DE102012218274A1 - Paralleles Auslesen eines analogen Sensors durch zwei Steuereinheiten - Google Patents

Paralleles Auslesen eines analogen Sensors durch zwei Steuereinheiten Download PDF

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Abstract

Anordnung (2) zum Auslesen eines Sensorelementes (4) in einem Fahrzeug, aufweisend ein Sensorelement (4) mit zumindest einem analogen Signalausgang (8a); eine erste Steuereinheit (6a) mit zumindest einem ersten Signaleingang (10a); und zumindest eine zweite Steuereinheit (6b) mit zumindest einem zweiten Signaleingang (12a); wobei der Signalausgang (8a) mit dem ersten Signaleingang (10a) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (8a) mit dem zweiten Signaleingang (12a) verbunden ist; und wobei der zweite Signalausgang (12a) unter Verwendung eines Spannungsteilers (22) mit dem Signalausgang (8a) verbunden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Sensortechnik in Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein paralleles Auslesen eines analogen Sensors durch zwei Steuereinheiten und somit die parallel Weitergabe des Sensorsignals an beide Steuereinheiten. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum Auslesen eines Sensorelementes in einem Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Stand der Technik
  • Sensoren in Fahrzeugen nehmen analoge und digitale Messwerte auf und leiten diese mit geeigneten Mitteln an weitere Elektronikkomponenten bzw. Steuergeräte im Fahrzeug weiter. Diese verwenden die Messdaten, um das Fahrzeugverhalten zu beeinflussen und insbesondere den Betrieb des Fahrzeugs sicherzustellen.
  • Bei manchen Applikationen im Fahrzeug mag es auftreten, dass eine identische Messgröße, somit eine Messgröße eines bestimmten Sensors, nicht nur von einer, sondern von einer Mehrzahl, beispielsweise zwei oder drei, verschiedener Steuereinheiten benötigt wird. Diese Steuereinheiten können insbesondere an verschiedenen Orten im Fahrzeug positioniert sein, so dass eine feste Kopplung der Masseanbindung der mehreren Steuereinheiten oft nicht gut genug möglich ist. Dadurch kann ein analoges Sensorsignal oft nicht einfach aufgezweigt und an die Mehrzahl von Steuereinheiten weitergeleitet werden, da ein Masseversatz zwischen den Steuereinheiten zu einem möglicherweise signifikanten Messfehler führen könnte. Zumindest mögen aufgrund des Masseversatzes die gemessenen Werte des Sensorsignals abweichen.
  • Herkömmlich wird eine identische Messgröße auf mehrere Steuereinheiten derart aufgeteilt, dass entweder ein zweiter Sensor für dieselbe Messgröße vorgesehen ist, welcher dann von einem zweiten Steuergerät bzw. einer zweiten Steuereinheit direkt ausgelesen wird. Alternativ kann der von einer Steuereinheit ermittelte Messwert unter Verwendung von geeignten Kommunikationsschnittstellen an weitere Steuereinheiten weitergegeben werden. Während der Verbau eines zweiten Sensors teilweise erhebliche Zusatzkosten nach sich zieht und auch möglicherweise aufgrund räumlicher Gegebenheiten nur schwer realisierbar ist, bewirkt die Übertragung des Messwertes über einen Datenbus meist eine nicht zu vernachlässigenden Signalverzögerung aufgrund der benötigten Übertragungs-Zeit. Ein solcher Signalverzug mag, falls die Messgröße direkt in einen Regelkreis eingreift, oft nicht akzeptabel sein.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung mag somit darin gesehen werden, eine Übermittlung eines Messsignals zu mehreren Steuereinheiten parallel vorzunehmen, welche kostengünstiger und/oder echtzeitgeeigneter ist als herkömmliche Realisierungen.
  • Demgemäß wird eine Anordnung zum Auslesen eines Sensorelementes in einem Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Sensorelement verwendet, das zunächst auf im Wesentlichen herkömmliche Weise mit einer ersten Steuereinheit verbunden ist, die das relevante Messsignal auswertet bzw. den relevanten Messwert ermittelt und zur weiteren Verwendung im Fahrzeug aufbereitet bzw. weiterleitet. Eine derartige Verbindung kann im Wesentlichen aus einer direkten, leitfähigen Verbindung zwischen dem Sensorelement und der Steuereinheit bestehen.
