Walker, Steffen (Matheus-Wagner-Str. 14, Reutlingen, 72770, DE)
Oechtering, Peter (Gartenaeckerweg 6, Karlsruhe, 76229, DE)
Walker, Steffen (Matheus-Wagner-Str. 14, Reutlingen, 72770, DE)
| Ansprüche 1. Steuereinrichtung (2) für ein Sensorsystem (1 ), wobei die Steuereinrichtung (2) mindestens aufweist: eine Anschlusseinrichtung (9) zum Anschluss einer Datenverbindung (4) mit mindestens zwei Leitungen (4a, 4b) als Stromschnittstelle zu mindestens einem Sensor (3), wobei die Anschlusseinrichtung (9) über die Datenverbindung (4) von dem Sensor (3) durch Strommodulation eines Schnittstellenstroms (I) erzeugte Signale (14) aufnimmt, wobei die Steuereinrichtung (2) eine Strombegrenzungsschaltung (10) aufweist, die bei einem Kurzschluss auf mindestens einer Leitung (4a, 4b) der Datenverbindung (4) einen Kurzschlussstrom (l_2, l_3) begrenzt, wobei die Strombegrenzungsschaltung (10) den Kurzschlussstrom (l_2, l_3) zeitlich veränderlich begrenzt. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung (10) bei einem Kurzschluss den Schnittstellenstrom (I) in einem ersten Zeitraum (t1 - tθ) auf einen o- beren Kurzschluss-Stromwert (l_2) und nach dem ersten Zeitraum (t1 - tθ) auf einen unteren Kurzschluss-Stromwert (l_3) begrenzt, wobei der untere Kurzschluss-Stromwert (l_3) kleiner als der obere Kurzschluss-Stromwert (l_2) und größer als ein Sensorruhestrom (l_0) ist. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Kurzschluss-Stromwert (l_3) größer als ein oberer Signalstrom (M ) ist, der sich als Summe des Sensorruhestroms (l_0) und des Maximums eines über die Datenverbindung (4) übertragenen Sensordatenstroms (l_d) ergibt. 4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale (14) digital sind und der erste Zeitraum (t1 - tθ) ein Mehrfaches, z. B. mindestens Achtfaches, z. B. mindestens Zehnfaches, der Signalbreite (Δt) der Signale (14) ist. 5. Steuereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (9) eine Detektions- einrichtung (12) zur Detektion der Signale (14) aufweist. 6. Steuereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung (4) ein Zweidraht-Bus (4) mit genau zwei Leitungen (4a, 4b) ist. 7. Sensorsystem (1 ), das aufweist: eine Steuereinrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, eine Datenverbindung (4) mit mindestens zwei Leitungen (4a, 4b) als Stromschnittstelle, und mindestens einen Sensor (3) mit einem Sensorelement (5) und einer von dem Sensorelement (5) angesteuerten Strommodulationsschaltung (6) zum Strommodulieren von Signalen (4) auf einen über die Datenverbindung (4) übertragenen Schnittstellenstrom (I), wobei die Steuereinrichtung (2) die auf den Schnittstellenstrom (I) mo- dulierten Signale (14) ausliest. 8. Sensorsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (3) frei von einer eigenen Energieversorgung ist und nur über den Schnittstellenstrom (I) mit Energie versorgt ist. 9. Sensorsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung (4) unidirektional ist und nur Signale (14) von dem mindestens einen Sensor (3) zu der Steuereinrichtung (2) übertragen werden. 10. