Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum Betreiben eines Aktors, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere geht es um eine Heckklappensteuerung für ein Kraftfahrzeug. Auch hier sind Bus-Systeme eine kostengünstige und nicht zuletzt deshalb weit verbreitete Möglichkeit zur Datenübertragung.

Eine Möglichkeit bei der Realisierung von gemischten Netzen aus Sensoren und Aktoren im Komfortbereich moderner Kraftfahrzeuge stellt der LIN-Bus (Local Interconnect Network) dar. Es handelt sich um einen meist sternförmig aufgebauten Eindraht-Bus, der besonders dann vorteilhaft ist, wenn nur wenig Bandbreite benötigt wird und andere Lösungen überdimensioniert sind.

Unter dem Aspekt der Kostenoptimierung möchte man für diesen Bus entwickelte Bausteine in größeren Stückzahlen und damit auch zum Teil zweckentfremdet, nämlich zur Ansteuerung von Aktoren, beispielsweise zum Öffnen einer Heckklappe und als einfachen elektronischen Schalter ohne Busfunktionalität verwenden.

Dem steht allerdings eine aus Gründen der Störsicherheit wichtige Eigenschaft entgegen, nämlich die automatische Abschaltung der Sendestufe nach mehr als 1 ms (Timeout), die im Folgenden als monostabiles Verhalten bezeichnet wird. Somit sind die bekannten Sende- Empfangseinheiten (Transceiver) für diese Anwendungen ungeeignet. Dieses Problem scheint mit Hilfe von zusätzlichen Steuerimpulsen während der Aktivzeit des Transceivers lösbar zur sein.

Die DE 10 2004 057 787 AI offenbart ein Modul und ein Verfahren, welches auch zum Betreiben eines LIN-Bus-Systems geeignet ist, wobei das Modul über die LIN-Bus-Leitung spezielle Steuersignale empfängt, die im Bus-System-Protokoll so nicht vorgesehen sind. Es werden Steuersignale vorgeschlagen, die kürzer sind als die im LIN-Bus-Protokoll definierte Mindest-Impulsdauer Tmin von mehr als 1 ms, typisch 20 ms und weniger als 50 ms.

Offen bleibt die Frage, wie deutlich kürzere Steuersignale mit der zum LIN-Bus gehörigen Hardware, der LIN-Bus-Ansteuerung, zuverlässig und damit betriebssicher erzeugt werden können.

Die DE 10 2004 037 683 B4 offenbart eine Anordnung zur Kurzschlusserkennung, wobei die Versorgungsspannung durch Prüfimpulse kurzzeitig unterbrochen wird. Der Betrieb wird durch zwischenzeitliche Pufferung der Betriebsspannung aufrechterhalten. Allerdings sollten die zusätzlichen Steuerimpulse eine Impulsdauer von weniger Ιμβ haben, weil sonst die Endstufe des LIN-Transceivers bereits auf die Steuerimpulse reagieren kann, was nicht erwünscht ist. Durch die Steuerimpulse soll lediglich das monostabile Verhalten unterdrückt werden, ohne dass die Endstufe reagiert und dadurch evtl. andere Busteilnehmer gestört werden. Die LIN-Bus-Ansteuerung ist in der Regel nicht für die Erzeugung so kurzer Impulse ausgelegt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu überwinden. Insbesondere soll eine Anordnung angegeben werden, die den Einsatz der üblichen Sende-Empfangseinheit, hier ein LIN-Transceiver, zur Steuerung eines Aktors in einem Kraftfahrzeug und als einfachen elektronischen Schalter ohne Busfunktionalität ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, sowohl die im LIN-Modus zu

übertragenden LIN-Daten als auch die Schaltsignale für den Schaltermodus einschließlich der zur Unterdrückung der monostabilen Funktion erforderlichen kurzen Steuerimpulse durch funktionelle Kombination zweier Steuersignale zu gewinnen, die an sich für die Erzeugung der kurzen Steuerimpulse eine zu niedrige Zeitauflösung, deutlich mehr als Ιμβ, besitzen.

