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Die Erfindung bezieht sich auf ein Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, umfassend
- – ein Aufnehmerelement zur Aufnahme einer zu messenden, physikalischen Größe,
- – einen Quellcodierer zur Wandlung der aufgenommenen physikalischen Größe in ein analoges Sensorsignal,
- – einen Kanalcodierer, umfassend einen A/D-Wandler, zur Wandlung und Codierung des analogen Sensorsignals in ein zur Übertragung über eine Datenleitung geeignetes Digitalsignal unter Verwendung einer vorgegebenen Wandlungs- und Codierungsfunktion, die eine festgelegte Abbildung von Segmenten des Wertebereichs des analogen Sensorsignals in digitale Ausgangswerte repräsentiert,
- – eine digitale Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung des Digitalsignals, wobei die Datenverarbeitungseinheit direkt oder indirekt über die Datenleitung mit dem Kanalcodierer verbunden ist.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem.
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Die Erfindung bezieht sich schließlich auf ein Verfahren zur Signalerfassung und -verarbeitung in einem Kraftfahrzeug, umfassend die folgenden Schritte:
- – Aufnehmen einer physikalischen Größe mittels eines Aufnehmerelementes,
- – Erzeugen eines die aufgenommene physikalische Größe repräsentierenden, analogen Sensorsignals mittels eines Quellcodierers,
- – Wandeln und Codieren des analogen Sensorsignals in ein zur Übertragung über eine Datenleitung geeignetes Digitalsignal unter Verwendung einer vorgegebenen Wandlungs- und Codierungsfunktion, die eine festgelegte Abbildung von Segmenten des Wertebereichs des analogen Sensorsignals in digitale Ausgangswerte repräsentiert, mittels eines einen A/D-Wandler umfassenden Kanalcodierers,
- – Übertragen des Digitalsignals zu einer digitalen Datenverarbeitungsvorrichtung über die Datenleitung,
- – Auswerten des übertragenen Digitalsignals in der digitalen Datenverarbeitungsvorrichtung zur Ansteuerung nachgeordneter Funktionen des Kraftfahrzeugs.
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Solche Systeme, Kraftfahrzeuge und Verfahren sind bekannt aus der
DE 103 33 989 A1 .
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Die
DE 198 25 817 C1 offenbart Beschleunigungsaufnehmer, die als Satellitensensoren von zugeordneten Steuergeräten im Kraftfahrzeug beabstandet angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf andere Sensorarten, z. B. in einem Steuergerät integrierte Sensoren, die beispielsweise über eine SPI-Schnittstelle angebunden sind, anwendbar. Bei den bekannten Systemen nimmt ein Aufnehmer eine physikalische Größe seines Anbringungsortes auf. Mittels eines Quellcodierers wird ein analoges, vorzugsweise elektrisches Sensorsignal erzeugt, das anschließend von einem Kanalcodierer in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Der Begriff des ”analogen Sensorsignals” ist hier weit zu verstehen und umfasst alle Formen analoger Größen, die die aufgenommene physikalische Größe repräsentieren können, wie z. B. Spannungs-, Strom-, kapazitive, induktive und magnetische Signale sowie Ladungen, Felder etc.
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Die Begriffe ”Quellcodierer” und ”Kanalcodierer” bezeichnen die entsprechenden Komponenten des sog. Shannon-Modells und stellen nicht notwendig entsprechende körperliche Einheiten dar. So kann der Quellcodierer z. B. im Fall eines piezoelektrischen Beschleunigungssensors mit dem Aufnehmer integriert sein und der Kanalcodierer kann neben einem notwendigen A/D-Wandler weitere Elemente, wie etwa einen Vorverstärker und/oder Signalvor- oder -nachbearbeitungseinheiten umfassen. Der Kanalcodierer arbeitet gemäß einer allgemein als Wandlungs- und Codierungsfunktion bezeichneten Abbildungsvorschrift zur Umwandlung des analogen Eingangssignals in ein digitales Ausgangssignal, die sich aus Beiträgen aller oder einiger Einheiten des Kanalcodierers ergibt. Dabei sei unter ”Wertebereich des analogen Sensorsignals” der kontinuierliche Bereich von Werten, die das Analogsignal, d. h. das Ausgangssignal des Quellcodierers, annehmen kann, verstanden. Unter einem ”Segment” dieses Wertebereichs sei hier ein zusammenhängender Ausschnitt des Wertebereichs verstanden, innerhalb dessen jeder auftretende Wert bei der Digitalisierung auf denselben, diskreten Digitalwert abgebildet wird.
