DE102014209204B3 - Elektronische Schaltung zur Steuerung eines Aktors - Google Patents

Elektronische Schaltung zur Steuerung eines Aktors

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    • E05Y2900/546Tailgates

Abstract

Elektronische Schaltung zur Steuerung eines Aktors mit einer Sende-Empfangseinheit 1 für ein Bussystem, deren Busanschluss 2 ein monostabiles Verhalten mit einer Aktivzeit von größer als 1 ms aufweist, wobei die Sende-Empfangseinheit 1 von einem Microcontroller 3 gesteuert wird, wobei das monostabile Verhalten der Sende-Empfangseinheit 1 mit zusätzlich überlagerten Steuerimpulsen ausgeschaltet wird, wobei der Zeitabstand zwischen zwei Steuerimpulsen kleiner ist als die monostabile Aktivzeit der Sende-Empfangseinheit 1 und die Steuerimpulse durch zeitliche Kombination von zwei Steuersignalen entstehen, deren Zeitauflösung niedriger ist als die Impulsdauer der daraus abgeleiteten Steuerimpulse, was mit Hilfe einer RC-Kombination 4 und/oder eines Logikgatters 6 mit differenzierender oder verzögernder Wirkung erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum Betreiben eines Aktors, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere geht es um eine Heckklappensteuerung für ein Kraftfahrzeug. Auch hier sind Bus-Systeme eine kostengünstige und nicht zuletzt deshalb weit verbreitete Möglichkeit zur Datenübertragung.
  • Eine Möglichkeit bei der Realisierung von gemischten Netzen aus Sensoren und Aktoren im Komfortbereich moderner Kraftfahrzeuge stellt der LIN-Bus (Local Interconnect Network) dar. Es handelt sich um einen meist sternförmig aufgebauten Eindraht-Bus, der besonders dann vorteilhaft ist, wenn nur wenig Bandbreite benötigt wird und andere Lösungen überdimensioniert sind.
  • Unter dem Aspekt der Kostenoptimierung möchte man für diesen Bus entwickelte Bausteine in größeren Stückzahlen und damit auch zum Teil zweckentfremdet, nämlich zur Ansteuerung von Aktoren, beispielsweise zum Öffnen einer Heckklappe und als einfachen elektronischen Schalter ohne Busfunktionalität verwenden.
  • Dem steht allerdings eine aus Gründen der Störsicherheit wichtige Eigenschaft entgegen, nämlich die automatische Abschaltung der Sendestufe nach mehr als 1 ms (Timeout), die im Folgenden als monostabiles Verhalten bezeichnet wird. Somit sind die bekannten Sende-Empfangseinheiten (Transceiver) für diese Anwendungen ungeeignet. Dieses Problem scheint mit Hilfe von zusätzlichen Steuerimpulsen während der Aktivzeit des Transceivers lösbar zur sein.
  • Die DE 10 2004 057 787 A1 offenbart ein Modul und ein Verfahren, welches auch zum Betreiben eines LIN-Bus-Systems geeignet ist, wobei das Modul über die LIN-Bus-Leitung spezielle Steuersignale empfängt, die im Bus-System-Protokoll so nicht vorgesehen sind. Es werden Steuersignale vorgeschlagen, die kürzer sind als die im LIN-Bus-Protokoll definierte Mindest-Impulsdauer Tmin von mehr als 1 ms, typisch 20 ms und weniger als 50 ms.
  • Offen bleibt die Frage, wie deutlich kürzere Steuersignale mit der zum LIN-Bus gehörigen Hardware, der LIN-Bus-Ansteuerung, zuverlässig und damit betriebssicher erzeugt werden können.
  • Die DE 10 2004 037 683 B4 offenbart eine Anordnung zur Kurzschlusserkennung, wobei die Versorgungsspannung durch Prüfimpulse kurzzeitig unterbrochen wird. Der Betrieb wird durch zwischenzeitliche Pufferung der Betriebsspannung aufrechterhalten.
  • Allerdings sollten die zusätzlichen Steuerimpulse eine Impulsdauer von weniger 1 µs haben, weil sonst die Endstufe des LIN-Transceivers bereits auf die Steuerimpulse reagieren kann, was nicht erwünscht ist. Durch die Steuerimpulse soll lediglich das monostabile Verhalten unterdrückt werden, ohne dass die Endstufe reagiert und dadurch evtl. andere Busteilnehmer gestört werden. Die LIN-Bus-Ansteuerung ist in der Regel nicht für die Erzeugung so kurzer Impulse ausgelegt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu überwinden. Insbesondere soll eine Anordnung angegeben werden, die den Einsatz der üblichen Sende-Empfangseinheit, hier ein LIN-Transceiver, zur Steuerung eines Aktors in einem Kraftfahrzeug und als einfachen elektronischen Schalter ohne Busfunktionalität ermöglicht.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
  • Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, sowohl die im LIN-Modus zu übertragenden LIN-Daten als auch die Schaltsignale für den Schaltermodus einschließlich der zur Unterdrückung der monostabilen Funktion erforderlichen kurzen Steuerimpulse durch funktionelle Kombination zweier Steuersignale zu gewinnen, die an sich für die Erzeugung der kurzen Steuerimpulse eine zu niedrige Zeitauflösung, deutlich mehr als 1 µs, besitzen.
