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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb wenigstens eines Quasibusses
für ein Personenschutzsystem bzw. ein Steuergerät
zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln bzw. eine Vorrichtung
zur Übertragung von Daten von Sensoren über wenigstens
einen Quasibus an ein Steuergerät zur Ansteuerung eines
Personenschutzsystems nach der Gattung der unabhängigen
Patentansprüche.
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Ein
Quasibus für eine Airbagelektronik in einem Fahrzeug ist
als PSI5-Standard bekannt. Dafür wurden verschiedene Patentanmeldungen
eingereicht. So beschreibt
DE
103 42 044 A1 eine sogenannte Daisy-Chain-Konfiguration,
d. h. eine Hintereinanderschaltung von Sensoren gleichen oder unterschiedlichen
Typs, die an ein Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln
angeschlossen sind. In
DE
103 42 625 A1 ist eine alternative parallele Konfiguration
eines solchen Quasibusses exemplarisch dargestellt. Hier sind die
verschiedenen Sensoren parallel an das Steuergerät angeschlossen.
Bei beiden Konfigurationen ist gleich, dass in vorgegebenen Zeitschlitzen
die Sensoren an das Steuergerät ihre Daten übertragen.
Die Sensoren werden über einen Synchronisationsimpuls zur Übertragung
angeregt. Die Datenübertragung ist insgesamt synchron.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb wenigstens
eines Quasibusses für ein Personenschutzsystem, bzw. das
erfindungsgemäße Steuergerät zur Ansteuerung
eines Personenschutzsystems bzw. die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Übertragung von Daten von Sensoren über
wenigstens einen Quasibus an ein Steuergerät zur Ansteuerung
eines Personenschutzsystems, haben demgegenüber den Vorteil,
dass nunmehr eine effiziente Fehlerbehandlung vorgesehen ist, die
es ermöglicht einen Teil der Sensoren am Bus weiterhin
zu betreiben, die nicht defekt sind und der defekte Sensor vom Quasibus
abgetrennt wird. Ansonsten könnte ein defekter Sensor den
gesamten Quasibusbetrieb verhindern. Damit ist eine effiziente und
einfache Fehlerbehandlung vorgesehen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren, bzw. das erfindungsgemäße
Steuergerät bzw. die erfindungsgemäße
Vorrichtung ermöglichen einen sicheren, zuverlässigen
und effizienten Betrieb einer Airbagelektronik.
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Vorliegend
ist unter dem Begriff „Betrieb" das normale Betreiben eines
Quasibusses zu verstehen, d. h. die Datenübertragung von
den Sensoren zum Steuergerät.
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Der
wenigstens eine Quasibus, es können auch mehrere als einen
Quasibus an ein Steuergerät angeschlossen sein, ermöglicht
die Zusammenschaltung von vom Steuergerät ausgelagerten
Sensoren wie Unfallsensoren oder Sitzbelegungssensoren oder Umfeldsensoren
oder auch Ortungssensoren in einer einfachen und effizienten Weise.
Charakteristisch für den Quasibus ist, dass die Sensoren
nicht in Abhängigkeit von einem Anforderungsdatentelegramm
eines Masters ihre Daten übertragen oder eine Arbitrierung
durchgeführt wird, sondern die Sensoren übertragen
ihre Daten in festgelegten Zeitschlitzen an das Steuergerät
ohne Daten vom Steuergerät, außer beispielsweise
einem Synchronisationsimpuls zu empfangen. Es besteht also kein
Vollduplexbetrieb oder eine bidirektionale Kommunikation. Lediglich
Einfachstsignale werden vom Steuergerät zum Sensor übertragen,
während der Sensor komplexe digitale Daten an das Steuergerät überträgt.
Es liegt damit eine starke Asymmetrie der Datenübertragung
zwischen den Sensoren und dem Steuergerät vor.
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Unter
einem Personenschutzsystem sind passive und/oder aktive Personenschutzmittel
zu verstehen. Zu den passiven Personenschutzmitteln zählen
Airbags, Gurtstraffer, crashaktive Kopfstützen, Überrollbüge
usw.. Zu den aktiven Personenschutzmitteln zählen Bremsen,
eine Fahrdynamikregelung und andere ähnliche Maßnahmen.
Der Begriff Personenschutzmittel ist vorliegend äquivalent
zum Begriff des Personenschutzsystems zu verstehen.