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass es Teil eines ein Insassenschutzsystems eines Fahrzeuges, z.B. eines Airbagsystems ist. 11. Verfahren zum Übertragen von Signalen (14) in einem Sensorsystem (1 ), bei dem eine Steuereinrichtung (2) einen Sensorruhestrom (l_0) auf eine als Stromschnittstelle wirkende Datenverbindung (4) ausgibt, mindestens ein Sensor (3) durch Strommodulation des Sensorruhestroms (l_0) Signale (14) auf die Datenverbindung (4) ausgibt, und die Steuereinrichtung (2) die strommodulierten Signale (14) ausliest, wobei bei einem Kurzschluss auf mindestens einer Leitung (4a, 4b) der Datenverbindung (4) die Steuereinrichtung (2) einen Schnittstellenstrom (I) zeitlich veränderlich begrenzt. 12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kurzschluss der Schnittstellenstrom (I) in einem ersten Zeitraum (t1 - tθ) auf einen oberen Kurzschluss-Stromwert (l_2) und nach dem ersten Zeitraum (t1 - tθ) auf einen unteren Kurzschluss- Stromwert (13) begrenzt wird, wobei der untere Kurzschluss-Stromwert (l_3) kleiner als der obere Kurzschluss-Stromwert (l_2) und größer als ein Sensorruhestrom (l_0) ist. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Kurzschluss-Stromwert (l_3) größer als ein Signalstrom (M ) ist, der bei Modulation des Sensorruhestroms (l_0) mit den Signalen (14) auftritt. |
Steuereinrichtung für ein Sensorsystem, Sensorsystem und Verfahren zum
Übertragen von Signalen in einem Sensorsystem
Stand der Technik
Zur Übertragung von Daten peripherer Sensoren an eine zentrale Steuereinrichtung (ECU) wird in einigen Sensorsystemen, insbesondere Insassenschutzsystemen von Fahrzeugen, eine Stromschnittstelle verwendet; sie kann grundsätzlich unidirektional oder bidirektional sein. Die DE 10 2004 013 597 A1 zeigt ein derartiges Sensorsystem mit einer Steuereinrichtung und einem über eine unidirektionale Stromschnittstelle verbundenen Sensor, der auch unter der Bezeichnung PAS3 oder PAS4 bekannt ist.
Die Stromversorgung wird bei derartigen Systemen von der als Empfänger dienenden Steuereinrichtung geliefert, die meist als spezifischer ASIC ausgebildet ist und einen Schnittstellenstrom ausgibt, der sich aus dem Sensorruhestrom (Schnittstellenruhestrom) und einem Sensordatenstrom zusammensetzt. Der Sensor moduliert somit in Abhängigkeit der Messungen seines Sensorelementes den Sensorruhestrom.
Für den Fall eines niederohmigen Kurzschlusses der Busleitung nach Masse kann der Empfänger mit einer Kurzschlussstrombegrenzungsschaltung ausgestattet sein.
Eine Begrenzung des Kurzschlussstroms auf einen zu niedrigen Wert kann jedoch dazu führen, dass der so begrenzte Kurzschlussstrom fälschlicherweise als Sensorsignal ausgelesen wird. Daher ist der Stromwert, auf den der Kurzschlussstrom begrenzt wird, im Allgemeinen hinreichend hoch gewählt, insbesondere größer als die Summe aus Sensorruhestrom und Sen- sordatenstrom, damit keine unerwünschten Eingriffe der Strom begrenzung in den Normalbetrieb auftreten.
Ein zu hoher kurzschlussbegrenzter Schnittstellenstrom begrenzt jedoch die maximale mögliche Verlustleistung des Empfängers und somit die Stromverfügbarkeit der Spannungsversorgung.
