DE102007023190B4

DE102007023190B4 - Sensorschnittstelle mit Sensor- und Steuereinrichtungsanschlüssen

Info

Publication number: DE102007023190B4
Application number: DE200710023190
Authority: DE
Inventors: Christian Huber; Tobias Windmüller; Anton Horn
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2027-05-19
Also published as: DE102007023190A1

Abstract

Sensorschnittstelle (10), insbesondere für ein Bremsmodul oder einen Getriebesteller, zum Anschluss einer Mehrzahl von Sensoren (22_1-2, 26, 28_1-3) an eine Steuereinrichtung, mit einer Mehrzahl von Sensoranschlüssen (16_1-2, 18, 20_1-3) und mit einer Mehrzahl von Steuereinrichtungsanschlüssen (12), wobei die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse (12) kleiner als die Anzahl der Sensoranschlüsse (16_1-2, 18, 20_1-3) ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Steuereinrichtungsanschlüsse (12) redundant ausgeführt sind und zumindest zwei redundant ausgeführte Datenbusse (36, 38) umfassen, die von wenigstens zwei der Sensorschnittstelle (10) zugeordneten Micro-Controllern (30, 32) mit Datensignalen beaufschlagt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorschnittstelle, insbesondere für ein Bremsmodul oder einen Getriebesteller, zum Anschluss einer Mehrzahl von Sensoren an eine Steuereinrichtung, mit einer Mehrzahl von Sensoranschlüssen und mit einer Mehrzahl von Steuereinrichtungsanschlüssen, wobei die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse kleiner als die Anzahl der Sensoranschlüsse ist.
Üblicherweise umfassen gattungsgemäße Sensorschnittstellen für Getriebesteller oder Bremsmodule elektrische Verbindungselemente, wie beispielsweise buchsen- oder steckerartige Steckverbinder, um eine elektrische Kopplung zwischen mehreren Sensoren und einer Steuereinrichtung beziehungsweise einem Hauptcontroller, insbesondere einem Hauptcontroller zur Getriebesteuerung, über einen Steckverbinder herzustellen. Derartige Steckverbinder weisen zu diesem Zweck sensorseitig eine Mehrzahl von Sensoranschlüssen und steuereinrichtungsseitig eine Mehrzahl von Steuereinrichtungsanschlüssen auf. Sämtliche von der Mehrzahl von Sensoren stammende Leitungen werden mit den Sensoranschlüssen des Steckverbinders gekoppelt, beispielsweise Spannungs- oder Stromversorgungsleitungen, getrennt geführte Signalleitungen, Masseleitungen, etc. Aufgrund der Mehrzahl von Sensoren müssen daher entspre chend ausgelegte Steckverbinder verwendet werden, die zumindest die Anzahl von Sensoranschlüssen entsprechend der Anzahl der von der Mehrzahl von Sensoren stammenden Leitungen umfassen. Dies führt unweigerlich dazu, dass große Steckverbinder eingesetzt werden müssen. Dadurch ist bei der Verwendung solcher Steckverbinder zwangsweise auch die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse erhöht. Weiterhin kann der Fall auftreten, dass Interferenzen beziehungsweise Störungen bei parallel an dem Steckverbinder vorgesehenen Signalleitungen der jeweiligen Sensoren auftreten; beispielsweise wenn diese direkt nebeneinander in den Steckverbinder zusammengeführt werden, wodurch die Signalqualität der Sensoren negativ beeinträchtigt werden kann.
Die US 2003/0040881 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Datenerfassung, die ein Messmodul, eine Trägereinheit und ein Computersystem umfasst.
Die US 4,593,380 offenbart einen programmierbaren Controller zum Datenaustausch zwischen einem Prozess und einer CPU des Controllers.
Aus der EP 1 202 145 A1 ist bekannt, bei einem Sende-/Empfangsgerät die verfügbare Energie zu überprüfen, bevor die Sende- beziehungsweise Empfangseinrichtung des Geräts aktiviert wird.
Die DE 100 30 845 A1 beschreibt ein Anschlusssystem mit vorgeschalteter Schnittstelleneinrichtung, wobei die Schnittstelleneinrichtung dafür eingerichtet ist, die Betriebsart an den angeschlossenen Sensor oder Aktor anzupassen.