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Unter
einem Steuergerät ist ein Gerät zu verstehen,
das Sensordaten von Sensoren erhält, wobei sich diese Sensoren
auch im Steuergerät befinden können, und das in
Abhängigkeit von diesen Sensorsignalen ein Steuersignal
erzeugt. Üblicherweise weist das Steuergerät ein
Gehäuse aus Metall und/oder Kunststoff auf, wobei als Metall
gerne Aluminium aufgrund seiner Leichtigkeit verwendet wird. Bei
dem Steuergerät handelt es sich vorliegend beispielsweise
um das Airbagsteuergerät oder ein allgemein konfiguriertes
Sicherheitssteuergerät.
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Ansteuern
bedeutet vorliegend das Aktivieren des Personenschutzsystems.
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Unter
Sensoren sind vorliegend Unfallsensoren wie Beschleunigungs- und/oder
Luftdrucksensoren, Umfeldsensoren, wie Radar, Lidar, Video oder Ultraschall
zu verstehen.
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Die
Daten sind die Messdaten ergänzt um Fehlerschutz und einen
Header.
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Unter
einem Fehlerbild können folgende Erscheinungen verstanden
werden:
- – Der defekte Sensor hat einen
Kurzschluss zu den Versorgungsleitungen
- – Der Zeitschlitz des defekten Sensors überschneidet
sich mit dem eines intakten Sensors.
- – Der defekte Sensor stört den Synchronisationsimpuls
des Steuergeräts.
- – Der defekte Sensor hat eine erhöhte Stromaufnahme,
die zum Einbruch der Versorgungsspannung auf den Bus führt.
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Diese
Fehlerbilder können beispielsweise in Abhängigkeit
von den empfangenen Daten erkannt werden. Die empfangenen Daten
sind zum Großteil Nutzdaten, sie bergen jedoch auch Informationen über
den Zustand des Sensors. Damit können dann die oben dargestellten
möglichen Fehlerbilder identifiziert werden.
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Unter
einer Schnittstelle ist vorliegend ein integrierter Schaltkreis
verstanden worden. Es ist jedoch alternativ möglich, dass
die Schnittstelle zumindest zum Teil auf Software läuft.
Eine weitere Möglichkeit ist eine Kombination aus integrierten
und diskreten Schaltelementen. Der Auswertebaustein sowie der Fehlererkennungsbaustein,
sowie der Reset-Baustein, sowie die Signalerzeugungsmittel können
getrennte integrierte Schaltkreise sein, sie können aus
einer Mischung von integrierten und diskreten Bauelementen aufgebaut
sein, oder sie können als Softwaremodule vorliegen. Letzteres
ist vorliegend der Fall.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen
Verfahrens zum Betrieb wenigstens eines Quasibusses für
einen Personenschutzsystem des Steuergeräts zur Ansteuerung
eines Personenschutzsystems und der Vorrichtung zur Übertragung
von Daten von Sensoren über wenigstens einen Quasibus zu
einem Steuergerät zur Ansteuerung eines Personenschutzsystems
möglich.
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Vorteilhaft
ist, dass das Steuergerät anhand einer Übertragungsfehlerrate
das Fehlerbild erkennt. D. h. wie fehlerhaft die übertragenen
Sensordaten sind, kann darauf zurückzuführen sein,
dass eines der oben genannten Fehlerbilder aufgetreten ist.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft dass beim Neustart zunächst eine
Energieversorgung für den Quasibus abgeschaltet und dann
wieder eingeschaltet wird und dass dann den jeweiligen Sensoren
ein geeigneter Zeitschlitz für die Datenübertragung
zum Steuergerät mitgeteilt wird. Die Übertragungsfehlerrate
ist ein einfacher und leicht messbarer Parameter.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, dass der letzte Sensor durch einen Längstransistor
getrennt wird. Ein Längstransistor ist vorteilhafterweise
so angeordnet, dass lediglich durch die Betätigung eines
Masseanschlusses der Sensor in der Lage ist, die nach ihm an das
Steuergerät angeschlossenen Sensoren abzuklemmen. Der Längstransistor
ist ein effektives und einfach anzusteuerndes Bauelement.
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Vorteilhafterweise
schaltet der vorhergehende Sensor in Abhängigkeit von einem
Freigabesignal den nachfolgenden Sensor zum Quasibus zu. D. h. der
nächste Sensor zum Steuergerät schaltet den übernächsten
Sensor zu. Dafür ist ein Freigabesignal notwendig, dass
das Steuergerät ausgibt. Dies kann beispielsweise ein hochfrequentes
Signal oder eine Spannungsspitze sein.