Die zur Erzeugung der kurzen Steuerimpulse erforderliche kurze Zeitkonstante wird deshalb erfindungsgemäß durch eine RC-Kombination mit differenzierender oder integrierender, d. h. verzögernder Wirkung oder auch durch die Laufzeit von Logikgattern realisiert.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Dauer der Steuerimpulse nicht an die Taktfrequenz des steuernden Mikrocontrollers gebunden ist. Darüber hinaus bieten noch kürzere Steuersignale (z.B. 20 ns) zusätzliche Sicherheit gegen unerwünschtes Verhalten des LIN-Transceivers. Die für die jeweils konkrete Lösung erforderlichen Signalmuster kann der Fachmann leicht selbst aus der logischen Übertragungsfunktion der erfindungs gemäßen Schaltung ableiten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig.1 zeigt eine Ausgestaltung mit differenzierender RC-Kombination und Trigger.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung mit einer mikrocontrollergesteuerten RC-Kombination, Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung mit integrierender RC-Kombination und Logikgatter,

Fig. 4 zeigt eine auf der Laufzeit eines Logikgatters basierende Ausgestaltung mit Trigger,

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster zu einer Ausgestaltung gemäß der Fig. 1,

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster zu einer Ausgestaltung gemäß der Fig. 2.

Fig. 7 bis 9 zeigen einen erfindungsgemäßen Sensor mit verschiedenen Schnittstellen.

Fig. 10 zeigt das Ein- und Ausgangssignal des erfindungs gemäß betriebenen Busbausteins BS

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit dem LIN-Transceiver vom Typ TAJ1021, der von einem Mikrocontroller 3 gesteuert wird. Ein hier nicht dargestellter Aktor, beispielsweise der Antrieb für die Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, wird vom Busanschluss 2 angesteuert. Da der LIN-Transceiver das oben beschriebene monostabile Verhalten mit einer Aktivzeit von 5 bis 100 ms aufweist, wird er mit einem Schaltsignal angesteuert, welches mit Steuerimpulsen, die kürzer als Ιμβ sind, überlagert ist.

Die Steuerimpulse von weniger als Ιμβ entstehen erfindungs gemäß durch Differenzieren des vom Mikrocontroller 3 erzeugten, wesentlich niederfrequenteren Pulssignals an der mit 4 bezeichneten Kombination Rl, Cl. Das Pulssignal VI besitzt eine zu niedrige Zeitauflösung, um derart kurze Steuerimpulse direkt zu erzeugen. Die Zeitauflösung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die kleinste, mit dem Mikrocontroller in der jeweils verwendeten Hardware- und Software-Konfiguration erreichbare Zeitabstufung des betreffenden Ausgangssignals. Diese Zeitabstufung hängt beispielsweise von der

Taktfrequenz des Mikrocontroller s ab. Ein Trigger 5, z. B. ein NAND-Gatter des Typs CD4093 dient zur Verknüpfung der Signale V0 und V2 und als Schwellwertschaltstufe.

Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit demselben LIN-Transceiver, aber ohne Trigger bzw. Schwell wertschalter 5. Hier werden die beiden Signale V0 und VI direkt überlagert. Das Pulssignal VI wird am Kondensator Cl differenziert, so dass die erforderlichen kurzen Impulszeiten entstehen. Die Eingangsstufe des LIN-Transceivers wirkt dabei selbst als Trigger, wobei dieser Begriff erfindungsgemäß alle Arten von schwellwertempfindlichen Schaltstufen (Schwellwertschaltstufen) umfassen soll. Das Signal V0 am TxD des μC muss nicht- invertierend sein, damit es die Funktion TxD am LIN-Transceiver erfüllen kann (V3).

Die Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung mit einer integrierenden RC-Kombination Rl, Cl und einem vom Mikrocontroller 3 gesteuerten XOR-Logikgatter, beispielsweise ein CD4030. Die Fig. 4 zeigt eine auf der Laufzeit eines Logikgatters CD7414 basierende Ausgestaltung. Das Logikgatter ist in diesem Fall ein invertierender Schmitt- Trigger 5, dessen Laufzeit zur zeitversetzten Ansteuerung der beiden Eingänge des UND-Gatters 6, z. B. ein CD4081, dient.

Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster zu einer Ausgestaltung gemäß Fig. 1. Das Schaltsignal V0 aus Fig. 1 führt den logischen Zustand„High" und ist hier nicht dargestellt.

Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster (Impulsdiagramm) zu einer Ausgestaltung gemäß Fig. 2. Das Schaltsignal V0 aus Fig. 2 führt in diesem Beispiel den logischen Zustand „Low" und ist in Fig. 6 nicht dargestellt.

Wird die erfindungs gemäße elektronische Schaltung bei einem Sensor in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so kann sie entweder über einen Bus die Sensorinformation weiterleiten oder aber über ein Steuergerät einen Aktor bzw. direkt einen Aktor ansteuern.