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Die genannte Druckschrift offenbart nur einen eigentlichen A/D-Wandler. Das gewandelte Digitalsignal wird in eine Datenleitung, die bei der bekannten Vorrichtung als Datenbus ausgestaltet ist, eingekoppelt. Die Datenleitung ist mit einer digitalen Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, die sich vorzugsweise in einem Steuergerät im Kraftfahrzeug befindet.
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Es ist bekannt, derart erfasste Sensordaten in der Datenverarbeitungseinheit zu unterschiedlichen Zwecken, insbesondere zur Ansteuerung nachgeordneter Funktionen des Kraftfahrzeuges, auszuwerten bzw. zu verwenden. Bei der bekannten Vorrichtung sind dies insbesondere einerseits Funktionen, die die Fahrwerksabstimmung betreffen und andererseits Funktionen, die den Insassenschutz betreffen, wie beispielsweise Airbag-Auslösung, Gurtstraffung etc. Für diese Funktionen sind vollkommen unterschiedliche Größenbereiche der gemessenen physikalischen Größe, insbesondere einer lokalen Beschleunigung relevant. Während eine effiziente Fahrwerksabstimmung auf niedrigen, hochaufgelösten Beschleunigungswerten basiert, kommen Insassenschutzfunktionen nur bei hohen Beschleunigungswerten zum Tragen, bei denen jedoch eine hohe Auflösung der gemessenen Beschleunigungswerte nicht von Bedeutung ist. In beiden Fällen wesentlich ist jedoch eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit der gemessenen und digitalisierten Beschleunigungswerte zum auswertenden Steuergerät. Hier bilden jedoch aktuelle Datenbusse, wie sie in Kraftfahrzeugen verwendet werden, eine ernste Limitierung.
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Derzeit verwendet man daher unterschiedliche Sensoren für die unterschiedlichen, vorgenannten Funktionen. Diejenigen Sensoren, die den Fahrwerkabstimmungsfunktionen zugeordnet sind, liefern ihr Signal an hochauflösende A/D-Wandler, die nur einen geringen Eingangswertebereich verarbeiten können, d. h. bei höheren Sensorwerten, die für die Fahrwerksabstimmung nicht mehr relevant sind, sehr schnell übersteuern. Diejenigen Sensoren, die den Funktionen des Insassenschutzes zugeordnet sind, liefern ihr Signal jedoch an A/D-Wandler, die einen sehr großen Eingangswertebereich verarbeiten können, diesen jedoch nur mit sehr geringer Auflösung digitalisieren. Im Ergebnis liefern beide Arten von Sensor/Wandler-Einheiten Daten von geringer Breite, die auch auf herkömmlichen Bussen mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden.
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Nachteilig dabei ist jedoch die Notwendigkeit der aufgabenspezifischen Zuordnung einzelner Sensoren, was zu einem erheblichen Mehrbedarf an Sensoren und damit zu erheblichen Kosten führt.
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Aus der gattungsbildenden
DE 103 33 989 A1 ist es bekannt, die digitalen Sensordaten vor ihrer Einspeisung in das Bus-System zu reskalieren, wobei Wertebereiche, die, beispielsweise zur Entscheidung über die Auslösung sicherheitsrelevanter Systeme, sehr genau ausgewertet werden müssen, gespreizt und andere, weniger relevante Wertebereiche gestaucht werden, sodass sich die resultierende Auflösung entsprechend ändert. Solche Daten mit abschnittsweise unterschiedlicher Auflösung lassen sich schmalbandig übertragen. Allerdings repräsentiert dieser Ansatz lediglich eine Verschiebung des Bandbreitenproblems von dem entlasteten Bus-System in die vorgeschaltete Elektronik, die noch immer eine hohe Bandbreite zwischen A/D-Wandler und Datenaufbereitungseinheit bereitstellen muss.