Somit ist die Anzahl der an eine Steuereinrichtung anzuschließenden Sensoren oftmals bereits dadurch begrenzt, dass im Falle von Kurzschlüssen an mehreren Sensorschnittstellen des Empfängers sehr hohe Gesamtströme von der Steuereinrichtung aufzubringen sind, was zu einer entsprechenden Dimensionierung des Empfängers führt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine zeitlich veränderliche, insbesondere mehrstufige Kurzschlussstrombegrenzung des Schnittstellenstroms geschaffen. Bei Erkennung eines Kurzschlusses, bei dem die von der Steuereinrichtung angelegte Spannung erkennbar zusammenbricht und der Schnittstellenstrom deutlich über der Summe des Sensorruhestroms und des maximalen Sensordatenstroms liegt, erfolgt zunächst eine Kurzschlussstrombegrenzung auf einen oberen Kurzschluss-Stromwert. Somit kann sichergestellt werden, dass kein Eingriff in den Normalbetrieb erfolgt. Diese Regelung auf den oberen Kurzschlussstromwert erfolgt jedoch nur innerhalb eines ersten Zeit- raums, insbesondere eines vorgegebenen Zeitraums. Nach diesem ersten Zeitraum wird der Kurzschlussstrom auf einen kleineren, unteren Kurzschluss-Stromwert zurückgeregelt. Dieser untere Kurzschluss-Stromwert kann deutlich kleiner als der obere Kurzschluss-Stromwert gewählt werden, da der Fehler bereits erkannt wurde. Er wird vorzugsweise weiterhin größer als der Sensorruhestrom gewählt. Erfindungsgemäß kann somit bei Kurzschlüssen, insbesondere auch bei statisch anliegenden Kurzschlüssen, die auftretende Stromaufnahme und folglich die Verlustleistung reduziert und auf einen hinreichend kleinen Wert eingestellt werden. Es kann insbesondere bei Auslegung einer Empfängerein- richtung, z.B. einer Steuereinrichtung eines Insassenschutzsystems, der untere Kurzschluss-Stromwert derartig eingestellt werden, dass auch bei mehreren durch Kurzschlüsse außer Betrieb gesetzter Sensoren eine hinreichende Stromversorgung der weiteren Sensoren erfolgt.
Somit kann eine bestimmte Anzahl von Sensorschnittstellen des Empfängers im Kurzschluss betrieben werden, ohne eine Bauteilzerstörung zu verursachen oder die Spannungsversorgung zu überlasten. Der Chipflächenaufwand kann somit begrenzt werden.
Kurze Beschreibung der Ausführungsform
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sensorsystems mit einer Steuereinrichtung und einem Sensor;
Fig. 2 Zeitdiagramme der auf dem Bus anliegenden Spannung des über den Bus fließenden Stroms.
Ausführungsformen der Erfindung
Gemäß Fig. 1 wird ein Sensorsystem 1 im Wesentlichen gebildet aus einer Steuereinrichtung 2 und einem Sensor 3, die über eine Datenverbindung 4 miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung 2 kann hierbei z. B. durch ein einzelnes Steuergerät oder auch durch mehrere zusammenwirkende Steuergeräte gebildet werden.
Das Sensorsystem 1 kann insbesondere ein Insassenschutzsystem oder Teil eines Insassenschutzsystems eines Fahrzeuges sein, an dessen zentrale Steuereinrichtung 2 mehrere Sensoren 3 angeschlossen sind. Die Datenverbindung 4 ist insbesondere als unidirektionale Stromschnittstelle ausgebildet, z. B. ein Bus 4, der als Zweidraht-Bus mit den Leitungen 4a, 4b ausgebildet ist und z.B. unter den Bezeichnungen PAS3 oder PAS4 bekannt ist.
Der Einfachheit halber ist hier lediglich ein einziger an die Steuereinrichtung 2 angeschlossener Sensor 3 gezeigt. Der Sensor 3 ist z.B. ein Beschleunigungssensor zur Messung der Beschleunigung in einer vorgegebenen Richtung. Der Sensor 3 weist hierbei ein Sensorelement 5, das in Abhängigkeit seiner Messung den Schnittstellenstrom I auf dem Bus 4 beeinflusst. Gemäß Fig. 1 kann hierzu in dem Sensor 3 eine Strommodulationsschaltung 6 vorgesehen sein, bei der das Sensorelement 5 direkt von dem Bus 4 gespeist wird, so dass keine separate Energieversorgung in dem Sensor 3 vorgesehen ist und das Sensorelement 5 in Abhängigkeit seiner Messung einen Schalter 7 öffnet und schließt, der über eine Stromsenke 8, die z.B. eine geeignete Transistorschaltung oder auch ein hoher ohmscher Widerstand sein kann, eine Verbindung zwischen den Leitungen 4a, 4b schließt, so dass ein digitales Signal 14, insbesondere Sensorsignal 14, auf den Bus 4 moduliert wird. Dies ist aus Fig. 2 ersichtlich, die ein entsprechendes Zeitdiagramm der an dem Bus 4 anliegenden Spannung U sowie der auf dem Bus 4, d.h. über die beiden Leitungen 4a, 4b fließenden Stromstärke des Schnittstellenstroms I in Abhängigkeit der Zeit t zeigt. Hierbei werden einem Sensorruhestrom l_0 die Signale 14 als Datenströme l_d überlagert, so dass sich ein Signalstrom M = l_0 + l_d ergibt.
