DE102009029122A1

DE102009029122A1 - Steuergerät und Verfahren zur Datenübertragung von wenigstens einem Sensor zu einem Steuergerät

Info

Publication number: DE102009029122A1
Application number: DE200910029122
Authority: DE
Inventors: Steffen Walker; Thoralf Rosahl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-03
Also published as: DE102009029122A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (1), insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einer Schnittstelle (PSIx) zum Empfang strommodulierter Sensorsignale und einem Schaltelement (2; 3), wobei ein Innenwiderstand des Schaltelementes (2; 3) als Messwiderstand zur Strommessung verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und ein Verfahren zur Datenübertragung von wenigstens einem Sensor zu einem Steuergerät.
Sensorsignale werden häufig über vordefinierte Schnittstellen an Steuergeräte zur weiteren Auswertung und Nutzung im Rahmen von Steuerungsaufgaben übertragen. Im Kraftfahrzeugbereich wird dazu beispielsweise eine strommodulierte Zweidraht-Schnittstelle eingesetzt, welche unter dem Namen „Peripheral Sensor Interface 5 (PSI 5)” bekannt ist. Dabei werden ein oder mehrere Sensoren durch das Steuergerät über eine Zweidrahtleitung, insbesondere eine verdrillte Zweidrahtleitung, mit einer Ruhespannung gespeist. Die von einem Sensor zu übertragenden Daten, also aufgenommene Messgrößen, werden dem vorhandenen Ruhestrom in Form von Stromimpulsen überlagert. Das auf diese Weise erzeugte Stromsignal wird auf der Empfangsseite im Steuergerät mit Hilfe eines eigens dafür vorgesehenen Messwiderstands (Shunt) abgegriffen und mit Hilfe eines Komparators demoduliert.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Steuergerät, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, bereit, welches eine Schnittstelle zum Empfang strommodulierter Sensorsignale und ein Schaltelement aufweist, wobei ein Innenwiderstand des Schaltelementes als Messwiderstand zur Strommessung verwendet wird.
Die Verwendung des parasitären Innenwiderstandes eines ohnehin in dem Steuergerät vorhandenen Schaltelementes als Messwiderstand ermöglicht den Verzicht auf einen zusätzlichen Messwiderstand (Shunt). Dadurch reduziert sich der Innenwiderstand des Steuergerätes erheblich. Da die Qualität des strommodulierten Sensorsignals wesentlich von dem Innenwiderstand des Empfangspfades des Steuergeräts beeinflusst wird, ergibt sich durch die Reduktion des Innenwiderstands eine deutlich verbesserte Signalform und somit eine verbesserte Erfassung der Messgröße des Sensors. Häufig werden auch mehrere Sensoren über die Schnittstelle mit dem Steuergerät verbunden, so dass die zur Verbindung des Steuergeräts mit den Sensoren verwendete Leitung die Funktion eines Datenbusses übernimmt. Der damit verbundene Bedarf an erhöhter Übertragungskapazität führt in Verbindung mit dem Innenwiderstand des Empfangspfades des Steuergeräts zu einer weiteren Verschlechterung der Signalform der Sensorsignale. Daher ist es insbesondere bei busfähigen Schnittstellen, also Schnittstellen, an welche mehrere Sensoren angeschlossen werden können, vorteilhaft, den Innenwiderstand des Steuergeräts zu reduzieren. Ist eine Verbesserung der Signalform des/der Sensorsignals/e bei einer speziellen Anwendung nicht erforderlich, so kann die erfindungsgemäße Reduktion des Innenwiderstands des Steuergeräts dazu genutzt werden, weitere Sensoren bei gleichbleibender Qualität der Sensorsignalformen über die Schnittstelle anzuschließen. Eine verbesserte Sensorsignalform kann darüber hinaus dazu genutzt werden, die Anforderungen an eine in dem Steuergerät zur Demodulierung des Sensorsignals vorgesehene Erkennungsmimik, z. B. in Form eines Komparators, zu senken, was sich beispielsweise in einer Reduktion der benötigten Siliziumfläche äußert. Auch der bisher benötigte gesonderte Messwiderstand (Shunt) benötigte aufgrund der geforderten hohen Stromtragfähigkeit relativ viel Siliziumfläche, welche durch die Erfindung ebenfalls eingespart werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung empfängt das Steuergerät die Sensorsignale über eine Zweidrahtleitung, insbesondere eine verdrillte Zweidrahtleitung. Außerdem kann ein an die Schnittstelle angeschlossener Sensor durch das Steuergerät über die Schnittstelle mit Energie versorgt werden. Diese Ausgestaltung entspricht auch der als PSI 5 bekannten Schnittstelle und stellt eine besonders robuste Art der Datenübertragung von einem Sensor zu einem Steuergerät sicher.