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Aus der
US 2004/0176892 A1 ist es bekannt, bereits in der Sensorelektronik eine Vorbewertung des Sensorsignals in Bezug auf unterschiedliche Wertebereiche vorzunehmen und das Ausmaß einer Kompression der digitalen Sensordaten zum Zwecke ihrer Aufbereitung für eine schmalbandige Übertragung vom Ergebnis dieser Vorbewertung einzustellen. Neben dem oben im Zusammenhang mit der gattungsbildenen Druckschrift bereits erläuterten Nachteil stellt sich hier das zusätzliche Problem einer komplexeren Ausgestaltung der Sensorelektronik.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Systeme, Kraftfahrzeuge und Verfahren derart weiterzubilden, dass die Anzahl an breitbandigen Übertragungsstrecken im Kraftfahrzeug weiter verringert werden kann.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 10 dadurch gelöst, dass die Wandlungs- und Codierungsfunktion eine Mehrzahl von Abschnitten aufweist, die jeweils einem Abschnitt des Wertebereichs des analogen Sensorsignals zugeordnet sind, wobei in unterschiedlichen Abschnitten der Wandlungs- und Codierungsfunktion eine Abbildung unterschiedlich breiter Wertebereichssegmente auf jeweils einen digitalen Ausgangswert erfolgt.
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Dies bedeutet, dass der Kanalcodierer erfindungsgemäß in unterschiedlichen, zusammenhängenden Bereichen seiner Wandlungs- und Codierungsfunktion, die hier als ”Abschnitte” bezeichnet werden, unterschiedliche Abbildungsvorschriften anwendet. In Abschnitten mit geringer Segmentbreite genügen bereits kleine Änderungen des analogen Sensorsignals, um auch eine Änderung des resultierenden Digitalwertes hervorzurufen. Dies bedeutet eine hohe Auflösung des gemessenen Signals. Solche Abschnitte der Wandlungs- und Codierungsfunktion liegen vorzugsweise im Bereich betragsmäßig kleiner Analogwerte. In Bereichen mit großer Segmentbreite hingegen ist eine stärkere Änderung des analogen Sensorsignals erforderlich, um eine Änderung des resultierenden Digitalwertes hervorzurufen. Das bedeutet eine niedrige Auflösung des gemessenen Signals. Solche Abschnitte der Wandlungs- und Codierungsfunktion liegen vorzugsweise im Bereich betragsmäßig großer Analogwerte.
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Dieser Erfindung liegt die Idee zu Grunde, bereits vor der Einspeisung des Digitalsignals in die Datenleitung eine Kategorisierung des Signals und eine kategorieoptimierte Behandlung durchzuführen. Diese Kategorisierung ist im Kanalcodierer implementiert. Die Erfinder haben erkannt, dass übliche Sensoren, wie z. B. Beschleunigungsaufnehmer, und die ihnen zugeordneten Quellcodierer oft durchaus in der Lage sind, über einen großen Wertebereich ein hochaufgelöstes, analoges Signal zu liefern. Insofern sind solche Sensoren grundsätzlich zur Aufnahme der Daten sowohl für Fahrwerksabstimmungsfunktionen als auch für Insassenschutzfunktionen geeignet. Wird nun die Digitalisierung des analogen Sensorsignals kategorieoptimiert vorgenommen, d. h. z. B. mit hoher Auflösung in Bereichen kleiner Werte der zu messenden physikalischen Größe und mit geringer Auflösung in Bereichen großer Werte der zu messenden physikalischen Größe, kann die jeweils relevante Information in Signaldaten geringer Breite und daher mit hoher Geschwindigkeit über herkömmliche Datenleitungssysteme übertragen werden.
