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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Steuergerät oder einem Verfahren
zum Betrieb eines Steuergeräts nach Gattung der unabhängigen
Ansprüche. Es sind insbesondere schon Steuergeräte
zur Durchführung von Abstandsmessungen eines Fahrzeugs zu
Hindernissen in der Umgebung des Fahrzeugs bekannt, bei denen an
das Steuergerät ein externer Oszillator angeschlossen ist,
der ein Taktsignal für das Steuergerät vorgibt.
Hierbei werden insbesondere Quarzoszillatoren mit Quarzresonatoren
verwendet, die sehr genaue Frequenzsignale abgeben können. Neben
dem Quarzoszillator sind im Allgemeinen weitere passive Bauteile,
wie beispielsweise Widerstände oder Kondensatoren, zum
Anschließen des Quarzoszillators erforderlich. Durch den
externen Quarzoszillator kann eine sehr genaue Taktfrequenz bereitgestellt
werden, um insbesondere das Steuergerät an Fahrzeugbusse
anschließen zu können und um ein möglichst
genaues Messergebnis für eine Zeitmessung zur Bestimmung
der Laufzeit eines Signals von einem Abstandssensor zu einem Hindernis und
wieder zurück zu dem Abstandssensor bestimmen zu können.
Aus der
US 7,061,334
B1 ist es beispielsweise ferner bekannt, in einem integrierten Schaltkreis
einen Ringoszillator zu verwenden, um ein Taktsignal für
den integrierten Schaltkreis zu erhalten. Derartige Ringoszillatoren,
die aus einer ungeraden Anzahl gekoppelter Inverter bestehen, benötigen
zwar keine externen Komponenten, wie Kondensatoren oder Spulen,
haben aber den Nachteil, dass sie im Allgemeinen eine hohe Toleranz
bei der erhaltenen Frequenz aufweisen. Im Allgemeinen ist die Toleranz
um zwei Größenordnungen größer,
als bei Quarzoszillatoren. Die
US 7,061,334 B1 schlägt vor, die
Frequenz über die Spannungsversorgung des Ringoszillators
zu beeinflussen, wodurch jedoch die Toleranzschwankungen nur teilweise
beseitigt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die
Datenkommunikation des Steuergerätes über die
Schnittstellen nur über den internen Ringoszillator des
Mikroprozessors gesteuert wird. Hierdurch kann auf einen externen
Oszillator verzichtet werden, wobei insbesondere für diejenigen
Anwendungen, bei denen niedrige Anforderungen an die Genauigkeit
der Verarbeitung, der Taktrate oder des Datenprotokolls gestellt
werden, ein ausreichendes Ergebnis mit geringeren Kosten erreicht
werden kann. Durch einen Verzicht auf zusätzliche Oszillatorbauteile
kann zudem die erforderliche Fläche für die Montage
von Bauteilen und die Anzahl der zu verwendenden Bauteile verringert
werden.
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Entsprechende
Vorteile ergeben sich auch für das erfindungsgemäße
Verfahren zum Betrieb eines Steuergerätes, da durch die
verringerte Anzahl von Bauteilen die Leistungsaufnahme des Steuergeräts
vermindert werden kann.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen angeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Vorrichtung und des Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft
ist es, die Resonanzfrequenz des Ringoszillators auch zur Erzeugung
eines Schallsignals zu verwenden. Ferner ist es vorteilhaft, für
eine Zeitmessung, insbesondere für eine Abstandsmessung
zwischen der Aussendung und dem Empfangen eines Signals, eine Zeitmessung
auf Basis der Resonanzfrequenz des Ringoszillators durchzuführen.
Für die Schallerzeugung, insbesondere für das
Erzeugen eines Warnsignals, kommt es auf eine geringe Frequenzverschiebung
im Allgemeinen nicht an. Auch bei der Abstandsmessung ergibt sich
zwar eine Toleranz, diese kann jedoch für die Bestimmung
eines Abstandes, ab dem eine Warnung ausgegeben wird, mit berücksichtigt werden.