Die US 5,999,867 A offenbart eine gattungsgemäße Sensorschnittstelle. Aus ihr ist eine Computer-Schnittstelle bekannt, die gemäß der dortigen 1 einen Computer mit einer Mehrzahl von Sensoren verbinden kann und einen Micro-Controller aufweist. Gemäß einem weiteren in der dortigen 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dieser Computer-Schnittstelle kann vorgesehen sein, dass Sensoren (sensing heads) über die Computer-Schnittstelle mit dem Computer gekoppelt werden können, wobei diese Sensoren Mikroprozessoren umfassen können, um eine begrenzte Verarbeitung und ein "Packaging" erfasster Daten vornehmen zu können, bevor entsprechende Signale an die Schnittstelle übermittelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Sensorschnittstellen derart weiterzubilden, dass eine Ausfallsicherheit der Sensorschnittstelle erhöht werden kann und zugleich der mit der Sensorschnittstelle gekoppelten Steuereinrichtung auch bei Ausfall eines der Sensorschnittstelle zugeordneten Micro-Controllers Daten zugeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Sensorschnittstelle baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass zumindest einige der Steuereinrichtungsanschlüsse redundant ausgeführt sind und zumindest zwei redundant ausgeführte Datenbusse umfassen, die von wenigstens zwei der Sensorschnittstelle zugeordneten Micro-Controllern mit Datensignalen beaufschlagt werden können. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Sensorschnittstelle beispielsweise eine Leiterplatte beziehungsweise einen Leadframe umfasst, der zumindest einige der Sensoranschlüsse zu weniger Steuereinrichtungsanschlüssen zusammenfasst. Alternativ kann die Sensorschnittstelle anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) umfassen. Dadurch können zumindest anwendungsspezifische Auswerte- und Verarbeitungsfunktionen von Sensorsignalen durch die ASICs durchgeführt werden, wohingegen arbeitsintensive Berechnungen durch die von den Sensoren abgelegene Steuereinrichtung vorgenommen wird. Ebenso kann auch vorgesehen sein, die Sensorschnittstelle unter anderem mit einem oder mehreren Micro-Controllern auszustatten, die die Sensoranschlüsse und Steuereinrichtungsanschlüsse umfassen. Diese Micro-Controller können insbesondere dazu imstande sein, Auswerte-, Verarbeitungs- und Berechnungsoperation auf der Grundlage der von der Mehrzahl von Sensoren gelieferten Signale vorzunehmen und ausgewertete Datensignale an den wenigen Steuereinrichtungsanschlüssen der Steuereinrich tung zur Verfügung stellen. Dadurch kann die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse, insbesondere von Steckerkontakten oder Steckerpins, im Vergleich zu den Sensoranschlüssen erheblich verringert werden. Über die Sensorschnittstelle lassen sich mehrere Sensoren somit zu einem Sensorcluster zusammenfassen. Die Ausfallsicherheit der Sensorschnittstelle kann insbesondere dadurch erhöht werden, dass der Steuereinrichtung auch bei Ausfall eines redundant ausgeführten Steuereinrichtungsanschlusses die entsprechenden Datensignale zur Verfügung gestellt werden können. Durch die zwei redundant ausgeführten Datenbusse können die von den Sensoren gelieferten Signale durch die Micro-Controller ausgewertet werden und auf den zwei Datenbussen als bereits ausgewertete Datensignale der Steuereinrichtung zu Verfügung gestellt werden. Ebenso können auch Diagnoseinformationen, wie ein Ausfall eines Sensorelements eines Sensors, in einem im Datenbus übertragenen Datenprotokoll ausgegeben werden, so dass die Diagnose der Sensoren nicht mehr in der zentralen Steuereinrichtung beziehungsweise in dem Hauptcontroller vorgenommen werden muss, sondern direkt in den Micro-Controllern der Sensorschnittstelle erfolgt.