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Die Implementierung der erfindungsgemäßen Wandlungs- und Codierungsfunktion mit Abschnitten unterschiedlicher Segmentbreite, kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Grundsätzlich ist es möglich, hierzu einen hochauflösenden A/D-Wandler mit großem Dynamikbereich zu verwenden und dessen digitales Ausgangssignal von einer nachgeschalteten Recheneinheit, z. B. einem Mikroprozessor oder vorzugsweise einem ASIC (application specific integrated circuit: anwendungsspezifischer IC) kategorisieren bzw. formatieren zu lassen. Diese Variante hat den Vorteil, dass übliche und kostengünstige A/D-Wandler eingesetzt werden können. Alternativ können Lösungen realisiert werden, wobei die Nichtlinearität der Wandlungs- und Codierungsfunktion durch Verwendung ausgewählter, insbesondere nicht-äquidistanter Kompensationsspannungen im A/D-Wandler erzielt wird. Die konkret eingesetzte Wandlertechnik ist für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, dass die nicht-lineare Wandlungs- und Codierungsfunktion vorrichtungsseitig festgelegt ist und nicht etwa das Ergebnis von aktuellen Entscheidungen, die auf aktuellen Messwerten beruhen. Dies würde zu einer zusätzlichen Zeitverzögerung führen, die sowohl für eine effiziente Fahrwerksabstimmung wie auch im Hinblick auf eine zuverlässige Insassenschutzfunktion unerwünscht ist.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass derselbe Sensor zur Erzeugung von Daten für z. B. Fahrwerksabstimmungsfunktionen und Insassenschutzfunktionen verwendet werden kann und durch die Kategorisierung und kategorieoptimierte Vorverarbeitung vor dem Einspeisen in die Datenleitung eine hohe Übertragungsrate zum verarbeitenden Steuergerät sichergestellt wird. Hierdurch wird eine große Anzahl an Beschleunigungssensoren eingespart. Der zusätzliche Aufwand der Realisierung der Erfindung kann sehr gering gehalten werden. Insgesamt ergibt sich daher ein erheblicher Fertigungs- und Kostenvorteil.
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Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung umfasst wenigstens ein Abschnitt der Wandlungs- und Codierungsfunktion eine Mehrzahl von Wertebereichssegmenten und die entsprechende Mehrzahl zugeordneter digitaler Ausgangswerte. Dies entspricht einer Stufenfunktion der ”Empfindlichkeit” des Systems.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Abschnitt der Wandlungs- und Codierungsfunktion genau ein Wertebereichssegment und genau einen zugeordneten digitalen Ausgangswert umfasst. Mehrere nebeneinander angeordnete derartige Abschnitte, insbesondere mit monoton steigender oder fallender Segmentbreite, führen zu einer Empfindlichkeitsfunktion mit quasi-stetigem Verlauf. Dieser kann z. B. linear, exponentiell, asymptotisch etc. sein.
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In der Regel wird es günstig sein, wenn in wenigstens einem Abschnitt der Wandlungs- und Codierungsfunktion die Breite des oder der auf jeweils einen digitalen Ausgangswert abgebildeten Wertebereichssegmente größer ist als in einem oder mehreren anderen Abschnitten der Wandlungs- und Codierungsfunktion, dem oder denen betragsmäßig kleinere Werte des analogen Sensorsignals zur Abbildung zugeordnet sind. Dies bedeutet eine höhere Auflösung für kleinere Messwerte und eine geringere Auflösung für höhere Messwerte. Grundsätzlich ist jedoch auch der umgekehrte Fall denkbar. Es ist mit Hilfe der Erfindung jedoch auch möglich, mehrere separate Abschnitte hoher Auflösung zu definieren, die durch einen oder mehrere Abschnitte geringerer Auflösung voneinander getrennt sind. Einige konkrete Beispiele erfindungsgemäßer Wandlungs- und Codierungsfunktionen sind weiter unten im Rahmen der speziellen Beschreibung diskutiert.