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Dieses
Freigabesignal kann auch in der Weise verwendet werden, dass eine
Trennung zwischen der Programmierung des Sensors und dem Ansteuern
des Längstransistors erreicht wird. Dies ermöglicht
nämlich, dass die Versorgungsspannung bzw. Masse nicht
an einem defekten Sensor angelegt wird. Die Programmierung der Sensoreigenschaften wie
der Bus-Slot, in dem der jeweilige Sensor sendet, kann über
ein sogenanntes Synchronpulsmuster erreicht werden. Dieses Synchronpulsmuster
beinhaltet auch, dann den Längstransistor durchzuschalten. Dabei
kann dieses Muster getrennt übertragen werden oder auch
in einem einzigen Programmierzyklus übermittelt werden.
Dabei kann dann der gewünschte Transistorzustand über
ein zusätzliches Bit oder mehrere Bits in diesem Muster übertragen
werden.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, dass das Fehlerbild bereits beim Einschalten
erkannt wird. Das Steuergerät erkennt oben genannte Fehlerbilder
anhand einer der folgenden Methoden oder einer Kombination aus diesen:
- • Unterspannungserkennung auf der
Busleitung
- • Erkennung von Manchesterfehlern und Zeitschlitzverletzungen
- • Erkennung von ausgebliebenen Daten (Lücken im
Datenstrom)
- • Ansprechen einer Strombegrenzung auf der Busleitung.
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Vorteilhafterweise
werden als die Sensoren zwei Beschleunigungssensoren und ein Luftdrucksensor
verwendet. Das sind die ausgelagerten Sensoren einer Seite, beispielsweise
ein Luftdrucksensor in der Seitentür, ein Beschleunigungssensor
zu Plausibilisierung des Luftdrucksensors in der B-Säule
und in der Upfrontposition, d. h. an der Fahrzeugfront. Ein weiterer
Quasibus für die gegenüberliegende Fahrzeugseite
ist dann notwendig, um das komplette System aufzubauen. Über
einen Quasibus können auch Sitzbelegungssensoren, wie Sitzkraftsensoren
an das Airbagsteuergerät angeschlossen sein.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
parallele Konfiguration des Quasibusses,
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2 eine
serielle Konfiguration des Quasibusses,
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3 ein
Spannungszeitdiagramm,
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4 ein
erfindungsrelevanter Teil des Steuergeräts,
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5 ein
erstes Flussdiagramm und
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6 ein
zweites Flussdiagramm.
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1 erläutert
in einem Blockschaltbild eine parallele Konfiguration des Quasibussystems.
Es ist jeweils möglich, mehrere Quasibusse an das Steuergerät
ECU anzuschließen und auch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
von Sensoren zum Steuergerät zusätzlich vorzusehen.
Je nach Anforderungsprofil kann die jeweilige Konfiguration gewählt werden.
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Das
Steuergerät ECU beherbergt eine Elektronik E, die die Kommunikation über
den Quasibus 10 ermöglicht, der vorliegend als
Zweileitungssystem ausgebildet ist. An den Bus 10 sind
beispielhaft drei Sensoren S1, S2 und SN angeschlossen. Diese Sensoren
weisen jeweils ASIC1, ASIC2 und ASIC3, also einen elektronischen
Baustein auf, an den der Bus 10 angeschlossen ist. Damit
ist die Kommunikation zwischen der Elektronik E und den jeweiligen
Schaltkreisen Asic1, Asic2 und Asic3 der Sensoren S1, S2 und SN
möglich.
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Da
das Steuergerät ECU über einen Synchronisationsimpuls über
den Bus 10 die Sensoren S1, S2 und SN dazu veranlasst ihre
Daten zu senden, ist klar, dass dieser Synchronisationsimpuls alle Sensoren
S1, S2 bzw. SN mehr oder weniger zur gleichen Zeit erreicht. Daher
muss den Sensoren S1, S2 und SN bereits vorher entweder eine Nummer oder
gar der Zeitschlitz bekannt sein, in dem der jeweilige Sensor seine
Daten überträgt. Über die voreingestellte
Nummer ist es möglich, dass das Steuergerät ECU
den einzelnen Sensoren S1, S2 und SN jeweils Zeitschlitze zuordnet.
Dies kann sehr dynamisch geschehen, um veränderten Datenaufkommen frühzeitig
entgegenwirken zu können.