Die erfindungsgemäße Sensorschnittstelle kann in vorteilhafter Weise so weitergebildet werden, dass die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse um einen Faktor kleiner als die Anzahl der Sensoranschlüsse ist, der 0,5 oder weniger beträgt, bevorzugter 0,4 oder weniger, bevorzugter 0,3 oder weniger und besonders bevorzugter weniger als 0,2. Insbesondere bei der Ausstattung der Sensor schnittstelle mit einem oder mehreren Micro-Controllern lässt sich die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse im Vergleich zur Anzahl der Sensoranschlüsse stark verringern, da die Micro-Controller die von den Sensoren gelieferten Signale auswerten und die ausgewerteten Datensignale lediglich über einen Datenbus der Steuereinrichtung zur Verfügung stellen müssen. Ebenso können in diesem Fall auch kostengünstigere und einfachere Steckverbinder verwendet werden, die entsprechend der verringerten Anzahl von Steuereinrichtungsanschlüssen kleiner ausgelegt werden können. Darüber hinaus wird durch die Reduzierung der empfindlichen Kontaktstellen beziehungsweise der Steuereinrichtungsanschlüsse gleichwohl die Robustheit der Vorrichtung erhöht, da weniger empfindliche Kontaktstellen oder Anschlüsse erforderlich sind.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Sensorschnittstelle so verwirklicht werden, dass sie weiterhin einbuchsen- und/oder steckerartiges Verbindungselement umfasst, das zumindest einige der redundant ausgeführten Steuereinrichtungsanschlüsse bildet, wobei zumindest einige der redundant ausgeführten Steuereinrichtungsanschlüsse über redundante Leitungen versorgt werden.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Sensorschnittstelle so weitergebildet werden, dass die Steuereinrichtungsanschlüsse zumindest zwei redundant ausgeführte Datenbusse umfassen, und dass die Sensorschnittstelle Mittel umfasst, um zumindest auf den zwei redundanten Datenbussen anliegenden Signale auf Plausibilität zu prüfen. Somit kann neben einer redundanten Datenübertragung zur Steuereinrichtung zusätzlich Plausibilitätskontrolle der Datensignale durchgeführt werden. Beispielsweise werden die Mittel zur Plausibilitätskontrolle durch einen Micro-Controller ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Sensorschnittstelle derart realisiert, dass sie geeignet ist, eine Verarbeitung von von den Sensoren gelieferten Signalen vorzunehmen und/oder eine Steuerung oder Ansteuerung der Sensoren durchzuführen.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Sensorschnittstelle vorzugsweise so ausgeführt, dass sie eine Schutzeinrichtung zur Vermeidung elektrostatischer Entladungen umfasst. Die Schutzeinrichtung kann insbesondere durch einen so genannten ESD-Schutz (ESD = Electrostatic Discharge/elektrostatische Entladung) realisiert werden.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Sensorschnittstelle dergestalt ausgeführt sein, dass sie geeignet ist, eine Signalkonditionierung von von den Sensoren gelieferten Signalen vorzunehmen. Die Sensoren, insbesondere die Weg- oder Positions-, Drehzahl-, Richtungs-, Druck- Beschleunigungs-, (Neigungs-) oder Temperatursensoren, liefern über die Signalleitungen permanent oder in gewissen Zeitabständen Signale. Um die Signalqualität zu verbessern, können die Micro-Controller der Sensorschnittstelle zur Weiterverarbeitung der Signale eine Signalkonditionierung vornehmen. Insbesondere wird durch die Micro-Controller auch ermöglicht, die Signale aufzubereiten, beispielsweise zu verstärken, etc.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Sensorschnittstelle; und
2 eine detaillierte Darstellung der erfindungsgemäßen Sensorschnittstelle von 1.