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Günstiger Weise ist vorgesehen, dass die digitale Datenverarbeitungseinheit jeden Wert des Digitalsignals gemäß einem Satz vorgegebener Umrechnungsregeln als einen Wert der physikalischen Größe, z. B. einer lokalen Beschleunigung am Sensorort, interpretiert und als solchen weiter verarbeitet. Mit diesen Umrechnungsregeln, die vorzugsweise in der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert sind, ist diese über die Wandlungs- und Codierungsfunktion informiert und kann ohne die Notwendigkeit einer mit über die Datenleitung übermittelten Zusatzinformation betreffend den jeweils angewendeten Abschnitt der Wandlungs- und Codierungsfunktion den gemessenen Wert richtig interpretieren und weiterverarbeiten. Alternativ zur Umrechnung kann die Information auch in Form einer Tabelle hinterlegt sein, anhand derer die übermittelten Digitaldaten korrekt interpretiert werden.
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Wie bereits erwähnt, ist bevorzugt vorgesehen, dass die digitale Datenverarbeitungseinheit eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem Digitalsignal Steuerungsvorgänge zur Fahrwerksabstimmung sowie Steuervorgänge zum Insassenschutz zu initiieren. Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren bedeutet dies, dass die digitale Verarbeitungseinheit Steuervorgänge zur Fahrwerksabstimmung sowie Steuervorgänge zum Insassenschutz in Abhängigkeit von dem Digitalsignal initiiert. Die Initiierung einer nachgeordneten Fahrzeugfunktion, insbesondere einer Insassenschutz- und/oder Fahrwerksabstimmungsfunktion, kann gedanklich in zwei Entscheidungsschritte unterteilt werden. Zum einen muss eine Entscheidung getroffen werden, welcher Art die zu initiierende Funktion ist und zum anderen können dann bei der konkreten Ausführung der Funktion die konkret gemessenen Sensorwerte einfließen. Grundsätzlich ist es möglich, für beide Entscheidungen den jeweils aktuellen Messwert zu berücksichtigen.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen
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1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems in Form eines Blockdiagramms ist,
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2: eine erste Ausführungsform einer Kennlinie der Wandlervorrichtung des Systems aus 1, dargestellt als Graph eines Ausgangssignals Ua als Funktion des Eingangssignals Ue sowie als Graph einer Empfindlichkeit E als Funktion des Eingangssignals Ue, darstellt,
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3: eine zweite Ausführungsform einer Kennlinie der Wandlervorrichtung des Systems aus 1, dargestellt als Graph eines Ausgangssignals Ua als Funktion des Eingangssignals Ue sowie als Graph einer Empfindlichkeit E als Funktion des Eingangssignals Ue, darstellt,
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4: eine dritte Ausführungsform einer Kennlinie der Wandlervorrichtung des Systems aus 1, dargestellt als Graph eines Ausgangssignals Ua als Funktion des Eingangssignals Ue sowie als Graph einer Empfindlichkeit E als Funktion des Eingangssignals Ue, darstellt.
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1 zeigt ein Blockdiagramm, welches schematisch das erfindungsgemäße Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 1 dargestellten Blöcke nicht notwendig materiellen und/oder funktionellen Einheiten entsprechen müssen. Vielmehr sind auch andere materielle und/oder funktionelle Gruppierungen in Abhängigkeit von der konkreten Implementierung möglich. Die Darstellung von 1 wurde lediglich zur Vereinfachung des Verständnisses der Erfindung gewählt.