Somit kann eine sichere Abstandsmessung auch bei geringeren Kosten
bei ausschließlicher Nutzung des Ringoszillators des Mikroprozessors
durchgeführt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, den Ringoszillator auf eine Eigenfrequenz zwischen
7 und 9 MHz einzustellen. Für verschiedene Verwendungen
können hier durch entsprechendes Teilen oder Vervielfachen
der Eigenfrequenz günstige Nutzfrequenzen gewonnen werden.
Im Übrigen sind Ringoszillatoren mit entsprechenden Frequenzen
zwischen 7 und 9 MHz günstig herstellbar.
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Besonders
vorteilhaft ist es, den Mikroprozessor zusammen mit elektronischen
Ansteuereinheiten auf einer gemeinsamen Leiterplatte in dem Steuergerät
anzuordnen. Hierdurch kann die Montage der Bauteile und damit die
Herstellung des Steuergeräts vereinfacht werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, ein erfindungsgemäßes Steuergerät
für eine Einparkhilfe in einem Kraftfahrzeug zu verwenden.
Für Einparkhilfen müssen bei einer Abstandsmessung
aus Sicherheitsgründen bereits Toleranzen berücksichtigt
werden, so dass bei einem günstigeren System nur geringfügige
Veränderungen in den Toleranzen der Abstandssensoren für
eine Hindernisbestimmung in der Umgebung des Fahrzeugs berücksichtigt
werden müssen. Somit ist eine günstigere Einparkhilfe
für ein Fahrzeug möglich, ohne dass der Komfort
für den Fahrer eingeschränkt werden muss.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. 1 zeigt ein
erfindungsgemäßes Steuergerät mit einem
Mikroprozessor.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
der 1 ist ein Steuergerät 1 dargestellt, das
für beliebige elektronische Anwendungen verwendet werden
kann. Insbesondere ist eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorteilhaft,
da bei einer Herstellung eines Kraftfahrzeug-Massenproduktes bereits
durch Veränderungen mit einem geringen Einsparpotenzial
pro Produkt in Summe ein hoher Einsparerfolg erzielt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Steuergeräts
für eine Einparkhilfe in einem Fahrzeug, bei der mittels
einem derartigen Steuergerät nicht nur eine Datenkommunikation
durchgeführt wird, sondern auch eine Zeitmessung für
eine Abstandsmessung in dem Steuergerät erfolgt. Im Folgenden
ist daher die vorliegende Erfindung am Beispiel eines Steuergeräts
für eine Einparkhilfe in einem Fahrzeug erläutert.
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In
dem Steuergerät 1 ist ein Mikroprozessor 2 angeordnet,
der eine Recheneinheit 3 und einen Ringoszillator 4 aufweist.
Die Bezeichnung „Mikroprozessor" soll in diesem Zusammenhang
Mikrocontroller mit umfassen. Der Ringoszillator 4 besteht
bevorzugt aus einer ungeraden Anzahl von Invertern, auf dessen Details
allerdings im Folgenden nicht eingegangen werden soll. Der Ringoszillator 4 ist
bevorzugt dazu ausgelegt, eine Frequenz in einem Frequenzbereich
zwischen 7 MHz und 9 MHz zu erzeugen. Bevorzugt wird ein Ringoszillator
mit einer Frequenz von 8 MHz verwendet. Derartige Ringoszillatoren
weisen im Allgemeinen eine Toleranz von etwa ± 10% ihrer
Ausgangsfrequenz auf.
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Die
Ausgangsfrequenz des Ringoszillators 4 wird dazu verwendet,
die Recheneinheit 3 zu takten. Ferner verfügt
der Mikrocontroller 2 über einen Timer 5,
der eine Zeitmessung ermöglicht und der ebenfalls von dem
Ringoszillator 4 getaktet wird.
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An
den Mikrocontroller 2 ist eine Spannungsversorgungseinheit 6 angeschlossen,
die den Mikrocontroller 2 über eine Betriebsspannungsversorgung 7 mit
einer Betriebsspannung zum Betreiben des Mikrocontrollers 2 versorgt.