1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Sensorschnittstelle 10, wobei 2 eine detaillierte Darstellung der erfindungsgemäßen Sensorschnittstelle 10 von 1 veranschaulicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sensorschnittstelle 10 insbesondere für einen Getriebesteller eines Fahrzeugs vorgesehen und dient zum Anschluss einer Mehrzahl von Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ an eine nicht dargestellt Steuereinrichtung. Zu diesem Zweck verfügt die Sensorschnittstelle 10 über eine Mehrzahl von Sensoranschlüssen 16₁ , 16₂ , 18, 20₁ , 20₂ , 20₃ und über eine Mehrzahl von Steuereinrichtungsanschlüssen 12, die über Micro-Controller 30, 32 miteinander gekoppelt sind, wie nachstehend erläutert wird. An die Sensoranschlüsse 16₁ , 16₂ , 18, 20₁ , 20₂ , 20₃ sind insbesondere ein erster Drehzahlsensor 22₁ , ein zweiter Drehzahlsensor 22₂ , ein Temperatursensor 26, ein erster Positionssensor 28₁ , zweiter Positionssensor 28₂ und ein dritter Positionssensor 28₃ angeschlossen. Dabei ist die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse 12 kleiner als die Anzahl der Sensoranschlüsse 16₁ , 16₂ , 18, 20₁ , 20₂ , 20₃ . In diesem konkreten Fall führen 34 Leitungen der Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ zu den entsprechenden Sensoranschlüssen 16₁ , 16₂ , 18, 20₁ , 20₂ , 20₃ (jeweils zwei oder drei Leitungen der Drehzahlsensoren 22₁ , 22₂ , zwei Leitungen des Temperatursensors 26 und jeweils neun Leitungen der Positionssensoren 20₁ , 20₂ , 20₃ ), während 6 Leitungen von den entsprechenden Steuereinrichtungsanschlüssen 12 zu der Steuereinrichtung führen. Die Leitungen der jeweiligen Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ werden in diesem Ausführungsbeispiel durch jeweils eine Stromversorgungsleitung und eine oder mehrere Signalleitungen gebildet. Optional kann auch eine Masseleitung jeweils an dem entsprechenden Sensor 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ vorgesehen sein. Vorzugsweise wird zur Signalübertragung durch die Positionssensoren 28₁ , 28₂ , 28₃ ein digitales Bussystem beziehungsweise eine digitale Schnittstelle, in diesem Ausführungsbeispiel ein SPI-Bussystem (SPI = Serial Peripheral In terface), verwendet. Zu diesem Zweck ist jedoch ebenso die Verwendung eines SCI-Bussystems (SCI = Serial Communication Interface) denkbar. Durch Verwendung einer in diesem Ausführungsbeispiel vorliegenden SPI-Schnittstelle bei den Positionssensoren 28 kann insbesondere die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert werden. Hingegen verwenden die Drehzahlsensoren 22₁ , 22₂ oder der Temperatursensor 26 vorzugsweise eine analoge Signalübertragungsart, insbesondere eine Pulsweitenmodulation (PWM), zur Informationsübertragung. In diesem Zusammenhang ist alternativ aber ebenso eine digitale Signalübertragungsart denkbar. Die Sensoranschlüsse 16₁ , 16₂ , 18, 20₁ , 20₂ , 20₃ sind mit dem Micro-Controller 30 gekoppelt, der wiederum über einen internen digitalen Datenbus mit einem weiteren Microcontroller 32 gekoppelt ist. Dadurch können die Micro-Controller 30, 32 über den internen digitalen Datenbus eine gegenseitige Überwachungsfunktion ausführen. Die Micro-Controller 30, 32 sind über Leitungen, welche beispielsweise durch Stromversorgungsleitungen und Masseleitungen für die Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ gebildet werden können, und über zwei Datenbusse 36, 38 mit den Steuereinrichtungsanschlüssen 12 gekoppelt. Insbesondere die Datenbusse 36, 38 der Steuereinrichtungsanschlüsse 12 sind redundant ausgeführt sind. Weiterhin umfasst die Sensorschnittstelle 10 ein buchsen- und/oder steckerartiges Verbindungselement 24, das in diesem Ausführungsbeispiel alle Steuereinrichtungsanschlüsse 12 ausbildet. Die Steuereinrichtungsanschlüsse 12 umfassen insbesondere die zwei redundant ausgeführten Datenbusse 36, 38. Die Steuereinrichtungsanschlüsse 12 werden somit von den zwei der Sensorschnittstelle 10 zugeordneten Micro-Controllern 30, 32 mit Datensignalen beaufschlagt. Da die Micro-Controller 30, 32 jeweils mit den Sensoranschlüssen 16₁ , 16₂ , 18, 20₁ , 20₂ , 20₃ gekoppelt sind, können die Sensorsignale der Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ durch die Micro-Controller 30, 32 in die Datensignale auf die Datenbusse 36, 38 übergeführt werden. Darüber hinaus ist ein weiterer beziehungsweise zusätzlicher Controller 34 der Sensorschnittstelle 10 