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Ausgangspunkt der Signalkette des erfindungsgemäßen Systems 10 ist ein Sensor 12, der insbesondere als Satellitensensor in einem Kraftfahrzeug ausgeführt sein kann. Der Begriff des Satellitensensors bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Sensor an einer Stelle im Kraftfahrzeug positioniert ist, an der eine lokale, physikalische Bedingung eine zu erfassende und an einer entfernt positionierten Auswerteeinheit auszuwertende Größe ist. Der Sensor 12 erzeugt zunächst ein analoges Signal, welches in einen Kanalcodierer 14 eingespeist wird. Der Begriff des Kanalcodierers betrifft im vorliegenden Fall nicht notwendig nur ein A/D-Wandlerelement, welches keine weiteren Funktionen als die Analog-zu-Digital-Wandlung durchführt, sondern kann, wie in 1 durch den gestrichelten Kasten angedeutet, eine komplexere Vorrichtung sein. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst der Kanalcodierer einen Vorverstärker 142 zur Vorverstärkung des analogen Sensorsignals, ein A/D-Wandlerelement 144, welches die eigentliche Wandlung des Analogsignals in ein digitales Signal vornimmt, und eine Codierungseinrichtung 146, die das digitalisierte Signal in geeigneter Weise codiert, um es als Digitalsignal in eine Datenleitung 16 einzuspeisen. Der Sensor 12 und der Kanalcodierer 14 befinden sich vorzugsweise in räumlicher Nachbarschaft zueinander, vorzugsweise im selben Gehäuse einer Satellitensensoreinheit.
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Die Datenleitung 16 verbindet den Kanalcodierer 14 mit einem Steuergerät 18. Das Steuergerät 18 kann an beliebiger, insbesondere zentraler Stelle im Kraftfahrzeug angeordnet sein. Der Begriff des Steuergerätes ist hier weit zu verstehen und umfasst sowohl einzelne Steuermodule mit konkret definierter Aufgabe als auch ein Ensemble mehrerer solcher, ggf. wechselwirkender Module. Dies ist in 1 durch die gestrichelte Trennlinie im Steuergerät 18 angedeutet. Selbstverständlich können mehrere Dateneingänge in das Steuergerät 18 vorgesehen sein, obgleich in 1 nur ein solcher Eingang dargestellt ist. Das Steuergerät 18 hat die Aufgabe, Daten, die ihm über die Datenleitung 16 geliefert werden, gemäß vorgegebenen Regeln zu verarbeiten und Steuerbefehle auszugeben, um nachgeordnete Funktionen des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von den Eingangsdaten anzusteuern. In 1 sind symbolisch Fahrwerkabstimmungsfunktionen 20 und Insassenschutzfunktionen 22, die beide in Abhängigkeit von Beschleunigungsdaten bestimmter Fahrzeugteile ausgeführt werden können, dargestellt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Kanalcodierer 14 eine Messwertkategorisierung und entsprechende Signalvorverarbeitung durchgeführt wird, bevor das digitale Beschleunigungssignal in die Datenleitung 16 eingespeist wird. Diese Kategorisierung und Vorverarbeitung erfolgt durch eine Nichtlinearität der Funktionsweise des Kanalcodierers 14.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Nichtlinearität sind in den 2, 3 und 4 dargestellt. Jede der 2 bis 4 umfasst zwei Graphen, von denen der jeweils linke qualitativ den digitalen Ausgangswert (UA) in Abhängigkeit von dem analogen Eingangswert (Ue) darstellt und von denen der jeweils rechte Graph die ”Empfindlichkeit” (E = Ua/Ue) des Kanalcodierers 14 darstellt.
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Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist der Eingangswertebereich des Kanalcodierers 14 in zwei Abschnitte unterteilt. In einem ersten Abschnitt, der niedrige Eingangswerte enthält, wird eine hohe Empfindlichkeit, d. h. eine hohe Auflösung der Daten realisiert. Dies zeigt sich an der steileren Steigung der Ua(Ue)-Kennlinie im linken Bereich des Graphen. Im zweiten Abschnitt, der höhere Ue-Werte umfasst, wird hingegen eine geringere Steigung der Ua(Ue)-Kennlinie realisiert, was eine geringere Auflösung bzw. Empfindlichkeit E in diesem Bereich bedeutet. Im Ergebnis führt dies dazu, dass geringe Sensorwerte, z. B. geringe Beschleunigungswerte, mit hoher Auflösung an das Steuergerät 18 geliefert werden, welches diese im Normalbetrieb des Fahrzeugs auftretenden Beschleunigungswerte zu einer sehr genauen Fahrwerksabstimmung einbeziehen kann. Hohe Sensorwerte hingegen, die im normalen Fahrbetrieb in der Regel nicht auftreten, sondern insbesondere auf Unfallsituationen hinweisen, werden mit geringer Auflösung an das Steuergerät übermittelt. Diesem genügt in der Regel bei Sensorwerten oberhalb definierter Schwellenwerte eine geringe Messwertauflösung, um zu entscheiden, ob bzw. welche geeigneten Insassenschutzmaßnahmen, wie etwa das Auslösen eines Airbags, anzusteuern sind.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform wird im Wesentlichen dasselbe Ergebnis erzielt wie bei dem Beispiel von 2; die Abschnitte unterschiedlicher Kennliniensteigung sind jedoch nicht scharf voneinander getrennt. Vielmehr wird eine quasi-stetige Kennlinie mit großer Steigung für kleine Eingangswerte und geringer Steigung für hohe Eingangswerte realisiert. Dies führt zu einer quasi-stetig abfallenden Empfindlichkeits-Kurve, wie ebenfalls in 3 dargestellt.
