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Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungsverfahren für eine Datensendeeinheit sowie eine damit verbundene Datenempfangseinheit, wobei die Datensendeeinheit Daten in Form von Datensätzen gemäß des Signal-Edge-Nibble-Transmission-Datenübertragungsprotokolls (SENT-Protokoll) an die Datenempfangseinheit sendet, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug.
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In einem modernen Kraftfahrzeug werden mehr und mehr elektronische Steuergeräte und Sensoren verbaut, die Daten miteinander austauschen. Häufig werden die Einheiten mittels eines Bussystems, beispielsweise eines Local Interconnect Network (LIN) Bussystems, miteinander zum Zweck des Datenaustausches verbunden. Dabei fragt ein Steuergerät zyklisch die damit kommunizierenden Sensoren oder Bedienelemente ab, wobei sich die Steuergeräte stets in ihrem Betriebsmodus befinden – also „wach” – sein müssen, um die Abfragen durchführen zu können, was mit einem stetigen Energieverbrauch verbunden ist, selbst wenn die Steuergeräte nur extrem selten benötigt werden. Ferner wird durch den ständigen Pegelwechsel auf der Signalleitung elektrische Energie verbraucht.
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Anstelle eines Bussystems kann zur Datenübertragung zwischen einem Steuergerät und zugeordneten Sensoren oder Bedienelementen, wie Schaltern, das sogenannte SENT-Protokoll eingesetzt werden, bei dem das Steuergerät mit den Sensoren bzw. Aktoren in direkter Kalbelverbindung steht, wobei Datensätze nach einem vorgegebenen Protokoll (SAE J2716 FEB2008) übertragen werden. Bei diesem Protokoll umfasst ein Datensatz einen Synchronisationsimpuls, einen Statusimpuls, mehrere 4-Bit Datenimpulse und ein Prüfsummenimpuls. Datenübertragungen nach dem SENT-Protokoll haben den Vorteil eines kompakten und einfachen Aufbaus sowie einer im Vergleich zu anderen Protokollen reduzierten Anzahl von Pegel- und damit Flankenwechseln, das wiederum bedeutet einen geringeren Energieverbrauch. Dabei ist es jedoch erforderlich, dass das Steuergerät stets im Strom konsumierenden Betriebsmodus verbleibt, denn es können jederzeit Signale von angeschlossenen Sensoren oder Schaltern eingehen. Dadurch verbrauchen derartige Steuergeräte insbesondere dann unnötig elektrische Energie, wenn diese nur sehr selten benötigt werden, wie beispielsweise Sitzverstelleinrichtungen.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch von gemäß dem SENT-Protokoll kommunizierenden Datensende- und Datenempfangseinheiten zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
In modernen Fahrzeugen werden mehr und mehr elektronische Steuergeräte verbaut. Diese Steuergeräte verbrauchen auch dann elektrische Energie und damit Kraftstoff, wenn die Steuergeräte gerade nicht aktiv einen Beitrag leisten. Wird der LIN-Bus als Sensor- oder Schalterbus verwendet, so fragt das Steuergerät zyklisch den Sensor bzw. die Schaltereinheit ab.
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Die Steuergeräte müssen wach sein, damit sie die Abfrage durchführen können und durch den ständigen Pegelwechsel auf der Signalleitung wird zusätzlich elektrische Energie verbraucht. Hier ist zu beachten, dass das LIN-Protokoll bitcodiert übertragen wird. Anwendbar ist dieser Vorschlag überall da, wo nur ein LIN-Teilnehmer an einen LIN-Bus angeschlossen wurde und ein Versenden der Nachrichten von einem Sensor oder Schalterblock aus aktiviert werden kann.