  • Die zur Erzeugung der kurzen Steuerimpulse erforderliche kurze Zeitkonstante wird deshalb erfindungsgemäß durch eine RC-Kombination mit differenzierender oder integrierender, d. h. verzögernder Wirkung oder auch durch die Laufzeit von Logikgattern realisiert.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Dauer der Steuerimpulse nicht an die Taktfrequenz des steuernden Mikrocontrollers gebunden ist. Darüber hinaus bieten noch kürzere Steuersignale (z.B. 20 ns) zusätzliche Sicherheit gegen unerwünschtes Verhalten des LIN-Transceivers. Die für die jeweils konkrete Lösung erforderlichen Signalmuster kann der Fachmann leicht selbst aus der logischen Übertragungsfunktion der erfindungsgemäßen Schaltung ableiten.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • 1 zeigt eine Ausgestaltung mit differenzierender RC-Kombination und Trigger.
  • 2 zeigt eine Ausgestaltung mit einer mikrocontrollergesteuerten RC-Kombination,
  • 3 zeigt eine Ausgestaltung mit integrierender RC-Kombination und Logikgatter,
  • 4 zeigt eine auf der Laufzeit eines Logikgatters basierende Ausgestaltung mit Trigger,
  • 5 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster zu einer Ausgestaltung gemäß der 1,
  • 6 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster zu einer Ausgestaltung gemäß der 2.
  • Die 1 zeigt eine Anordnung mit dem LIN-Transceiver vom Typ TAJ1021, der von einem Mikrocontroller 3 gesteuert wird. Ein hier nicht dargestellter Aktor, beispielsweise der Antrieb für die Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, wird vom Busanschluss 2 angesteuert. Da der LIN-Transceiver das oben beschriebene monostabile Verhalten mit einer Aktivzeit von 5 bis 100 ms aufweist, wird er mit einem Schaltsignal angesteuert, welches mit Steuerimpulsen, die kürzer als 1 µs sind, überlagert ist.
  • Die Steuerimpulse von weniger als 1 µs entstehen erfindungsgemäß durch Differenzieren des vom Mikrocontroller 3 erzeugten, wesentlich niederfrequenteren Pulssignals an der mit 4 bezeichneten Kombination R1, C1. Das Pulssignal V1 besitzt eine zu niedrige Zeitauflösung, um derart kurze Steuerimpulse direkt zu erzeugen. Die Zeitauflösung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die kleinste, mit dem Mikrocontroller in der jeweils verwendeten Hardware- und Software-Konfiguration erreichbare Zeitabstufung des betreffenden Ausgangssignals. Diese Zeitabstufung hängt beispielsweise von der Taktfrequenz des Mikrocontrollers ab. Ein Trigger 5, z. B. ein NAND-Gatter des Typs CD4093 dient zur Verknüpfung der Signale V0 und V2 und als Schwellwertschaltstufe.
  • Die 2 zeigt eine Anordnung mit demselben LIN-Transceiver, aber ohne Trigger bzw. Schwellwertschalter 5. Hier werden die beiden Signale V0 und V1 direkt überlagert. Das Pulssignal V1 wird am Kondensator C1 differenziert, so dass die erforderlichen kurzen Impulszeiten entstehen. Die Eingangsstufe des LIN-Transceivers wirkt dabei selbst als Trigger, wobei dieser Begriff erfindungsgemäß alle Arten von schwellwertempfindlichen Schaltstufen (Schwellwertschaltstufen) umfassen soll. Das Signal TxD muss nichtinvertierend sein, damit es die Funktion TxD am LIN-Transceiver erfüllen kann.
  • Die 3 zeigt eine Ausgestaltung mit einer integrierenden RC-Kombination R1, C1 und einem vom Mikrocontroller 3 gesteuerten XOR-Logikgatter, beispielsweise ein CD4030.
  • Die 4 zeigt eine auf der Laufzeit eines Logikgatters CD7414 basierende Ausgestaltung. Das Logikgatter ist in diesem Fall ein invertierender Schmitt-Trigger 5, dessen Laufzeit zur zeitversetzten Ansteuerung der beiden Eingänge des UND-Gatters 6, z. B. ein CD4081, dient.
  • Die 5 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster zu einer Ausgestaltung gemäß 1. Das Schaltsignal V0 aus 1 führt den logischen Zustand „High“ und ist hier nicht dargestellt.
  • Die 6 zeigt ein Beispiel für ein Signalmuster (Impulsdiagramm) zu einer Ausgestaltung gemäß 2. Das Schaltsignal V0 aus 2 führt in diesem Beispiel den logischen Zustand „Low“ und ist in 6 nicht dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    LIN-Transceiver
    2
    Busanschluss des LIN-Transceivers
    3
    Mikrocontroller
    4
    RC-Kombination mit differenzierender Wirkung, Differenzierer
    5
    (Schmitt-)Trigger, Schwellwertschaltstufe, z.B CD7414
    6
    Logikgatter, z. B. CD4093, CD4030 oder CD4081