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Erfindungsgemäß erkennt
die Elektronik E beispielsweise an den übertragenen Daten,
ob ein Fehlerbild bei dem jeweiligen Sensor S1, S2 bzw. SN vorliegt.
Dazu prüft das Steuergerät ECU mittels der Elektronik
E beispielsweise die Übertragungsfehlerrate der empfangenen
Daten. Sind die Daten so, dass überhaupt keine Daten mehr
identifiziert werden können, dann spricht vieles dafür,
dass ein Sensor die Übertragung aufgrund seines Fehlers
erheblich stört. Um diesen Fehler zu begegnen wird die
Erfindung eingesetzt. Dafür führt das Steuergerät
ECU mittels der Elektronik E einen Neustart des Quasibusses 10 durch.
Dafür wird zunächst die Spannung von der Busleitung 10 abgeschaltet
und dann wieder hinzugeschaltet. Dies ist auch als Reset allgemein
bekannt. In der Initialisierungsphase werden dann den einzelnen
Sensoren S1, S2 und SN Zeitschlitze zugeordnet, wobei nunmehr der
Sensor SN vom Quasibus getrennt wird und daher keinen Zeitschlitz
erhält. Dafür wird die Elektronik ASIC3 derart
veranlasst, den Sensor SN abzuschalten. Dieses Verfahren wird solange
wiederholt, d. h. es werden solange Sensoren abgetrennt vom Quasibus,
bis der defekte Sensor dabei ist. Dies kann natürlich dazu
führen, wenn der erste Sensor S1 defekt ist, dass alle
Sensoren abgetrennt werden. Aber dies ist ein Preis der vorliegend gezahlt
wird.
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Der
Fehler eines einzelnen Sensors kann bereits in der Initialisierung
erkannt werden. Dabei kann eine oder eine Kombination aus den oben
beschriebenen Methoden zur Fehlerbilderkennung verwendet werden.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform, nämlich die
Daisy Chain-Konfiguration, d. h. die serielle Hintereinanderschaltung
der einzelnen Sensoren S1, S2 und SN. Es werden wieder gleiche Bezugszeichen
verwendet, bis auf die neuen Komponenten T1, T2 und T3, die als
Längstransistoren vorliegend fungieren und dafür
sorgen, dass der nachfolgende Sensor zum Quasibus hinzugeschaltet
wird oder nicht. Die Spannungen VS1, VS2 und VN sind die Eingangsspannungen
an den jeweiligen Sensoren. Hier liegt dann auch der Signalisierungsimpuls des
Steuergeräts an, um den einzelnen Transistor T1, T2 zu
veranlassen, den nachfolgenden Sensor zum Quasibus hinzuzuschalten.
Nur wenn der nachfolgende Sensor geplantermaßen abgeschaltet
werden soll, wie es erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dann bleibt der Längstransistor T1 oder T2 geöffnet. Varianten
die auch für 1 vorgestellt worden sind, sind
auch für 2 möglich.
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3 zeigt
in einem Spannungszeitdiagramm die Zeitschlitze, die den einzelnen
Sensoren zugeordnet sind. Hierbei sind dem ersten Sensor der Zeitschlitz 31,
der zweite Sensor dem Zeitschlitz 32 und der dritte Sensor
dem Zeitschlitz 33 zugeordnet. Die entsprechenden Zeiten,
die den Beginn des Zeitschlitzes und das Ende anzeigen, sind entsprechend angegeben.
tS1 zeigt den Beginn des Zeitschlitzes 31 und
tS1S das Ende. Entsprechend tS2 den
Beginn des zweiten Schlitzes 32 und tS2S das
Ende des zweiten Zeitschlitzes 32. tS3 zeigt
den Beginn des dritten Zeitschlitzes 33 und tS3S das
Ende des dritten Zeitschlitzes. Die Zeitschlitze bzw. Datenpakete 31, 32, 33 sind
innerhalb eines Abschnittes zwischen zwei Synchronisationsimpulsen.
Der Synchronisationsimpuls ist durch das Bezugszeichen 30 gekennzeichnet.
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4 zeigt
in einem Blockschaltbild die relevanten Teile des Steuergeräts
SG. Die anderen, ebenfalls für den Betrieb des Steuergeräts
SG notwendigen Teile sind der Einfachheit halber weggelassen worden. Über
ein Schnittstellenbaustein IF, beispielsweise einen integrierten
Baustein, ist der Quasibus an das Steuergerät angeschlossen.