zugeordnet, mittels dem auf zumindest den zwei redundanten Datenbussen 36, 38 anliegende Signale auf Plausibilität geprüft werden können. Ebenso kann der Controller 34 aber auch mit den weiteren zu den Steuereinrichtungsanschlüssen führenden Leitungen gekoppelt sein, beispielsweise mit Stromversorgungsleitungen, um den Zustand der Stromversorgung zu den Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ festzustellen beziehungsweise zu ermitteln. Die Micro-Controller 30, 32 sind dazu geeignet, eine Verarbeitung von von den Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ gelieferten Signalen vorzunehmen und eine Steuerung oder Ansteuerung der Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ durchzuführen. Darüber hinaus kann über die Micro-Controller 30, 32 eine Signalkonditionierung von von den Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ gelieferten Signalen vorgenommen werden. Insbesondere sind die Micro-Controller 30, 32 dazu imstande Umrechnungen von analogen Sensorsignalen durchzuführen und eine Umsetzung beziehungsweise Umwandlung auf einen der Datenbusse 36, 38 als digitales Datensignal vorzunehmen. Die Datenbusse 36, 38 können jedoch sowohl zur digitalen als auch analogen Datensignalübertragung geeignet und ausgelegt sein. Ebenso kann durch die Micro-Controller 30, 32 eine Diagnose der Sensoren vorgenommen werden, so dass eine eine Fehlfunktionsprüfung der Sensoren 22₁ , 22₂ , 26, 28₁ , 28₂ , 28₃ bereits bei der Sensorschnittstelle 10 ermöglicht wird.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

10: Sensorschnittstelle
12: Steuereinrichtungsanschlüsse
16₁: Leitungen von erstem Drehzahlsensor
16₂: Leitungen von zweitem Drehzahlsensor
18: Leitungen von Temperatursensor
20₁: Leitungen von erstem Positionssensor
20₂: Leitungen von zweitem Positionssensor
20₃: Leitungen von dritten Positionssensor
22₁: erster Drehzahlsensor
22₂: zweiter Drehzahlsensor
24: elektrisches Verbindungselement
26: Temperatursensor
28₁: erster Positionssensor
28₂: zweiter Positionssensor
28₃: dritter Positionssensor
30: Micro-Controller
32: Micro-Controller
34: Micro-Controller
36: Datenbus
38: Datenbus

Claims

Sensorschnittstelle (10), insbesondere für ein Bremsmodul oder einen Getriebesteller, zum Anschluss einer Mehrzahl von Sensoren (22_1-2 , 26, 28_1-3 ) an eine Steuereinrichtung, mit einer Mehrzahl von Sensoranschlüssen (16_1-2 , 18, 20_1-3 ) und mit einer Mehrzahl von Steuereinrichtungsanschlüssen (12), wobei die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse (12) kleiner als die Anzahl der Sensoranschlüsse (16_1-2 , 18, 20_1-3 ) ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Steuereinrichtungsanschlüsse (12) redundant ausgeführt sind und zumindest zwei redundant ausgeführte Datenbusse (36, 38) umfassen, die von wenigstens zwei der Sensorschnittstelle (10) zugeordneten Micro-Controllern (30, 32) mit Datensignalen beaufschlagt werden können.
Sensorschnittstelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Steuereinrichtungsanschlüsse (12) um einen Faktor kleiner als die Anzahl der Sensoranschlüsse (16_1-2 , 18, 20_1-3 ) ist, der 0,5 oder weniger beträgt, bevorzugter 0,4 oder weniger, bevorzugter 0,3 oder weniger und besonders bevorzugt weniger als 0,2.
Sensorschnittstelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein buchsen- und/oder steckerartiges Verbindungselement (24) umfasst, das zumindest einige der redundant ausgeführten Steuereinrichtungsanschlüsse (12) bildet, wobei zumindest einige der redundant ausgeführten Steuereinrichtungsanschlüsse (12) über redundante Leitungen (36, 38) versorgt werden.
Sensorschnittstelle (10) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschnittstelle (10) Mittel (34) umfasst, um zumindest auf den zwei redundanten Datenbussen (36, 38) anliegende Signale auf Plausibilität zu prüfen.
Sensorschnittstelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie geeignet ist, eine Verarbeitung von von den Sensoren (22_1-2 , 26, 28_1-3 ) gelieferten Signalen vorzunehmen und/oder eine Steuerung oder Ansteuerung der Sensoren (22_1-2 , 26, 28_1-3 ) durchzuführen.
Sensorschnittstelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schutzeinrichtung zur Vermeidung elektrostatischer Entladungen umfasst.
Sensorschnittstelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie geeignet ist, eine Signalkonditionierung von von den Sensoren (22_1-3 , 26, 28_1-3 ) gelieferten Signalen vorzunehmen.