  • Exemplarisch weist ein Sensorelement einen Signalausgang sowie zwei Energieversorgungsanschlüsse, exemplarisch für positive Spannung und Erde ausgebildet. Eine Steuereinheit mag nun im Wesentlichen vergleichbare Anschlüsse aufweisen, insbesondere einen gemeinsamen Masseanschluss mit dem Sensorelement sowie eine positive Versorgungsspannung dem Sensorelement bereitstellen, z.B. im Falle dass es ein aktives Sensorelement ist. Das ausgegebene Messsignal kann in der Steuereinheit insbesondere unter Verwendung eines Analog/Digital-Wandlers digitalisiert werden.
  • Im Weiteren mag eine zweite Steuereinheit vorgesehen sein, welche jedoch möglicherweise an einem unterschiedlichen Ort im Fahrzeug angeordnet ist, insbesondere signifikant beabstandet von der ersten Steuereinheit. Durch diesen unterschiedlichen Anordnungsort mag nun ein Masseversatz zwischen den Erdanschlüssen der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit auftreten. Ein derartiger Masseversatz mag ein nicht identisches Massepotential darstellen, insbesondere mag eine Spannungsdifferenz zwischen den Masseanschlüssen der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit auftreten.
  • Würde nun von der zweiten Steuereinheit vergleichbar der ersten Steuereinheit das Messsignal abgegriffen werden, so bestünde die Möglichkeit, dass die einzelnen Steuereinheiten, insbesondere aufgrund des Masseversatzes, aus dem Sensorsignal einen unterschiedlichen Messwert ermitteln, wodurch die einzelnen Steuereinheiten von unterschiedlichen Gegebenheiten aufgrund des Messwertes im Fahrzeug ausgehen und unterschiedliche bzw. möglicherweise sich sogar katastrophal widersprechende Betriebszustände einzelner Fahrzeugkomponenten ansteuern würden.
  • Der Signalausgang des Sensorelementes kann an die zweite Steuereinheit übertragen werden, wobei insbesondere auch Bezugsmasse und/oder Spannungsversorgung des Sensorelementes an die zweite Steuereinheit weitergeleitet werden mögen. Da diese Spannungen gegebenenfalls unter der Bezugsmasse der zweiten Steuereinheit liegen können bzw. eine Referenzspannung eines Analog/Digital-Wandlers der zweiten Steuereinheit überschreiten können, ist erfindungsgemäß zumindest ein Spannungsteiler vorgesehen, um das Signal des Sensorelementes in die zweite Steuereinheit einzulesen.
  • Der Signalausgang des Sensorelementes, die Versorgungsspannung sowie der Erdanschluss mögen über geeignete Vorwiderstände mit den jeweiligen Anschlüssen der zweiten Steuereinheit verbunden werden. Diese Anschlüsse können insbesondere an den Analog/Digital-Wandler der zweiten Steuereinheit übertragen werden. Die zweite Steuereinheit kann wiederum eine Spannungsversorgung sowie einen Erdanschluss vorsehen, zwischen welchen Anschlüssen ein Spannungsteiler angeordnet ist ist, der als Mittelpunkt zwischen zwei spannungsteilenden Widerständen zumindest das Ausgangssignal des Sensorelementes oder aber auch dessen Versorgungsspannung und Erdanschluss aufweist.
  • Zwischen den beiden Steuereinheiten kann eine Datenbusverbindung vorgesehen sein, beispielsweise eine CAN-Bus-Verbindung, um Informationen von der ersten Steuereinheit an die zweite Steuereinheit zu übertragen, insbesondere Informationen bezüglich des Sensormesswertes, welche verwendet werden mögen, um Toleranzen der Spannungsteiler der zweiten Steuereinheit über einen Abgleich zu kompensieren. Hierbei mag die direkte Auslese des Analogwertes eines Sensorelementes durch die zweite Steuereinheit im Wesentlichen vergleichbar schnell wie bei der ersten Steuereinheit erfolgen, während ein Abgleich über eine Datenbusverbindung zwischen den Steuereinheiten auch langsamer, insbesondere wesentlich langsamer erfolgen kann. Verzögerungszeiten aufgrund einer Digitalisierung und/oder Aufbereitung des Messwertes vor der Weiterleitung der Informationen an die zweite Steuereinheit durch die erste Steuereinheit zum Abgleich mögen im Wesentlichen unkritisch sein.