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dient das Schaltelement in dem Steuergerät originär zur Herstellung oder Unterbrechung einer leitenden Verbindung zwischen einem übergeordneten Energieversorgungsnetz und dem mindestens einen Sensor. Zum Ein- und Ausschalten der Schnittstelle, also zum Herstellen oder Unterbrechen einer leitenden Verbindung zwischen einem Energieversorgungsnetz und dem Sensor ist in der Regel ein Schaltelement, zum Beispiel in Form eines Transistors, vorgesehen. Der parasitäre Innenwiderstand dieses Schaltelements kann als Messwiderstand genutzt werden, so dass ein zusätzlicher separater Messwiderstand nicht mehr erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Schaltelement zusätzlich zum Sperren eines Energierückflusses in das Energieversorgungsnetz oder zur Strombegrenzung im Falle eines Kurzschlusses dienen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem Steuergerät ein Komparator vorgesehen, welcher den über den Spannungsabfall am Innenwiderstand des Schaltelementes gemessenen Strom in ein digitales Signal wandelt. Dieses digitale Signal repräsentiert dann die Messgröße des Sensors.
Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zur Datenübertragung von wenigstens einem Sensor über eine Schnittstelle, insbesondere Zweidraht-Schnittstelle, zu einem Steuergerät bereit, wobei der Sensor Daten in Form strommodulierter Signale über die Schnittstelle an das Steuergerät überträgt, der Spannungsabfall an einem Innenwiderstand eines Schaltelementes in dem Steuergerät gemessen wird und abhängig von dem Spannungsabfall eine Messgröße des Sensors bestimmt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Figur.
Kurze Beschreibung der Figur
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuergeräts.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät 1 ist über einen Versorgungsspannungsanschluss VAS an ein nicht dargestelltes übergeordnetes Energieversorgungsnetz angeschlossen. Zwei in der dargestellten Ausführungsform als Anreicherungs-IG-FETs ausgeführte Schaltelemente 2 und 3 dienen der Herstellung oder Unterbrechung einer leitenden Verbindung zwischen dem Anschluss VAS des Energieversorgungsnetzes und einer Schnittstelle PSIx, an welchen ein nicht dargestellte Busleitung, insbesondere in Form einer verdrillten Zweidrahtleitung, angeschlossen werden kann und über den das Steuergerät 1 mit nicht dargestellten Sensoren verbunden werden kann. Die Steuereingänge der Schaltelemente 2 und 3 sind jeweils über eine Stromquelle 4 bzw. 5 mit einen Anschluss VDN verbunden, an welchen eine Spannungsversorgung angeschlossen werden kann. Neben den dargestellten FETs können auch vergleichbare Schaltelemente, insbesondere vergleichbare andere Transistortypen, eingesetzt werden. Parallel zu den Schaltelementen 2 und 3 ist jeweils eine Diode 6 bzw. 7 geschaltet. Dabei dient Schaltelement 2 in Verbindung mit Diode 4 auch zum Sperren eines Energierückflusses in das Energieversorgungsnetz und Schaltelement 3 in Verbindung mit Diode 5 auch zur Strombegrenzung im Falle eines Kurzschlusses.
Die über die Schnittstelle PSIx angeschlossenen Sensoren werden durch das Steuergerät 1 mit einer kontinuierlichen Ruhespannung gespeist. Die von den Sensoren zu übertragenen Daten werden dem vorhandenen Ruhestrom in Form von Stromimpulsen überlagert. Das auf diese Weise erzeugte Stromsignal wird in dem Steuergerät 1 mit Hilfe eines Komparators 8 demoduliert. Der Komparator 8 ist dazu parallel zu dem Schaltelement 3 geschaltet, dessen parasitärer Innenwiderstand als Messwiderstand zur Strommessung dient. Zur Nachführung des aktuellen Ruhestroms ist außerdem eine Ruhestromnachführung 9 vorgesehen, welche wiederum parallel zu dem Schaltelement 3 geschaltet und dem Komparator 8 geschaltet ist. In einer alternativen Ausführungsform können Komparator 8 und Ruhestromnachführung 9 auch parallel zu Schaltelement 2 geschaltet werden. Entgegen der in 1 dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, innerhalb des Steuergeräts 1 nur ein Schaltelement vorzusehen, welches zum Beispiel nur zum Ein- und Ausschalten der Schnittstelle dient. Wohingegen ein Sperren eines Energierückflusses in das Energieversorgungsnetz und/oder eine Strombegrenzung im Falle eines Kurzschlusses durch Schaltungskomponenten außerhalb des Steuergeräts realisiert werden.
Da das in 1 dargestellte Steuergerät mit einer Schnittstelle PSIx versehen ist, welche zum Anschluss einer Busleitung und damit zum Anschluss mehrerer Sensoren dient, ist in dem Steuergerät 1 zusätzlich ein Anschluss VSYNC vorgesehen, um über Stromquellen 10 und 11 Spannungspulse zur Synchronisierung der einzelnen Sensoren zu erzeugen. Die Erfindung ist aber auch auf Systeme anwendbar, bei denen die Schnittstelle nicht busfähig ausgeführt ist.
Die Erfindung ist besonders im Bereich von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, anwendbar, und eignet sich zum Beispiel zum Einsatz im Bereich der Airbagsteuerung oder des Motormanagements. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Steuergerät zum Einsatz in Verbindung mit einer PSI5-Schnittstelle geeignet.