Der Schnittstellenbaustein ist über Datenein- und Ausgänge
mit einem Mikrokontroller μC verbunden, der mehrere Module
A, F, R und S aufweist, die erfindungsgemäße Funktionen
ausführen. Die Module sind vorliegend als Softwaremodule
ausgebildet, es ist jedoch möglich sie als Hardware oder
Hardware in Verbindung mit Software auszubilden. Das Modul A ist
das Auswertemodul und stellt die Daten für den Auslösealgorithmus
für das Personenschutzsystem zur Verfügung. Das
Modul F ist das Fehlererkennungsmodul. Es erkennt die Fehler und
gibt dieses Ergebnis weiter an das Reset-Modul R, das ein Reset ausführt.
Dafür wird auch nach wenigen Sekunden Signalisierungsmittel
S aktiviert, um ein entsprechendes Signal an die Schnittstelle IF
abzubilden.
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5 zeigt
einen ersten Flussdiagramm des erfindungsgemäßen
Verfahrens. In Verfahrensschritt 500 werden die Daten der
Sensoren S1, S2 bis SN empfangen. Im Verfahrensschritt 501 erfolgt
die Fehlerbildsuche. War diese erfolgreich, so wird dies in Verfahrensschritt 502 geprüft.
Kommt der Verfahrensschritt 502 dazu, dass ein Fehlbild
vorliegt, dann wird der Verfahrensschritt 503 in der oben
beschriebenen Weise das Reset durchgeführt und im Verfahrensschritt 504 das
Trennsignal an den Längstransistor abgegeben, der damit
den letzten Transistor und Sensor abklemmt.
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Wurde
jedoch in Verfahrensschritt 502 erkannt, dass kein Fehlerbild
vorliegt, dann beginnt in Verfahrensschritt 505 die Datenverarbeitung.
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6 zeigt
eine Alternative hierzu. Im Verfahrensschritt 600 wird
der Neustart durchgeführt. Während dem Neustart
wird der Verfahrensschritt 601 beim Zuschalten der einzelnen
Sensoren ein defekter Sensor erkannt. Dies wird im Verfahrensschritt 602 abgespeichert.
Verfahrensschritt 603 erfolgt ein erneuter Neustart. Im
Verfahrensschritt 604 werden dann jedoch nur die Sensoren
n – 1 hinzugeschaltet und der letzte Sensor bleibt weg.
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Nachfolgend
wird ein weiteres Beispiel einer Programmierung von drei Sensoren
an einem Daisy-Chain-Bus gegeben. Die Annahme dabei ist, dass der
dritte Sensor am Kabelbaum in der Form defekt ist, dass er stets
auf Bus-Slot 3 sendet, unabhängig von der Daisy-Chain-Programmierung.
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Der
Mikrocontroller im Steuergerät überträgt folgende
Kommandos, codiert als Synchronpulsmuster:
- 1.
Programmierung des ersten Sensors am Kabelbaum auf Slot 3
- 2. Freigeben des Längstransistors (separates Kommando
oder kombiniert mit Kommando 1)
- 3. Programmierung des zweiten Sensors am Kabelbaum auf Slot
1
- 4. Freigeben des Längstransistors (separates Kommando
oder kombiniert mit Kommando 3)
- 5. Programmierung des dritten Sensors am Kabelbaum auf Slot
2
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Der
Mikrocontroller erkennt, dass die Kommunikation gestört
ist, denn Sensor 1 und Sensor 3 senden ihre Antworten auf demselben
Slot 3. Daraufhin schaltet der Mikrocontroller die Spannung des
betroffenen Kabelbaums aus und programmiert die Sensoren erneut
mit Ausnahme des dritten Sensors.
- 6. Programmierung
des ersten Sensors am Kabelbaum auf Slot 3
- 7. Freigeben des Längstransistors (separates Kommando
oder kombiniert mit Kommando 6)
- 8. Programmierung des zweiten Sensors am Kabelbaum auf Slot
1
- 9. Sperren des Längstransistors (dieses Kommando ist
nur notwendig, wenn die Transistorfreigabe als separates Kommando
erfolgt, sonst entfällt Kommando 9 und die Programmierung
ist abgeschlossen).
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Die
Programmierung ist abgeschlossen. Sensor 1 (Slot 3) und Sensor 2
(Slot 1) sind aktiviert. Sensor 3 ist über den gesperrten
Längstransistor von Sensor 2 deaktiviert. Am Sensor liegt
demnach keine Spannung an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10342044
A1 [0002]
- - DE 10342625 A1 [0002]