  • Je nach geforderter Genauigkeit kann, insbesondere wenn ein Abgleich zwischen den Steuereinheiten stattfindet, auf die Übertragung der Versorgungsspannung und auch des Massesignals verzichtet werden und beispielsweise nur Masse- und Signalausgang des Sensorelementes, Versorgungsausgang und Signalausgang oder auch nur der Signalausgang an die zweite Steuereinheit übertragen werden.
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine exemplarische Ausgestaltung eines Schaltdiagramms einer Anordnung zum Auslesen eines Sensorelementes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 eine weitere Ausgestaltung eines Schaltdiagramms einer Anordnung zum Auslesen eines Sensorelementes gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Weiter Bezug nehmend auf 1 wird eine exemplarische Ausgestaltung eines Schaltdiagramms einer Anordnung zum Auslesen eines Sensorelementes gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • In 1 ist eine Anordnung 2 mit einem Sensorelement 4 sowie zwei Steuereinheiten 6a, b dargestellt. Sensorelement 4 weist exemplarisch drei Anschlüsse, einen Signalausgang 8a, einen Versorgungsspannungsanschluss 8b sowie einen Erdanschluss 8c auf. Steuergerät 1 6a weist vergleichbare Anschlüsse 10a, b, c auf. Die Anschlüsse sind in 1 exemplarisch zwischen dem Sensorelement 4 und der Steuereinheit 6a direkt verbunden. Steuergerät 1 6a weist einen Digital/Analog-Wandler 14 zur Digitalisierung des Sensorsignals 8a auf sowie eine Energieversorgung 16 unter Verwendung welcher beispielsweise das Sensorelement 4 als aktiver Sensor betreibbar ist. Weitere Verarbeitungsschritte des Signals 8c in der Steuereinheit 6a sind in 1 nicht näher dargestellt. Die Steuereinheit 6a weist einen Anschluss an eine Datenverbindung 18 auf, mittels welcher u.a. eine Information bezüglich des Sensormesswertes in geeigneter Weise im Fahrzeug verteilt werden mag.
  • Parallel zur Steuereinheit 1 6a ist Steuereinheit 2 6b vorgesehen. Steuereinheit 2 6b greift zumindest den Signalanschluss 8a von Sensorelement 4 ab und leitet diesen unter Verwendung eines Vorwiderstandes 22 an einen Analog/Digital-Wandler 14b der Steuereinheit 2 6b weiter. Steuereinheit 2 6b weist hierzu einen Anschluss 12a auf. In den geeigneten Analog/Digital-Wandler 14b können gleichfalls, ebenfalls über geeignete Vorwiderstände 22, die Anschlüsse 8b, c des Sensorelementes 4 an vergleichbare Anschlüsse 12b, c der Steuereinheit 2 6b angeschlossen werden.
  • Steuereinheit 2 6b weist exemplarisch eine Energieversorgung 16b sowie einen Erdanschluss 12e auf, zwischen welchen Anschlüssen unter Verwendung der Widerstände 24, 26 ein Spannungsteiler aufgebaut wird. Der Spannungsteiler wird hierbei zusammen mit dem jeweiligen Eingangswiderstand 22 ausgebildet.
  • Insbesondere mag nur das Signal 8a an den entsprechenden Eingang 12a des Analog/Digital-Wandlers 14b der Steuereinheit 2 6b angeschlossen sein unter Verwendung des Spannungsteilers ausgebildet aus den Widerständen 22, 24, 26. Alternativ können weiterhin Anschlüsse 8b und/oder 8c unter Verwendung von vergleichbaren Spannungsteilern an die weiteren Eingänge 12b, c des Analog/Digital-Wandlers 14b angeschlossen sein. Die Widerstände 22, 24 und 26 sind in 1 exemplarisch als gleichwertig dargestellt. Die genaue Auslegung und damit die Werte der Widerstände ist jedoch einer konkreten Ausgestaltung geschuldet und im Rahmen dieser entsprechend variabel.
  • Eine mögliche Auslegung ist Widerstand 22 RIN mit ca. 10 kΩ sowie Widerstände 24, 26 RVD jeweils mit ca. 100 kΩ. Hieraus resultiert eine nur relativ schwache Kopplung der Steuereinheiten 6a, b aneinander. Die Auswertung des Signals 8a in Steuereinheit 2 6b erfolgt dabei gemäß folgender Formel:
    Figure DE102012218274A1_0002
    und ergibt einen Signalwert in Prozent der ursprünglichen Spannung von VSUP1. Ein Vergleich mit dem direkt gemessenen Signalwert aus der Steuereinheit 1 6a, welche Information über die Datenverbindung 18 übertragen werden kann, ermöglicht einen vergleichsweise langsamen Abgleich und stellt im Weiteren eine Möglichkeit bereit, einen Fehler der Spannungsteiler herauszuadaptieren.