Ferner ist eine Resetleitung 8 vorgesehen, so dass bei
einer Initialisierung des Steuergerätes 1 ein
Resetsignal an den Mikrocontroller 2 ausgegeben wird. Die
Spannungsversorgung 6 weist wiederum einen Stromanschluss 9 auf,
der aus dem Steuergerät herausführt wird und der
mit einer Betriebsspannung des Fahrzeugs verbunden ist. Gegebenenfalls
kann ein weiterer Anschluss 10 vorgesehen sein, mit der
ein Spannungsniveau des Fahrzeugbordnetzes detektiert werden kann.
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An
den Mikrocontroller 2 ist ferner eine Sensorschnittstelle 11 angeschlossen,
wobei über eine erste Datenleitung 12 Daten von
dem Mikrocontroller 2 an die Sensorschnittstelle 11 zum
Betreiben der an die Sensorschnittstelle 11 angeschlossenen
Sensoren weitergegeben werden. Über die erste Datenleitung 25 wird
ein Taktsignal zum Betreiben der Lautsprecherschnittstelle 24 von
dem Mikrocontroller 2 an die Lautsprecherschnittstelle 24 übermittelt.
Das Taktsignal wird dabei aus der Resonanzfrequenz des Ringoszillators 4 abgeleitet.
Ferner ist eine zweite Datenleitung 13 vorgesehen, über
die die von den Sensoren gemeldeten Daten an den Mikrocontroller 2 von
der Sensorschnittstelle 11 weitergegeben werden. An die
Sensorschnittstelle 11 ist eine Vielzahl von Abstandssensoren
angeschlossen, die beispielsweise als Ultraschallsensoren ausgeführt
sind. Hierzu führen Datenleitungen 14, 15, 16, 17 aus
dem Steuergerät hinaus zu Ultraschallsensoren 18, 19, 20, 21.
Die Ultraschallsensoren sind bevorzugt an verschiedenen Orten am
Fahrzeug angeordnet, beispielsweise in einem Stoßfänger
des Fahrzeugs. Durch den Mikrocontroller 2, insbesondere
durch einen von der Recheneinheit 3 gegebenen Befehl, werden
die Sensoren 18, 19, 20 zum Aussenden
eines Ultraschallsignals veranlasst. Der Zeitpunkt wird von der
Recheneinheit 3 von dem Timer 5 ausgelesen und
in einem flüchtigen Arbeitsspeicher 22 der Recheneinheit 3 abgelegt.
Das ausgesendete Ultraschallsignal wird von einem Hindernis reflektiert
und von den Ultraschallsensoren 18, 19, 20, 21 wieder empfangen.
Zum Zeitpunkt des Empfangs wird ein Signal über die Sensorschnittstelle 11 an
den Mikrocontroller 2 geleitet. Der Zeitpunkt des Empfangs wird
wiederum von der Recheneinheit 3 unter Zugriff auf den
Timer 5 ermittelt. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt
des Aussendens des Signals und des Empfangen des reflektierten Signals
kann unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit eine
Laufzeit des Signals bestimmt werden. Da die Zeitmessung prinzipiell über
eine Zählung von von dem Ringsoszillator 4 ausgegebenen
Taktimpulsen erfolgt, basiert die Zeitmessung damit auf der Frequenz
des Ringsoszillators und ist damit von der Genauigkeit der ausgegebenen
Frequenz abhängig. Eine vorgegebene Frequenz des Ringoszillators
ist beispielsweise in einem nichtflüchtigen Speicher 23 des
Mikrocontrollers 2 abgelegt. Weist der Ringoszillator 4 eine
andere Frequenz auf, so kommt es bei der Abstandsbestimmung zu Toleranzen.
Für die Abarbeitung von Rechenoperationen zur Bestimmung des
Abstandes, beispielsweise bei einer Kreuzechoauswertung, ist allerdings
die Genauigkeit des Ringoszillators nicht ausschlaggebend. Abstandsberechnungen
können somit ohne einen Verzicht auf Genauigkeit durchgeführt
werden.