Claims (9)

  1. Elektronische Schaltung zur Steuerung eines Aktors mit einer Sende-Empfangseinheit (1) für ein Bussystem , deren Busanschluss (2) ein monostabiles Verhalten mit einer Aktivzeit von mehr als 1 Millisekunde aufweist, wobei die Sende-Empfangseinheit (1) von einem Microcontroller (3) gesteuert wird, wobei das monostabile Verhalten des Busanschlusses (2) mit zusätzlichen Steuerimpulsen ausgeschaltet wird, wobei der Zeitabstand zwischen zwei Steuerimpulsen kleiner als die monostabile Aktivzeit der Sende-Empfangseinheit (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerimpulse durch zeitliche Kombination von zwei Steuersignalen entstehen, deren Zeitauflösung niedriger ist als die Impulsdauer der daraus abgeleiteten Steuerimpulse, wobei die Zeitauflösung die kleinste, mit dem Microcontroller in einer jeweils verwendeten Hardware-und Software- Konfiguration erreichbare Zeitabstufung des betreffenden Ausgangssignals bedeutet.
  2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Empfangseinheit (1) einen LIN-Transceiver aufweist.
  3. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulslänge der Steuerimpulse kleiner als 1 µs ist.
  4. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis der Steuerimpulse kleiner als 1% ist.
  5. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der TxD-Anschluss der Sende-Empfangseinheit (1) mit einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 verbunden ist, wobei der zweite Anschluss des Widerstands R1 mit dem Schaltsignal und der zweite Anschluss des Kondensators C1 mit einem Pulssignal versorgt wird.
  6. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerimpulse mit einer differenzierenden RC-Kombination (4) und einem nachgeschalteten Trigger (5) erzeugt werden, wobei der TxD-Anschluss der Sende-Empfangseinheit (1) mit dem Ausgang des Triggers (5) verbunden ist.
  7. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerimpulse durch eine integrierende RC-Kombination mit einem nachgeschalteten Trigger erzeugt werden, wobei der TxD-Anschluss der Sende-Empfangseinheit mit dem Ausgang des Triggers verbunden ist.
  8. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerimpulse mit mindestens einem Logikgatter (6) unter Ausnutzung der Gatterlaufzeit erzeugt werden und der TxD-Anschluss der Sende-Empfangseinheit (1) mit dem Ausgang dieser Anordnung verbunden ist.
  9. Aktor in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Betätigung einer Heckklappe, der eine elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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