DE10111265A1

DE10111265A1 - Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts

Info

Publication number: DE10111265A1
Application number: DE10111265A
Authority: DE
Inventors: Jens Otterbach; Peter Taufer; Harald Tschentscher; Davor Lukacic; Bernhard Straub; Michael Ulmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: JP2004519058A; DE10111265B4; EP1371045A1; US6665593B2; WO2002073568A1; US20030171853A1; EP1371045B1; JP4065783B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Steuergerät vorgeschlagen, die dazu dient, Datentelegramme mit Sensordaten von den Fahrzeugsensoren zu decodieren und in SPI(Serial Peripherial Interface-)-Datentelegramme umzuformatieren. Weiterhin wird dann ein Schnittstellenbaustein des Steuergeräts die SPI-Datentelegramme zu dem Prozessor des Steuergeräts übertragen. Durch die Verwendung eines Altersbits ist es dem Prozessor des Steuergeräts möglich, entweder die neuesten Sensordaten oder die vorangegangenen Sensordaten abzurufen. Der Schnittstellenbaustein setzt die Sensordaten jeweils in ein 10-Bit-Datenfeld eines SPI-Datentelegramms um, wobei der Schnittstellenbaustein gegebenenfalls fehlende Daten ergänzt. Durch das Auszählen von Flanken ist es dem Schnittstellenbaustein möglich, die Datentelegramme von den Sensoren zu erkennen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.

Es ist bereits bekannt, spezielle Datentelegramme zu benutzen, um zwischen einem Sensor und einem Prozessor in einem Steuergerät Daten zu übertragen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Schnittstellenbaustein vorhanden ist, der erste Datentelegramme von mehreren Fahrzeugsensoren empfangen kann und aus den ersten Datentelegrammen die Daten entnimmt, umformatiert und in zweite Datentelegrammen zu dem Prozessor innerhalb des Steuergeräts synchron weiter versendet. Damit ist es möglich, verschiedene Sensoren gleichzeitig Daten zu dem Steuergerät übertragen zu lassen, wobei unterschiedliche Formate für die einzelnen Datentelegramme zwischen dem Schnittstellenbaustein und den Sensoren verwendbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher äußerst flexibel und erweiterbar.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass das Datenfeld des zweiten Datentelegramms gegebenenfalls durch Nullen aufgefüllt wird, wenn im jeweiligen Datentelegramm vom Sensor weniger Daten enthalten waren, als das Datenfeld Platz aufweist. Damit ist vorteilhafterweise immer das gleiche Datentelegrammformat für den Prozessor verwendbar. Dies führt zu einer vereinfachten Datenverarbeitung.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass ein Speicher des Schnittstellenbausteins vorhanden ist, der zur Zwischenspeicherung von Sensordaten verwendet wird, so dass ein Prozessor alte oder neue Sensordaten abrufen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Sensor ausfällt und damit die vorhergehenden Sensordaten noch für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen. Dieser Fall kann insbesondere bei einem Crash vorkommen, bei dem im Fahrzeug peripher angeordnete Fahrzeugsensoren durch einen Aufprall beschädigt werden.

Es ist schließlich auch von Vorteil, dass der Schnittstellenbaustein die Datentelegramme von den Fahrzeugsensoren in 13-Bit-Datenrahmen empfängt und dabei die Flanken der Datentelegramme auszählt, um die Datentelegramme zu erkennen.

Die Fahrzeugsensoren werden vorteilhafterweise von dem Schnittstellenbaustein mit elektrischer Energie versorgt, wobei dann die Datenübertragung durch eine Strommodulation auf dem zu Energieversorgung dienenden Gleichstrom dient. Die Strommodulation ist gegenüber EMV-Problemen unempfindlicher. Weiterhin wird eine Manchestercodierung verwendet, so dass nur zwei verschiedene Strompegel verwendet werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 3 ein Datentelegrammrahmen eines Sensors, Fig. 4 die Zuordnung der Daten auf ein SPI-Datenfeld, Fig. 5 einen SPI- Datenrahmen und Fig. 6 eine SPI-Leitung.