Die digitalen Signale 14 weisen Peakbreiten Δt von z. B. etwa 1 μs (Mikrose- kunden) auf, wobei bei einem Sensorruhestrom l_0 von z. B. 4 .. 35 mA und einem überlagerten Datenstrom von l_d = von 22 ... 30 mA sich somit z. B. obere Signalstromwerte von M = 65 mA ergeben. Der gesamte Schnittstel- lenstrom I nimmt somit im ordnungsgemäßen Betrieb maximal den aus der Summe des Sensorruhestroms l_0 und dem Datenstrom l_d gebildeten Wert I 1 an. Die Steuereinrichtung 2 weist eine Anschlusseinrichtung 9 für den Bus 4 auf. Erfindungsgemäß ist in der Anschlusseinrichtung 9 eine Strombegrenzungs- schaltung 10 vorgesehen, die im Falle eines Kurzschlusses, bei der an einer oder beiden Leitungen 4a oder 4b ein Kurzschluss auftritt, z.B. ein niederoh- miger Kontakt nach Masse, der Schnittstellenstrom I als Kurzschlussstrom begrenzt wird. Weiterhin sind in der Anschlusseinrichtung 9 eine Stromquelle 11 zur Erzeugung des Schnittstellenstroms I sowie eine Detektionseinrich- tung 12 zur Detektion der digitalen Signale 14 vorgesehen, die z. B. in an sich bekannter weise einen Spannungsabfall an einem Widerstand misst.
Zu einem Zeitpunkt tθ tritt ein Kurzschluss nach Masse auf, so dass U von dem Wert U1 auf 0 fällt und während des Kurzschlusses auf 0 bleibt. Gemäß Fig. 2 wird die in der Steuereinrichtung 2 vorgesehene Strombegrenzungs- Schaltung 10 bei dem Kurzschluss wirksam, so dass I unmittelbar auf einen relativ hohen oberen Kurzschluss-Stromwert l_2 begrenzt wird. Herkömmlicherweise würde während des Kurzschlusses der Strom auf diesen Wert l_2 begrenzt bleiben, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Erfindungsgemäß wird jedoch nach einem Zeitraum t1 -tθ, d.h. bei Festsetzung von tθ= 0 nach der Zeit t1 , der Kurzschlussstrom I auf einen unteren Kurzschluss-Stromwert l_3 abgeregelt, der kleiner als der obere Wert l_2 ist, jedoch zumindest oberhalb vom Sensorruhestrom l_0, vorzugsweise - aber nicht zwingend - auch oberhalb des Signalstroms M bzw. oberhalb eines oberen Signalstroms liegt, sich aus der Summe des Sensorruhestrom l_0 und einem Maximalwert des Datenstroms l_d ergibt.
Solange der Kurzschluss anliegt, fließt somit nur der Kurzschlussstrom l_3. Dieser Kurzschlussstrom l_3 kann nicht fälschlicherweise als Signal fehlerkannt werden, wenn l_3 größer M ist; grundsätzlich ist eine Ausbildung l_3 größer l_0 erfindungsgemäß jedoch ausreichend.
t1 kann z.B. als 10 μs (Mikrosekunden) ausgelegt werden. Somit kann t1 z.B. die zehnfache Bitlänge sein, so dass der sich in Fig. 2 ergebende Strom- Peak im Kurzschlussstrom auch von der Zeitlänge her nicht fehl interpretiert werden kann.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem 1 weist somit im Falle eines Kurzschlusses eine kleinere Stromaufnahme und somit kleinere Verlustleistung auf. Somit kann die Anzahl der Sensorschnittstellen der Steuereinrichtung 2 entsprechend hoch gewählt werden, ohne die Spannungsversorgung bei mehreren gleichzeitigen Kurzschlüssen an mehreren Sensoren 3 zu überlas- ten.