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Daher sieht die Erfindung den Einsatz des SENT-Protokolls vor, wobei der Sendemaster der Sensor oder der Schalter (im Folgenden allgemeiner auch als Bedienelement bezeichnet) ist. Das Versenden kann dann so gesteuert werden, dass nur bei einem Betätigen des Schalters bzw. Bedienelements eine Nachricht übertragen wird oder beim Sensor dann überfragen wird, wenn sich eine Zustandsänderung ergibt. Zusätzlich oder alternativ ist eine zyklische Übertragung möglich. Der Pegelwechsel auf der Signalleitung kann zusätzlich als „Wake-Up”-Impuls für das Steuergerät verwendet werden. Somit kann das Steuergerät immer wieder in einen „Sleep”-Modus (Energiesparmodus) schalten. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Umschaltung der Prozessorfrequenz vorgenommen werden, solange die Botschaft nur zyklisch in einem langsamen Raster erfolgt. Erst durch die höhere Übertragungsrate wird auch die Prozessorfrequenz angehoben, z. B. angewendet bei der elektrischen Verstellung von Sitzen in einem Kraftfahrzeug.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Versendung von Datensätzen diskontinuierlich, wobei die Datenempfangseinheit einen Betriebsmodus sowie einen Energiesparmodus mit vermindertem Energieverbrauch aufweist. Unter einer diskontinuierlichen Versendung von Daten wird verstanden, dass nur dann Daten gesendet werden, wenn gegenüber einem früher versendeten Signal eine Änderung stattgefunden hat, die einen gewissen Schwellwert überschreitet oder ein Ereignis eingetroffen ist, das ein erneutes versenden eines Datensatzes bedingt. Bei Eingang eines Signals von einem Sensor, Schalter o. ä. wird durch die Datensendeeinheit geprüft, ob eine Sensorsignalveränderung stattgefunden hat, die den Schwellwert überschreitet und nur dann wird von der Datensendeeinheit ein Datensatz erzeugt, welcher der Datenempfangseinheit zugeleitet wird. Eine solche Signaländerung tritt ein, wenn ein Bedienelement betätigt wird. Beispielsweise bei einer Anwendung für eine Sitzverstelleinrichtung kann es sein, dass über viele Betriebsstunden hinweg gar kein Datensatz erzeugt wird und erst wenn ein Benutzer einen Sitzverstellhebel betätigt, wird ein Datensatz erzeugt.
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Die Datenempfangseinheit bzw. Steuereinheit befindet sich meist im Energiesparmodus bzw. wird in diesen geschaltet, wenn diese vorzugsweise während eines vorgegebenen Zeitraums (von beispielsweise 1 und 100 Sekunden). keinen Datensatz von der Datensendeeinheit empfängt. Dabei ist die Datenempfangseinheit so auszuführen, dass sie auch im Energiesparmodus Daten empfangen kann. Sobald die Datenempfangseinheit den Beginn der Übertragung eines Datensatzes feststellt, erfolgt eine Umschaltung in den Betriebsmodus. Dabei kann der für die Synchronisation der Datenübertragung erforderliche Synchronisationsimpuls zeitlich genau erfasst werden, indem ein sog. Zeitstempel genommen wird, so dass die darauffolgenden Datenimpulse empfangen und ausgewertet werden können.
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Der Energieverbrauch einer typischen Steuereinheit bzw. Datenempfangseinheit liegt im Betriebsmodus im Milli-Ampere-Bereich, während dieser im Energiesparmodus typischerweise im Mikro-Ampere-Bereich liegt. Somit lässt sich bei einer Reihe von Steuergeräten, bei denen Sensoren oder Bedienelemente nur sehr selten betätigt werden (Fensterheber oder eine Verstelleinheit für Sitze), eine erhebliche Energieeinsparung erzielen. Dies führt insbesondere beim Vorhandensein mehrerer solcher Systeme bei Anwendung der Erfindung in einem Kraftfahrzeug zu einer Kraftstoffeinsparung und damit zur Abgasreduzierung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird im Energiesparmodus die Taktfrequenz der Datenempfangseinheit reduziert. Eine Taktfrequenzreduzierung führt zu einer zusätzlichen Energieeinsparung im Bereich von 60% bis 90%.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Datenübertragungsverfahrens eine Datensendeeinheit, mindestens einen Sensor oder ein Bedienelement sowie eine Signalverarbeitungseinheit, welche die Sensorsignale in Datensätze nach dem SENT-Protokoll umwandelt. Unter dem Begriff „Bedienelement” wird ein zu betätigender Schalter, Stufenschalter oder Potentiometer o. ä. verstanden, das binäre oder analoge Eingangssignale liefert.