Beschreibung

Durch die zunehmende Integration von immer mehr Sensoren in das Kraftfahrzeug, die zur Sensierung für einen Fahrzeugaufprall verwendet werden, ist es notwendig, auch für zukünftige Sensoren mit geänderten Datentelegrammen die Möglichkeit zu eröffnen, dem Prozessor eines vorhandenen Steuergeräts Daten zu übertragen. Dafür wird erfindungsgemäß ein Schnittstellenbaustein vorgesehen, der die einzelnen Datentelegramme von den Fahrzeugsensoren empfängt und die Daten in SPI (Serial Peripheral Interface) Datentelegramme umformatiert, um sie dann in solchen SPI-Datentelegrammen an den Prozessor zu übertragen. Dabei ist der Schnittstellenbaustein vorteilhafterweise mit einem Speicher verbunden, der Sensordaten zwischenspeichert und es ein Altersbit ermöglicht, dass der Prozessor auswählt, ob die aktuellen Sensordaten oder die vorangegangenen Sensordaten zu ihm übertragen werden. Die SPI-Datentelegramme werden daher nicht nur vom Schnittstellenbaustein zu dem Prozessor übertragen, sondern auch umgekehrt.

Die SPI (Serial Peripherial Interface)-Übertragung ist die Datenübertragung zwischen einem Master, einem Prozessor, und mehreren Slaves, das sind die einzelnen Bausteine in einem Steuergerät wie der erfindungsgemäße Schnittstellenbaustein oder eine Zündkreisansteuerung, die zur Überwachung und Zündung der Zündmittel für die Rückhaltemittel verwendet wird. Die SPI-Übetragung ist eine bidirektionale und synchrone Übertragung. Fig. 6 zeigt eine SPI-Leitung, die selbst fünf einzelne Leitungen aufweist. Da es sich um eine synchrone Übertragung handelt, ist eine Taktleitung mit Clk gekennzeichnet vorhanden. Für die Datenübertragung von dem Master zu einem Slave ist die MOSI (Master-Out-Slave-In)- Leitung vorhanden, für die Datenübertragung von einem Slave zu dem Master ist hingegen die MISO (Master-In-Slave-Out)- Leitung vorhanden. Um den entsprechenden Slave auszuwählen, wird die CS (Chip Select) Leitung verwendet. Um die SPI- Datenübertragung freizugeben, wird eine Enable-Leitung, hier mit EN gekennzeichnet, verwendet. Die SPI-Leitung geht vom Master aus und verzweigt sich dann zu den einzelnen Slaves, wobei die SPI-Leitung aber immer die fünf einzelnen Leitungen aufweist.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Ein Sensor 1, beispielsweise ein Beschleunigungssensor, als peripherer Sensor ist über einen Datenausgang an einen ersten Dateneingang eines Schnittstellenbausteins 3 angeschlossen. Ein Sensor 2, hier ein Drucksensor, ist über einen zweiten Eingang des Schnittstellenbausteins 3 mit dem Schnittstellenbaustein 3 verbunden. Der Schnittstellenbaustein 3 weist einen Speicher 4 auf. Über einen ersten Datenein-/-ausgang ist der Schnittstellenbaustein 3 mit einem Prozessor 5 verbunden. Dabei wird hier eine SPI-Leitung 6 eingesetzt. Die SPI- Leitung 6 verzweigt sich vom Prozessor 5 auch zu einer Zündkreisansteuerung 51. Der Prozessor 5, der Schnittstellenbaustein 3, die SPI-Leitung 6, die Zündkreisansteuerung 51 und der Speicher 4 sind Elemente eines Steuergeräts 7. Das Steuergerät 7 wird hier für die Steuerung von Rückhaltesystemen eingesetzt. Es sind jedoch auch andere Anwendungsgebiete denkbar.

Der Schnittstellenbaustein 3 weist Mittel zur Datenübertragung und Mittel zur Signalverarbeitung auf, um die Aufgabe der Umformatierung vornehmen zu können. Dafür liegen eine Synchronisation, eine Ablaufsteuerung und der Speicher 4 vor. Weiterhin weist der Schnittstellenbaustein 3 eine Stromquelle auf, um die Fahrzeugsensoren 1 und 2 mit elektrischer Energie zu versorgen.