Claims

Steuergerät (1), insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einer Schnittstelle (PSIx) zum Empfang strommodulierter Sensorsignale und einem Schaltelement (2; 3), wobei ein Innenwiderstand des Schaltelementes (2; 3) als Messwiderstand zur Strommessung verwendet wird.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät (1) die Sensorsignale über eine Zweidrahtleitung, insbesondere eine verdrillte Zweidrahtleitung, empfängt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mindestens ein an die Schnittstelle (PSIx) angeschlossener Sensor durch das Steuergerät (1) über die Schnittstelle mit Energie versorgt wird.
Steuergerät nach Anspruch 3, wobei das Schaltelement (2; 3) zur Herstellung/Unterbrechung einer leitenden Verbindung zwischen einem Energieversorgungsnetz und dem mindestens einen Sensor dient.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (2; 3) zum Sperren eines Energierückflusses in ein Energieversorgungsnetz oder zur Strombegrenzung im Falle eines Kurzschlusses dient.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Komparator (8) vorgesehen ist zum Wandeln des gemessenen Stromes in ein digitales, eine Messgröße des Sensors repräsentierendes Signal.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (2; 3) als Transistor ausgeführt ist.
Verfahren zur Datenübertragung von wenigstens einem Sensor über eine Schnittstelle (PSIx), insbesondere Zweidraht-Schnittstelle, zu einem Steuergerät (1), insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, wobei der Sensor Daten in Form strommodulierter Signale über die Schnittstelle (PSIx) an das Steuergerät (1) überträgt, der Spannungsabfall an einem Innenwiderstand eines Schaltelementes (2; 3) in dem Steuergerät (1) gemessen wird und abhängig von dem Spannungsabfall eine Messgröße des Sensors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Sensor durch das Steuergerät (1) über die Schnittstelle (PSIx) mit Energie versorgt wird.