Stand der Technik ist es, in Kraftfahrzeugen Steuergeräte über Bussysteme mit intelligenten Sensoren und Aktoren zu verbinden. Bekannte Bussysteme im Kfz-Bereich sind der CAN- Bus und der bereits erwähnte LIN-Bus. Dabei wird der LIN-Bus, der nach dem Master-Slave- Prinzip arbeitet, häufig für einfachere Steuerungsaufgaben eingesetzt. Die als LIN-Master arbeitenden Steuergeräte sind in der Regel noch über den CAN-Bus an das zentrale

Bordkommunikationsnetz im Kfz angeschlossen.

Beispielhaft sei hier ein Regensensor erwähnt, der mit einem LIN-Steuergerät für den Wischermotor verbunden ist, das den Wischermotor ansteuert. Über das

Bordkommunikationsnetz können diesem LIN-Steuergerät auch zusätzliche aktuelle

Informationen über die Geschwindigkeit zur Verfügung gestellt werden. So kann die

Wischgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst werden.

Alternativ können Steuergeräte bzw. Aktoren auch direkt mit Sensoren verbunden werden. In diesem Fall überträgt der Sensor seine Information nicht über ein Datenpaket gemäß dem Busprotokoll an das Steuergerät, sondern erheblich einfacher, z. B. als einfaches binäres Zustandssignal, das zwei Zustände des Sensors (z. B. Ein/ Aus) charakterisiert. Dieses über eine Schaltsignalschnittstelle übertragene Signal wird auch als Schaltsignal bezeichnet.

Beispielhaft sei hier ein Motorhauben-Sensor erwähnt, der detektiert, ob die Motorhaube offen oder geschlossen ist.

Unterschiedliche Steuergeräte erwarten unterschiedlich lange Schaltsignale. Das Zustands signal kann z. B. mit einem Schalttransistor generiert werden, der von einem Mikrocontroller angesteuert wird. Um alle Sicherheitsanforderungen im Kfz zu genügen, sind noch gewisse Schutzmaßnahmen erforderlich. Gleiches gilt bei der direkten Ansteuerung eines Aktors.

Je nach Steuergerät benötigen die Sensoren eine entsprechend angepasste Schnittstelle;

entweder eine Busschnittstelle oder eine Schaltsignalschnittstelle, um die gewünschte Information übertragen zu können.

Denkbar ist, um alle Alternativen an Steuergeräten abzudecken, einen Sensor mit zwei Schnittstellen auszustatten, einer Busschnittstelle und einer Schaltsignalschnittstelle.

Die zusätzliche Schaltsignalschnittstelle erfordert elektronische Schutzmaßnahmen, die die strengen Sicherheitsanforderungen im Kfz erfüllen. Zu erwähnen sind hier

Übertemperaturschutz, Überspannungsschutz, Kurzschlussschutz, Verpolschutz etc.

Diese Möglichkeit ist jedoch sehr aufwendig und teuer. Insbesondere im Kfz-Bereich sind selbst Einsparungen im Cent-Bereich von großer Bedeutung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Sensor für ein Kfz anzugeben, der für verschiedene Steuergeräte mit Busschnittstelle bzw. Schaltsignalschnittstelle geeignet ist, der einfach und kostengünstig herstellbar ist, der gewisse Sicherheitsvorschriften

insbesondere im Kfz-Bereich erfüllt.

Die Fig. 7 zeigt einen solchen erfindungs gemäßen Sensor.

Der Sensor für ein Kraftfahrzeug, gestrichelt umrandet, weist ein Sensorelement SE zur Erfassung einer physikalischen Messgröße und Umwandlung in ein elektrisches Signal auf. Das Sensorelement SE kann beispielsweise der Messwertaufnehmer eines kapazitiven Türgriffsensor oder eines Heckklappensensor sein.

In einem Mikrocontroller (μθ), dem das elektrische Signal des Sensorelements SE zugeführt wird, kann abhängig von der Auswertung der physikalischen Messgröße eine binäre

Zustandsinformation generiert werden, die für ein Steuergerät (LIN-) SG im Fahrzeug bestimmt ist.