Die Verbindung zu den Sensoren 1 und 2 kann auch über einen Bus realisiert sein, wobei neben den Sensoren 1 und 2 auch weitere Sensoren an den Schnittstellenbaustein 3 anschließbar sind. Die Sensoren 1 und 2 übertragen ihre Sensordaten asynchron in Datentelegrammen an den Schnittstellenbaustein 3, der aus diesen Datentelegrammen die Nutzdaten entnimmt und in SPI-Datentelegramme umformatiert, die dann über die SPI-Leitung 6 an den Prozessor 5 übertragen werden. Die Sensoren 1 und 2 beginnen sofort mit ihrer asynchronen Datenübertragung, sobald sie mit Energie versorgt werden. Die Energieversorgung findet hier über die Leitungen von dem Schnittstellenbaustein 3 zu den Sensoren 1 und 2 statt. Dabei wird hier ein Gleichstrom verwendet, auf dem dann die Sensoren ihrer Daten modulieren. Hier wird dabei eine Manchestercodierung verwendet, bei der zwischen zwei Strompegeln hin- und hergeschaltet wird. Es findet also abgesehen von der Energieversorgung nur eine unidirektionale Datenübertragung von den Sensoren 1 und 2 zu dem Schnittstellenbaustein 3 statt.

Dabei nimmt der Schnittstellenbaustein 3 eine Zwischenspeicherung der empfangenen Sensordaten eines Datentelegramms im Speicher 4 vor, so dass für den Prozessor 5 jeweils die aktuellen Sensordaten eines Sensors und die vorangegangenen Sensordaten im Speicher 4 im Schnittstellenbaustein 3 vorliegen. Damit kann der Prozessor 5 bei einem Verlust des Sensors auf die Sensordaten zugreifen, die der Sensor vor seinem Ausfall noch erzeugt hatte.

In Fig. 2 ist als Flußdiagramm der Ablauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In Verfahrensschritt 8 senden die Sensoren 1 und 2 in ersten Datentelegrammen asynchron ihre Sensordaten an den Schnittstellenbaustein 3, nachdem sie über die Leitung, über die die Datentelegramme versendet werden, mit elektrischer Energie versorgt wurden. Es findet demnach eine Powerline- Datenübertragung statt. In Verfahrensschritt 9 erkennt der Schnittstellenbaustein 3 anhand des Durchzählens der Flanken der Impulse die einzelnen Datentelegramme. Dabei ist es hier möglich, dass der Schnittstellenbaustein 3 durch weitere Signale davon informiert wird, welche Sensoren Datentelegramme senden.

In Verfahrensschritt 10 speichert der Schnittstellenbaustein 3 die Sensordaten im Speicher 4 ab, wobei er jeweils für jeden Sensor 1 und 2 den aktuellen Sensorwert und den vorangegangenen Sensorwert abspeichert. In Verfahrensschritt 14 wird nun überprüft, ob die neuesten Sensordaten oder die vorangegangenen Sensordaten aus dem Speicher 4 in SPI-Rahmen synchron über die SPI-Leitung 6 an den Prozessor 5 übertragen werden sollen. Dies wird daran erkannt, ob der Prozessor 5 ein Altersbit über ein SPI-Datentelegramm über die MOSI-Leitung gesetzt hat oder nicht. Ist das der Fall, dann holt der Schnittstellenbaustein 3 aus dem Speicher 4 in Verfahrensschritt 16 die neuesten Daten. Ist das nicht der Fall, dann holt in Verfahrensschritt 15 der Schnittstellenbaustein 3 die vorangegangenen Sensordaten aus dem Speicher 4.

In Verfahrensschritt 11 erfolgt die Umformatierung der Daten durch den Schnittstellenbaustein 3, indem der Schnittstellenbaustein 3 die Sensordaten in die Datenfelder von SPI-Rahmen überträgt und gegebenenfalls Leerstellen im SPI-Datenfeld durch Nullen auffüllt. Die Nullen sind vom Prozessor 5 als Leerinformationen erkannt. Mit den ausgewählten Sensordaten erfolgt in Verfahrensschritt 12 die Übertragung in einem SPI-Datentelegramm. In Verfahrensschritt 13 erfolgt die Verarbeitung der so übertragenen Sensordaten von dem Prozessor 5, beispielsweise ob die Rückhaltesysteme angesteuert werden sollen oder nicht. Der Prozessor 5 rechnet hier den Auslösealgorithmus für die angeschlossenen Rückhaltesysteme. Zeigen die Sensordaten einen Crash an, dann erfolgt entsprechend der Crashschwere, die ebenfalls aus den Sensordaten ableitbar ist, eine Ansteuerung der Rückhaltesysteme.