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Gemäß noch einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Datensendeeinheit, die mit einer Datenempfangseinheit sowie mit einem Aktuator verbunden ist und bei Erhalt von einer Datensendeeinheit im SENT-Protokoll erhaltener Daten aus einem Energiesparmodus in einen Betriebsmodus schaltbar ist. Nach Erhalt eines SENT-Datensatzes schaltet diese in den Betriebsmodus und wertet anschließend den SENT-Datensatz aus. Das daraus erhaltene Stellsignal für einen mit der Datenempfangseinheit verbundenen Aktuator (z. B. ein Schrittmotor) wird der Endstufe des Aktuators oder, falls diese keine Endstufe erfordert, dem Aktuator selber zugeführt. Sofern die Datenempfangseinheit innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes kein neuerliches SENT-Signal empfängt, schaltet sich diese zurück in den Energiesparmodus.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Datenübertragungsverfahrens eine Datenverarbeitungseinheit, die mindestens eine Datensendeeinheit steuert, die mit einer Datenempfangseinheit gekoppelt ist. Bei dieser Ausgestaltung führt die Datenverarbeitungseinheit anhand vorgegebener Programmabläufe und gegebenenfalls gekoppelt mit Sensor- und/oder weiteren Eingängen eine Datenverarbeitung durch, bei der nur selten eine oder mehrere Steuereinheiten anzusteuern sind. Beispielsweise kann ein Schalter zur Betätigung einer Sitzverstellung direkt mit der Datenverarbeitungseinheit gekoppelt sein und nur wenn dieser Schalter betätigt wird, erfolgt ein Signal an die mindestens eine Datensendeeinheit, welche das Signal in das SENT-Format wandelt und die damit verbundene Datenempfangseinheit ansteuert, die in diesem Beispiel mit einem Stellmotor zur Sitzverstellung verbunden ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer separaten oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Dabei zeigt:
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1: ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2: ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine Datenübertragungsvorrichtung 10 dargestellt, die eine Signalerzeugungseinheit 12 umfasst, welche als Sensor oder Bedienelement (Schalter, Steller, Potentiometer etc.) ausgebildet sein kann. Das Signal der Signalerzeugungseinheit 12 wird einer Signalverarbeitungseinheit 13 zugeführt, welche das binäre oder analoge Signal der Signalerzeugungseinheit 12 in einen Datensatz gemäß dem SENT-Protokoll umwandelt und der Datensendeeinheit 14 zuführt, die zunächst prüft, ob eine Änderung des Signals gegenüber einem früheren Signal stattgefunden hat bzw. ob eine Änderung erfolgt ist, die sich mindestens um einen Schwellwert gegenüber dem letzten relevanten Signalwert unterscheidet. Wenn dies nicht der Fall ist, geschieht weiter nichts. Wenn dies hingegen der Fall ist, so wird in der Datensendeeinheit 14 der gemäß dem SENT-Protokoll kodierte Datensatz einer mehradrigen Leitung 16 zugeführt.
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Nach dem SENT-Protokoll wird eine Folge von Impulsen generiert, deren jeweilige Länge (also die Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden abfallenden Flanken) nach vorgegebenen Kriterien bestimmt wird. Zunächst wird ein Synchronisationsimpuls von 56 Takten einer bestimmten Taktdauer erzeugt (beispielsweise 3 μs). Anschließend folgt ein Statusimpuls mit einer 4-Bit-Statusinformation („Nibble” genannt), wobei die Dateninformation in der Länge des Impulses/Nibbles enthalten ist. Dazu hat der Statusimpuls eine Mindestlänge von 12 Takten. Aus den 4 Bit der Statusinformation wird ein Dezimalwert zwischen 0 und 15 bestimmt. Die Länge des Statusimpulses ergibt sich danach als 12 Takte Basislänge zuzüglich einer Anzahl Takte, die dem Dezimalwert entspricht. Sofern die 4 Bits beispielsweise dem Dezimalwert 9 entsprechen, ist die Länge des Statusimpulses 12 + 9 = 21 Takte.
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Als nächstes folgt eine Sequenz von einem oder mehreren 4-Bit-Impulsen/Nibbles, welche die zu übertragenen Daten enthalten. Um beispielsweise ein 12-Bit-Signal zu übertragen werden 3 aufeinanderfolgende 4-Bit-Datenimpulse/Nibble übertragen. Schließlich folgt ein 4-Bit-Prüfsummenimpuls, wobei die Prüfsumme aus den Datenimpulsen berechnet wird.
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Die Empfangseinheit synchronisiert sich anhand des Synchronisationsimpulses und; bestimmt daraus die Taktlänge und misst anschließend anhand aufeinanderfolgender abfallender Flanken die jeweiligen Impulslängen und errechnet daraus die Datenwerte.