Diese Zustandsinformation wird über einen Busbaustein BS, z. B. den LIN-Bus-Transceiver TJA1021 an das LIN-Steuergerät SG weitergeleitet. Bekannter Maßen dient der Busbaustein BS zur Anpassung an die physikalische Übertragungs Schicht des eingesetzten Bussystems, in diesem Fall an den LIN-Bus. Dieser Busbaustein BS weist eine Zeitabschaltung mit einem Timeout von beispielsweise 10 Millisekunden. Diese Zeitabschaltung verhindert, dass der Busbaustein BS ein die

Kommunikation auf dem Busses störendes Dauersignal ausgibt.

Erfindungsgemäß sind der Mikrocontroller μC und der Busbaustein BS über eine

Resetpulsgeneratoreinheit RE verbunden.

Der Aufbau der Resetpulsgeneratoreinheit RE ist in den Figuren Fig. 1 - Fig. 4 bereits genauer beschrieben.

Die Resetpulsgeneratoreinheit RE hat mikrocontrollerseitig zwei Eingänge El, E2 und busbausteinseitig einen Ausgang AI, wobei der Eingang E2 der Resetpulsgeneratoreinheit RE z. B. als Trigger- Eingang zur Erzeugung eines Resetimpulses dienen kann. Eine

entsprechende Schaltung ist in den Figuren Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt.

Die Zeitdauer eines Resetimpuls ist so kurz ist, dass der Resetimpuls einerseits nicht vom Busbaustein BS übertragen wird, aber andererseits die Zeitabschaltung neu gestartet wird. Damit kann am Ausgang des Busbausteins BS ein Dauersignal generiert werden, das länger als das Timeout des Busbausteins ist.

Wird der Trigger- Eingang E2 nicht angesteuert, so werden keine Resetimpulse generiert und die vom Mikrocontroller μC gelieferten Protokoll-Daten werden von der

Resetpulsgeneratoreinheit RE unverändert weitergegeben und vom Busbaustein BS über den LIN-Bus zum LIN-Steuergerät übertragen.

Mittels einer einfachen Schaltungsergänzung, der Resetpulsgeneratoreinheit RE, kann der Sensor entweder über den LIN-Bus mit einem LIN-Bus-Steuergerät kommunizieren oder alternativ seine Zustandsinformation als Schaltsignal wie in Fig. 8 dargestellt direkt an ein Steuergerät SG mit Schalteingang übertragen.

Diese beiden Varianten erfordern nur eine entsprechende Anpassung der Software im

Mikrocontroller μC.

Da der Busbaustein BS alle elektronischen Schutzmaßnahmen für den Kfz-Bereich erfüllt, sind bei der Schaltsignalvariante keine speziellen Schutzmaßnahmen erforderlich.

Dadurch ist der Sensor sehr kostengünstig herstellbar.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung werden für die Schaltsignalvariante nur die Bauteile für die Resetpulsgeneratoreinheit RE nicht bestückt. Das Layout für die

Elektronikplatine, auf der der Mikrocontroller, der Busbaustein BS und weitere Bauteile vorgesehen sind, ist in beiden Fällen Bus schnittsteile, Schaltsignalschnittstelle gleich. Damit können die Bauteilekosten für die Resetpulsgeneratoreinheit RE noch eingespart werden.

Fig. 9 zeigt den erfindungsgemäßen Sensor, der direkt einen Aktor ansteuert. Die Endstufe, die den Ausgang 2 des Busbausteins BS, versorgt, liefert ca. 70 mA. Dies ist ausreichend um einen Aktor, z.B. ein Relais oder einen kleinen Elektromotormotor direkt anzusteuern. Auch eine zur Signalisierung dienende LED kann direkt angesteuert werden. Leistungs stärkere Elektromotoren müssen über ein Relais oder einen Schalttransistor angesteuert werden.

Fig. 10 zeigt in dem mit„a" bezeichneten unteren Diagramm das Signal am Eingang TxD des Busbausteins BS mit den entsprechenden Resetimpulsen. Die Ordinate zeigt eine Spannung. In dem mit„b" bezeichneten oberen Diagramm zeigt die Fig. 10 das entsprechende Signal am Ausgang 2 des Busbausteins BS. Es zeigt keine Welligkeiten oder„Glitches".

Bezugszeichen

1 LIN-Transceiver

2 Busanschluss des LIN-Transceivers

3 Mikrocontroller (μθ)

4 RC- Kombination mit differenzierender Wirkung

5 (Schmitt-) Trigger, Schwellwertschaltstufe, z.B. CD7414

6 Logikgatter, z. B. CD4093, CD4030 oder CD4081