In Fig. 3 ist ein Datenrahmen der vom Sensor 1 oder Sensor 2 zu dem Schnittstellenbaustein 3 übertragen wird, dargestellt. Der Datenrahmen besteht aus 13 Bit und ist in folgender Weise unterteilt: zunächst sind zwei Startbits markiert mit S1 und S2 vorgesehen, auf die 10 Datenbits folgen, die die Beschleunigungsdaten umfassen. Die Datenbits sind mit D0 bis D9 durchnumeriert. Der Abschluß des Datenrahmens ist durch ein Parity-Bit zur Plausibilitätsüberprüfung der im Datentelegramm übertragenen Daten gebildet. Eine Bitdauer ist hier beispielsweise mit 8 Mikrosekunden vorgesehen, während die Zeit t_tran mit 88 Mikrosekunden angegeben ist und die Gesamtzeit des Datentelegramm t_pas mit 28 Mikrosekunden angegeben wird. Es wird eine Manchester-Codierung vorgenommen, wobei dabei jede Bitdauer in zwei gleichlange Intervalle aufgeteilt wird. Eine logische 1 wird dabei dadurch repräsentiert, dass in der ersten Hälfte der Strom hoch ist und in der zweiten Hälfte niedrig. Eine logische 0 wird dagegen dadurch übertragen, dass zunächst der Strom niedrig und dann hoch ist. Dieses Schema garantiert, dass jede Bitdauer einen Übergang in ihrer Mitte aufweist, was die Synchronisierung für den Empfänger, also den Schnittstellenbaustein 3 einfach macht. Durch die Strommodulation wird eine bessere Festigkeit gegenüber EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) erreicht.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie die sieben Datenbits eines Datentelegramms eines Sensors, hier des Sensors 2 in die 10 Datenbits des SPI-Datenfelds übertragen werden. Da das SPI- Datenfeld zwei Bits mehr hat als die 8 Daten des Sensordatentelegramms werden die ersten beiden Bits mit Nullen gesetzt. Es ist dabei zu gewährleisten, dass die Datentelegramme der Sensoren jeweils weniger oder höchstens soviel Datenbits aufweisen, wie die SPI-Datentelegramme haben. In Fig. 5 ist ein solches Datentelegramm eines SPI- Datenrahmens dargestellt. Es beginnt mit einem Startbit 51 auf das ein Synchronisationsbit 15, das mit einer 1 gesetzt ist, folgt. Die Bits 14 und 13 bilden die Kanaladresse, während das Bit 12 das Altersbit ist. Hier ist das Altersbit mit 0 gesetzt und bedeutet, dass der Sensor den neuesten Sensorwert von dem Schnittstellenbaustein 3 anfordert. Die Bits 11 und 10 sind weitere Formatierungsdaten, auf die dann die 10 Datenbits folgen, die die eigentlichen Sensordaten aufweisen.

Claims

1. Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Steuergerät (7), wobei die Datenübertragung asynchron mit einem ersten Datentelegramm von einem jeweiligen Fahrzeugsensor zu dem Steuergerät erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) einen Schnittstellenbaustein (3) aufweist, der das erste Datentelegramm mit Sensordaten von dem jeweiligen Fahrzeugsensor (1, 2) decodiert und in ein zweites Datentelegramm umformatiert und dass der Schnittstellenbaustein (3) das zweite Datentelegramm synchron zu dem Prozessor (5) des Steuergeräts (7) überträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittstellenbaustein (3) die Sensordaten jeweils in ein Datenfeld des zweiten Datentelegramms abbildet, wobei der Schnittstellenbaustein (3) fehlende Daten ergänzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittstellenbaustein (3) einen Speicher (4) zur Zwischenspeicherung der Sensordaten aufweist und dass das zweite Datentelegramm ein Altersbit zur Auswahl der Sensordaten des jeweiligen Fahrzeugsensors (1, 2) aufweist, wobei der Speicher (4) ein erstes Datenfeld für alte Sensordaten und ein zweites Datenfeld für neue Sensordaten für jeden Fahrzeugsensor (1, 2) aufweist und der Prozessor (5) das Altersbit setzt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittstellenbaustein (3) das erste Datentelegramm von dem jeweiligen Fahrzeugsensor in 13-Bit-Datenrahmen empfängt und dass der Schnittstellenbaustein (3) die Flanken der Datentelegramme auszählt, um die Datentelegramme zu erkennen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittstellenbaustein (3) die Fahrzeugsensoren (1, 2) mit elektrischer Energie versorgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige erste Fahrzeugsensor (1, 2) das erste Datentelegramm durch eine Strommodulation erzeugt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Fahrzeugsensor (1, 2) für das erste Datentelegramm eine Manchestercodierung verwendet.