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Über die Leitung 16 ist die Datensendeeinheit 14 mit einer Datenempfangseinheit 18 verbunden, an die der Datensatz gesendet wird. Die Datenempfangseinheit 18 wertet den übertragenen Datensatz aus und ermittelt daraus die übertragenen Daten und führt abhängig davon weitere Datenverarbeitungsschritte durch, beispielsweise einen angeschlossenen Aktor, (z. B. einen Stellmotor) 20 anzusteuern.
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Die Datenempfangseinheit 18 weist dabei einen Betriebsmodus sowie einen Energiesparmodus auf. Im Betriebsmodus erfolgt die normale Datenverarbeitung. Im Energiesparmodus sind gewisse Einstellungen vorgesehen, die den Stromverbrauch absenken. Darunter kann die Abschaltung gewisser Systemkomponenten fallen bzw. das Kopieren der Systemkonfiguration in den Arbeitsspeicher und die Absenkung der Taktfrequenz. Insbesondere sind Energiesparmaßnahmen nach dem ACPI-Standard (Advanced Configuration and Power Interface) für die Energieverwaltung von Computern. Im Energiesparmodus lässt sich damit je nach Konfiguration 80%–95% der Energie einsparen.
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Gleichzeitig umfasst die Datenempfangseinheit 18 eine Aktivierungseinheit 22, welche die Signale auf der Leitung 16 überwacht und bei Feststellung einer Signalflanke zum ersten einen Zeitstempel erzeugt und zum zweiten die Datenempfangseinheit 18 aus dem Energiesparmodus in den Betriebsmodus schaltet, sofern diese nicht bereits im letztgenannten Zustand war. Anhand des Zeitstempels kann die Datenempfangseinheit 18 nach Erfassung der abfallenden Flanke des Synchronisationsimpulses die Taktlänge bestimmen und aufgrund dessen die Datenverarbeitung des empfangenen Datensatzes durchführen. Dazu besteht ausreichend Zeit, denn der Synchronisationsimpuls ist 56 Takte lang, bei einer Taktlänge von 3 μs sind dies 168 μs.
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Sofern sich die Datenempfangseinheit 18 im Betriebsmodus befindet und über längere Zeit, insbesondere mehrere Sekunden oder Minuten, kein Signal auf der Leitung 16 feststellt, schaltet sich diese in den Energiesparmodus.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bauteile wie in 1 weisen die gleichen Bezugszeichen auf. Bei dieser Ausführungsform ist eine Datenverarbeitungseinheit 22 vorgesehen, die mit mindestens einem Sensor 12a und einem Bedienelement 12b verbunden ist. Vorzugsweise wird die Datenverarbeitungseinheit 22 in der Praxis mit etlichen Sensoren 12a zur Erfassung der unterschiedlichsten Daten und auch mit mehreren Bedienelementen 12b verbunden sein. Die Datenverarbeitungseinheit 22 ist vorzugsweise ein zentraler Rechner mit einer CPU, Speicher und Peripheriebauteilen, der beispielsweise in einem modernen Kraftfahrzeug die Steuerung des Motors beinhalten kann. Die Sensor- und Bedienelementsignale werden von der Datenverarbeitungseinheit 22 entsprechend programmierter Vorgaben verarbeitet und dementsprechend sollen gegebenenfalls einzelne Aktoren 20 angesteuert werden. Dazu ist die Datenverarbeitungseinheit 22 mit einer Anzahl an Datensendeeinheiten 14 gekoppelt, die wiederum über Leitungen 16 mit Datenempfangseinheiten 18 verbunden sind. Die Datenempfangseinheiten 18 steuern dann jeweils einen Aktor 20 an. Dabei ist immer genau eine Datensendeeinheit 14 mit einer Datenempfangseinheit 18 verbunden.
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Sofern bei Signalen von einem Sensor 12a oder einem Bedienelement 12b die Betätigung eines Aktors 20 erfolgen soll, so wird die zugehörige Datensendeeinheit 14 mit einem Datensatz im SENT-Format beaufschlagt, welche diesen Datensatz an die entsprechende Datenempfangseinheit 18 leitet, die wiederum nach Auswertung der SENT-formatierten Steuerungsdaten den Aktor 20 ansteuert. Sofern für einen bestimmten Zeitraum keine Datensätze ankommen, schalten sich die Datenempfangseinheiten 18 in den Energiesparmodus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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