltverlauf ist in Fig. 7 gestrichelt dargestellt.
Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die Sensoranordnungen 1, 1A, 1B, IC und ID für ein Fahrzeug in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils einen Stromsensor 10, welcher den Sensorstrom Is im High-Side-Pfad er fasst und einen Bruchteil ls/h des Sensorstroms Is abzweigt und als ersten Messstrom IM1 der ersten Messschaltung MSI des ersten Steuergeräts ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D zur Verfügung stellt. Zudem leitet der
Stromsensor 10 den Sensorstrom Is zum ersten Anschluss WSS1 des zugehöri gen Sensorelements WSS. Hierbei empfängt die zweite Messschaltung MS2 des zweiten Steuergeräts ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D in den dargestell ten Ausführungsbeispielen den Sensorstrom Is direkt als zweiten Messstrom IM2 und wertet diesen aus. Durch den Stromsensor 10 wird der Sensorstrom Is, wel cher in den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS hineinfließt, ge messen und ein äquivalenter, jedoch deutlich kleinerer Strom ls/n wird der ersten Auswerte- und Steuereinheit 3A zugeführt, um die Verlustleistung im ersten Steuergerät ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D zu reduzieren. Bei der Auswertung des ersten Messstroms IM1 berücksichtigt die erste Auswerte- und Steuereinheit 3A die vorgenommene Reduzierung des zweiten Messstroms. Hierzu kann eine entsprechende Anpassung einer Eingangsbeschaltung der ers ten Messschaltung MSI oder des Auswertungsalgorithmus vorgenommen wer den.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, sind die erste Notfallschutzschaltung 20A und die optionale zweite Notfallschutzschaltung 20B im dargestellten ersten Aus- führungsbeispiel der Sensoranordnung lA für ein Fahrzeug jeweils als separate Baugruppen ausgeführt, und nicht in eines der beiden Steuergeräte ECU1A, ECU2A integriert. Der Stromsensor 10, welcher den Sensorstrom Is im High- Side-Pfad erfasst und einen Bruchteil ls/h des Sensorstroms Is abzweigt, ist im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel jedoch in das erste Steuergerät ECU1A integriert.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, ist die erste Notfallschutzschaltung 20A im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1B für ein Fahr zeug in das erste Steuergeräte ECU1A integriert. Die optionale zweite Notfall schutzschaltung 20B ist im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Senso ranordnung 1B für ein Fahrzeug in das zweite Steuergeräte ECU2B integriert.
Der Stromsensor 10 ist anlog zum ersten Ausführungsbeispiel in das erste Steu ergerät ECU1B integriert.
Wie aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die Sensoranordnungen IC, ID für ein Fahrzeug in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine Um schaltvorrichtung 30, welche den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS mit der ersten Energiequelle VB1 des ersten Steuergeräts ECU1C, ECU1D und/oder mit der zweiten Energiequelle VB2 des zweiten Steuergeräts ECU2C, ECU2D verbindet. Die Umschaltvorrichtung 30 verbindet bei Ausfall der verbun denen Energiequelle VB1, VB2 den ersten Anschluss WSS1 des Sensorele ments WSS automatisch mit der anderen Energiequelle VB2, VB1. Vorzugsweise verbindet die Umschaltvorrichtung 30 den ersten Anschluss WSS1 des Senso relements WSS mit der ersten Energiequelle VB1 des ersten Steuergeräts ECU1C, ECU1D. Fällt die erste Energiequelle VB1 aus, dann verbindet die Um schaltvorrichtung 30 den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS mit der zweiten Energiequelle VB2 des zweiten Steuergeräts ECU2C, ECU2D.