  • Weiter Bezug nehmend auf 2 wird eine weitere Ausgestaltung eines Schaltdiagramms einer Anordnung zum Auslesen eines Sensorelementes gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • 2 unterscheidet sich von 1 nur dahingehend, dass Sensorelement 4 bereits einen parallelen Signalausgang 8a aufweist, somit über mehrere Signalausgänge 8a, a‘ verfügt, die dasselbe Signal ausgeben. In diesem Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung 2 den Anschluss der zweiten Steuereinheit 6b unter Verwendung des Anschlusses 8a‘. Da wiederum der Abgriff der Anschlüsse 8b, c des Sensorelementes 4 zu Steuereinheit 2 6b optional ist, mag es ausreichen, lediglich eine Leitung von Anschluss 8a‘ zur Steuereinheit 2 6b im Fahrzeug zu verlegen.
  • Ein konkreter Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Verwendung für ein aktives Fahrpedal. Hierbei mag die Information über die Pedalstellung sowohl in einem zentralen Motorsteuergerät verwendet werden als auch in einer lokalen Ansteuerelektronik im aktiven Fahrpedal vor Ort, beispielsweise für eine Force-Feedback-Anwendung.

Claims (8)

  1. Anordnung (2) zum Auslesen eines Sensorelementes (4) in einem Fahrzeug, aufweisend ein Sensorelement (4) mit zumindest einem analogen Signalausgang (8a); eine erste Steuereinheit (6a) mit zumindest einem ersten Signaleingang (10a); und zumindest eine zweite Steuereinheit (6b) mit zumindest einem zweiten Signaleingang (12a); wobei der Signalausgang (8a) mit dem ersten Signaleingang (10a) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (8a) mit dem zweiten Signaleingang (12a) verbunden ist; und wobei der zweite Signalausgang (12a) unter Verwendung eines Spannungsteilers (22) mit dem Signalausgang (8a) verbunden ist.
  2. Anordnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Signalausgang (8a) mit dem ersten Signaleingang (10a) direkt verbunden ist.
  3. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die erste Steuereinheit (6a) weiterhin einen ersten Masseanschluss (10c) und die zweite Steuereinheit (6b) weiterhin einen zweiten Masseanschluss (12c) aufweist; und wobei der erste Masseanschluss (10c) und der zweite Masseanschluss (12c) einen Masseversatz aufweisen.
  4. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (4) weiterhin einen Sensorelement-Energieversorgungsanschluss (8b) und einen Sensorelement-Masseanschluss (8c) aufweist; wobei die erste Steuereinheit (6a) weiterhin einen ersten Energieversorgungsanschluss (10b) und einen ersten Masseanschluss (10c) und die zweite Steuereinheit (6b) weiterhin einen zweiten Energieversorgungsanschluss (12b) und einen zweiten Masseanschluss (12c) aufweist; und wobei der zweite Energieversorgungsanschluss (12b) und/oder der zweite Masseanschluss (12c) unter Verwendung eines Spannungsteilers (22) mit dem Sensorelement-Energieversorgungsanschluss (8b) respektive dem Sensorelement-Masseanschluss (8c) verbunden ist.
  5. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Steuereinheit (6a) und die zweite Steuereinheit (6b) unter Verwendung eines Datenbusses (18) verbunden sind, insbesondere unter Verwendung eines CAN-Busses oder eines Flexray-Busses; und wobei mittels des Datenbusses ein Abgleich zwischen erster und zweiter Steuereinheit (6a, b) erfolgt, zur Vermeidung von Messwertabweisungen.
  6. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Steuereinheit (6a) vergleichsweise sensornah und die zweite Steuereinheit (6b) vergleichsweise sensorfern angeordnet ist.
  7. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (4) als ein Pedalsensor eingerichtet ist; und wobei die erste Steuereinheit (6a) am Pedal angeordnet ist und die zweite Steuereinheit (6b) als ein Motorsteuergerät ausgebildet ist.
  8. Fahrzeug, insbesondere Automobil, aufweisend eine Anordnung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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