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Title:
DEVICE AND METHOD FOR TESTING THE FUNCTION OF AN ANTENNA SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/206866
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for testing the function of an antenna system, more particularly for detecting foreign metal, the device comprising: an antenna system having a plurality of antenna units (AE0,..., AE15), wherein each of the antenna units (AE0,..., AE15), which comprise an antenna (A0,..., A15) and at least one resistor (R0,..., R15), is connected between a node (K) to which a bias voltage (Vofst) is applied and an associated input of the selection unit (SE); a computing unit (CU), which is designed to provide a control signal (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II) for the selection unit (SE) at a first output (CUO1), the control signal defining which input of the selection unit (SE) should be connected to an output (SEO) of the selection unit (SE), and to receive at an input (CUI1) of the computing unit (CU) the antenna signal present at the output (SEO) of the selection unit (SE); a diagnosis circuit (DC), which is connected between the output (SEO) of the selection unit (SE) and a diagnosis voltage terminal and can be controlled by the computing unit (CU), a diagnosis voltage (Vaux) being present at the diagnosis voltage terminal. The computing unit (CU) is designed to infer a fault in the antenna system from the comparison of antenna signals at the output (SEO) of the selection unit (SE) which are determined with the diagnosis circuit activated and with the diagnosis circuit not activated.

Inventors:
HAGGENMILLER, Christoph (Siebenbürgener Straße 47, Regensburg, 93057, DE)
SCHROD, Walter (Nittenauer Str. 8, Regensburg, 93057, DE)
Application Number:
EP2019/060300
Publication Date:
October 31, 2019
Filing Date:
April 23, 2019
Export Citation:
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Assignee:
CPT GROUP GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
H02J50/10; G01R31/00; H02J50/20; H02J50/60; H04B1/04; H04B7/08; H04B17/17; H04B17/29
Foreign References:
US20160149442A12016-05-26
US20130234741A12013-09-12
US20140028527A12014-01-30
US6437577B12002-08-20
US20060214854A12006-09-28
US20040214608A12004-10-28
DE202012101406U12013-07-18
US20100314947A12010-12-16
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
WALDMANN, Alexander (Postfach 22 16 39, München, 80506, DE)
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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 .

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.