Wie aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind der Stromsensor 10 und die Um schaltvorrichtung 30 in den dargestellten Ausführungsbeispielen in einem Ver schaltungsmodul 40 zusammengefasst, welches beispielsweise als ASIC- Baustein ausgeführt sein kann. Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist die erste Notfallschutzschaltung 20A im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung IC für ein Fahr zeug als separate Baugruppe ausgeführt, und nicht in eines der beiden Steuer geräte ECU1C, ECU2C integriert. Das Verschaltungsmodul 40 ist ebenfalls als separate Baugruppe ausgeführt und nicht in eines der Steuergeräte ECU1C,
ECU2C integriert. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die erste Notfallschutzschaltung 20A analog zum zweiten Ausführungsbei spiel der Sensoranordnung 1B jedoch in das erste Steuergerät ECU1C integriert werden.
Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, ist die erste Notfallschutzschaltung 20A im dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung ID für ein Fahr zeug in das erste Steuergerät ECU1D integriert. Das Verschaltungsmodul 40 ist ebenfalls in das erste Steuergerät ECU1D integriert. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die erste Notfallschutzschaltung 20A analog zum ersten und dritten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1B je doch als separate Baugruppe ausgeführt und nicht in das erste Steuergerät ECU1C integriert werden.

Claims

Ansprüche
1. Sensoranordnung (1) für ein Fahrzeug, mit einem Sensorelement (WSS) zum Erfassen einer Messgröße und mindestens zwei Steuergeräten (ECU1, ECU2), welche jeweils eine Messschaltung (MSI, MS2) und ei ne Energiequelle (VB1, VB2) aufweisen, wobei ein erster Anschluss (WSS1) des Sensorelements (WSS) mit einer Energiequelle (VB1) eines ersten Steuergeräts (ECU1) der mindestens zwei Steuergeräte (ECU1, ECU2) und ein zweiter Anschluss (WSS2) des Sensorelements (WSS) über eine Messschaltung (MSI, MS2) eines zweiten Steuergeräts (ECU2) der mindestens zwei Steuergeräte (ECU1, ECU2) mit einem Masseanschluss (GND) verbunden ist, wobei ein durch das Sensorele ment (WSS) fließender Sensorstrom (Is) mit Informationen über die er fasste Messgröße moduliert ist, wobei eine Messschaltung (MSI) des ersten Steuergeräts (ECU1) den im High-Side-Pfad zwischen der Ener giequelle (VB1) und dem Sensorelement (WSS) erfassten Sensorstrom (Is) auswertet und eine zweite Messschaltung (MS2) des zweiten Steu ergeräts (ECU2) gleichzeitig den im Low-Side-Pfad zwischen dem Sen sorelement (WSS) und dem Masseanschluss (GND) erfassten Sensor strom (Is) auswertet, wobei eine erste Notfallschutzschaltung (20A) pa rallel zum Low-Side-Pfad angeordnet ist und einen Spannungsabfall (U12) am zweiten Anschluss (WSS2) des Sensorelements (WSS) über wacht, wobei die erste Notfallschutzschaltung (20A) einen alternativen Low-Side-Pfad für das Sensorelement (WSS) bereitstellt und den Sen sorstrom (Is) aufnimmt, wenn der Spannungsabfall (U12) einen vorge gebenen Kippspannungswert (UK) erreicht, so dass zumindest die erste Messschaltung (MSI) weiterhin den erfassten Sensorstrom (Is) auswer ten kann, wobei die erste Notfallschutzschaltung (20A) zusätzlich den Spannungsabfall (U12) auf einen Haltespannungswert (UH) reduziert, welcher kleiner als der Kippspannungswert (UK) ist.
2. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Notfallschutzschaltung (20A) den alternativen Low-Side-Pfad automatisch wieder auftrennt, wenn der Spannungsabfall (U12) durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert (ABS) absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert (UH) ist.
3. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Notfallschutzschaltung (20B) parallel zum High-Side- Pfad angeordnet ist und einen Spannungsabfall (U12) am ersten An schluss (WSS1) des Sensorelements (WSS) überwacht, wobei die zwei te Notfallschutzschaltung (20B) einen alternativen High-Side-Pfad für das Sensorelement (WSS) bereitstellt und den Sensorstrom (Is) auf nimmt, wenn der Spannungsabfall (U12) einen vorgegebenen
Kippspannungswert (UK) erreicht, so dass zumindest die zweite Mess schaltung (MS2) weiterhin den erfassten Sensorstrom (Is) auswerten kann, wobei die zweite Notfallschutzschaltung (20B) zusätzlich den Spannungsabfall (U12) auf einen Haltespannungswert (UH) reduziert, welcher kleiner als der Kippspannungswert (UK) ist.
4. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Notfallschutzschaltung (20B) den alternativen High-Side-Pfad automatisch wieder auftrennt, wenn der Spannungsabfall (U12) durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert (ABS) absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert (UH) ist.
5. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die jeweilige Notfallschutzschaltung (20A, 20B) eine Spannungserkennung (22) und eine Stromsenke (24) umfasst, wobei die Spannungserkennung (22) die Stromsenke (24) zur Herstellung eines Strompfads zwischen Anschlüssen (Al, A2) der korrespondierenden Notfallschutzschaltung (20A, 20B) ansteuert.
6. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserkennung (22) den Spannungsabfall (U12) zwischen ei nem ersten Anschluss (Al) und einem zweiten Anschluss (A2) der kor- respondierenden Notfallschutzschaltung (20A, 20B) erfasst und die Stromsenke (24) ansteuert, wenn der erfasste Spannungsabfall (U12) den vorgegebenen Kippspannungswert (UK) erreicht.
7. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (24) den Spannungsabfall (U12) auf den vorgegebenen Haltespannungswert (UH) einstellt und den Sensorstrom (Is) aufnimmt.
8. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserkennung (22) in Verbindung mit einem Überspan nungsschutz (ÜV) die Stromsenke (24) bei steigendem Spannungsabfall (U12) so ansteuert, dass der Sensorstrom (Is) bis zu einem minimalen Stromfluss reduziert oder ganz abgeschaltet wird.
9. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Spannungserkennung (22) die Ansteuerung der Stromsenke (24) beendet und den Strompfad wieder unterbricht, wenn der erfasste Spannungsabfall (U12) den vorgegebenen Abschaltspan nungswert (ABS) unterschreitet.
10. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass das Sensorelement (WSS) Drehzahl und/oder Dreh geschwindigkeit und/oder Druck und/oder Temperatur als Messgröße er fasst.
11. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass mehrere Sensorelemente (WSS) vorgesehen sind, welche jeweils an einer Messstelle angeordnet sind.
12. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstellen jeweils einem Fahrzeugrad zugeordnet sind, wobei das zugehörige Sensorelement (WSS) zumindest eine Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des korrespondierenden Fahrzeugrads erfasst.
13. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Stromsensor (30) den Sensorstrom (Is) im High- Side-Pfad erfasst und einen Bruchteil (ls/h) des Sensorstroms (Is) ab zweigt und als Messstrom (IM1) der ersten Messschaltung (MSI) des ersten Steuergeräts (ECU1) zur Verfügung stellt, wobei die zweite
Messschaltung (ECU2) des zweiten Steuergeräts (ECU2) den Sensor strom (Is) direkt als zweiten Messstrom (IM2) empfängt und auswertet.
14. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Umschaltvorrichtung (30) den ersten Anschluss
(WSS1) des Sensorelements (WSS) mit der ersten Energiequelle (VB1) und/oder mit der zweiten Energiequelle (VB2) verbindet, wobei die Um schaltvorrichtung (30) bei Ausfall der verbundenen Energiequelle (VB1, VB2) den ersten Anschluss (WSS1) des Sensorelements (WSS) auto- matisch mit der anderen Energiequelle (VB2, VB1) verbindet.
15. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekenn zeichnet, dass der Stromsensor (10) und die Umschaltvorrichtung (30) in einem Verschaltungsmodul (40) zusammengefasst sind, welches als ASIC-Baustein ausgeführt ist.
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