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In
dem nicht flüchtigen Speicher 23 ist beispielsweise
ein Abstand vorgesehen, bei dessen Unterschreiten eine Warnung von
dein Mikrocontroller ausgegeben wird. Hierzu ist der Mikrocontroller 2 mit einer
Lautsprecherschnittstelle 24 verbunden. Die Schnittstelle
zwischen der Lautsprecherschnittstelle 24 und dem Mikrocontroller
weist eine erste Datenleitung 25 zur Übertragung
einer Frequenz für ein zu erzeugendes Schallsignal, eine
zweite Datenleitung 26 für die Übertragung
eines Lautstärkewertes und optional eine dritte Datenleitung 27 für
das Auswählen eines Lautsprecherkanals auf. Über
die erste Datenleitung 12 wird ein Taktsignal für
den Betrieb der Sensorschnittstelle 11 von dem Mikroprozessor 2 an
die Sensorschnittstelle 11 Übermittelt. Die Lautsprecherschnittstelle 24 ist
an einen ersten Datenausgang 28, ein erster Lautsprecher 29 und
an einen zweiten Datenausgang 30 ein zweiter Lautsprecher 31 angeschlossen, wobei
die Datenausgänge 28, 30 aus dem Steuergerät 1 herausführen. Über
die erste Datenleitung 25 wird bevorzugt ein Sinussignal übertragen, das
bevorzugt von der Resonatorfrequenz des Ringoszillators 4 abhängt.
Typische Frequenzen liegen hierbei in einem Bereich zwischen 500
und 2500 Hz, so dass eine Teilerschaltung, die in der 1 nicht dargestellt
ist, zwischen dem Ringoszillator und dem Ausgang der ersten Datenleitung 25 vorzusehen
ist. Die Lautstärke und/oder die Frequenz des auszugebenden
Schallsignals können bevorzugt von einem Abstand zwischen
den Ultraschallsensoren 18, 19, 20, 21 und
dem zu erfassenden Hindernis abhängen.
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Die
Baugruppen der Spannungsversorgungseinheit 6 des Mikroncontrollers 2,
die Sensorschnittstelle 11 und die Lautsprecherschnittstelle 24 können
bevorzugt auf einer Leiterplatte in dem Gehäuse des Steuergeräts 1 angeordnet
werden. Hierdurch kann der Aufbau des Steuergeräts vereinfacht werden.
Ferner ist es auch möglich, die entsprechend verbundenen
elektronischen Bauteile in einem entsprechenden Steuergerätegehäuse
zu vergießen. Anstelle des Anschlusses an einen Fahrzeugdatenbus
ist es optional möglich, eine serielle Schnittstelle 34 an
dem Steuergerät 1 vorzusehen.
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Die
Ungenauigkeiten des Ringoszillators reichen im Allgemeinen nicht
dazu aus, dass ein lediglich gestrichelt dargestellter Fahrzeugdatenbus 32 an das
Steuergerät 1 angeschlossen werden kann, da für
derartige Bussysteme, wie z. B. den CAN-Bus (Controller Area Network),
höhere Anforderungen an die Frequenzstabilität
der Datenübertragung gestellt werden. Auf einen externen
Oszillator, der ebenfalls gestrichelt als Oszillatorelement 33 dargestellt
wird und der sonst im Allgemeinen in dem Steuergerät anzuordnen
wäre, kann verzichtet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform wäre es auch möglich,
an dem Steuergerät einen Kontakt vorzusehen, an den ein
externer Oszillator bei Bedarf aufgesteckt werden kann. So wäre
es möglich, in einer Fertigung verschiedene Varianten des
Steuergerätes herzustellen und anschließend je
nach Anforderung des Kunden entweder einen externen Oszillator durch
Aufstecken hinzuzufügen oder wie in erfindungsgemäßer
Weise beschrieben, den Betrieb ohne den externen Oszillator erfolgreich
durchzuführen. Ein Vorhandensein des externen Oszillators
wird detektiert, so dass bei einem externen Oszillator dieser für
eine Taktung verwendet wird, während für den Fall,
dass kein externer Oszillator vorhanden ist, nur eine Taktung über
den internen Ringoszillator erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7061334
B1 [0001, 0001]