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Eine weitere Variante ist in 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform lässt sich wieder eine klare Trennung der Abschnitte unterschiedlicher Kennliniensteigung feststellen. Im Unterschied zur Ausführungsform von 2 sind beide Abschnitte jedoch durch einen dritten Abschnitt der Empfindlichkeit ”Null” bzw. der Steigung ”Null” getrennt. In diesem Abschnitt wird für alle analogen Eingangswerte derselbe digitale Ausgangswert ausgegeben. Diese Variante ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen einem Beschleunigungsbereich, der für die Fahrwerksabstimmung verwendet werden kann, und einem Beschleunigungsbereich, in dem Insassenschutzmaßnahmen ausgelöst werden müssen, eine Lücke klafft, d. h. zwischenliegende Beschleunigungswerte weder für die Fahrwerksabstimmung nutzbar sind noch so groß sind, dass Insassenschutzmaßnahmen getroffen werden müssten.
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Zur konkreten Implementierung der Erfindung sind unterschiedliche Maßnahmen möglich. Beispielsweise kann die Implementierung der nichtlinearen Kennlinie im A/D-Wandlerelement 144 erfolgen, indem z. B. die Kompensationsspannungen, die an die in A/D-Wandlern üblicherweise eingesetzten Komparatoren angelegt werden, entsprechend gewählt werden. Alternativ kann die Codierungseinheit 146 eine Entscheidungseinheit enthalten, die ein linear digitalisiertes Beschleunigungssignal aufgrund programmierter Entscheidungsregeln kategorisiert und entsprechend codiert. Hier bietet sich insbesondere die ASIC-Technologie an. Als weitere Alternative ist auch eine nichtlineare Vorverstärkung im Vorverstärker 142 zur Implementierung der nichtlinearen Kennlinie der A/D-Wandlervorrichtung denkbar.
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Nicht dargestellt in den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Codierung des Digitalsignals vor Einspeisung auf die Datenleitung 16. Diese hängt im Wesentlichen von den Anforderungen der Datenleitung (seriell, parallel, Datenwortbreite etc.) ab.
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Aus der obigen Beschreibung sollte deutlich geworden sein, dass die Erfindung eine Möglichkeit an Hand gibt, von einem Sensor erfasste Werte in Abhängigkeit von ihrer Größe verwendungsspezifisch aufzuarbeiten und mit hoher Geschwindigkeit über eine geschwindigkeitsbeschränkte Datenleitung an eine Verarbeitungseinheit zu übermitteln. Damit entfällt das bisherige Erfordernis, mehrere, verwendungsspezifische Sensoren zu verwenden, was zu erheblichen Einsparungen sowohl in Bezug auf die Sensoren als auch in Bezug auf den Datenverkehr auf dem Datenbus und somit zu Kosten- und Zeitersparnissen führt.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung erläuterten Ausführungsformen nur besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hier erläuterten Lehre ein weites Spektrum an Modifikationsmöglichkeiten gegeben. Insbesondere kann die Implementierung der nichtlinearen Wandlungskennlinie, wie erläutert, in Hardware, Software oder einer Kombination realisiert sein.
