DE102018130360A1 - Methods and devices for the transmission of data via an electrical power supply line - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Sendeeinheit (310) zum Senden von Daten (314) über eine elektrische Versorgungsleitung (302) beschrieben. Die Sendeeinheit (310) umfasst ein Energieversorgungsmodul (311), das zumindest ein Schaltelement (331, 332) umfasst und das eingerichtet ist, durch PWM-Betrieb des Schaltelements (331, 332) elektrische Energie in Form eines Ausgangssignals (304) auf der Versorgungsleitung (302) bereitzustellen. Des Weiteren umfasst die Sendeeinheit (310) eine Modulationseinheit (312), die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Zielwert (315) für das Ausgangssignal (304) ein PWM-Steuersignal (313) für den PWM-Betrieb des Schaltelements (331, 332) zu generieren, wobei das PWM-Steuersignal (313) eine Sequenz von PWM Pulsen (401, 402) für eine Sequenz von Perioden (403) umfasst. Außerdem ist die Modulationseinheit (312) eingerichtet, die PWM Pulse (401, 402) der einzelnen Perioden (403) in Abhängigkeit von zu sendenden Daten (314) innerhalb der jeweiligen Periode (403) zu positionieren.A transmission unit (310) for transmitting data (314) via an electrical supply line (302) is described. The transmission unit (310) comprises an energy supply module (311), which comprises at least one switching element (331, 332) and which is set up by PWM operation of the switching element (331, 332) electrical energy in the form of an output signal (304) on the supply line (302). Furthermore, the transmission unit (310) comprises a modulation unit (312), which is set up as a function of a target value (315) for the output signal (304), a PWM control signal (313) for the PWM operation of the switching element (331, 332) ), the PWM control signal (313) comprising a sequence of PWM pulses (401, 402) for a sequence of periods (403). In addition, the modulation unit (312) is set up to position the PWM pulses (401, 402) of the individual periods (403) as a function of data (314) to be sent within the respective period (403).
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Einheiten bzw. Vorrichtungen zur Übertragung von Daten über eine elektrische Versorgungsleitung, insbesondere zur Übertragung von Daten über eine Versorgungsleitung eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs.The invention relates to methods and units or devices for transmitting data via an electrical supply line, in particular for transmitting data via a supply line of an electrical vehicle electrical system of a vehicle.
Ein Fahrzeug umfasst ein elektrisches Bordnetz, über das eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden. Des Weiteren umfasst ein Fahrzeug typischerweise Kommunikationsleitungen, zur Übertragung von Daten innerhalb des Fahrzeugs. Die elektrische Energieversorgung und die Datenkommunikation führen typischerweise zu einem signifikanten Aufwand (insbesondere in Bezug auf Bauraum, Kosten und Gewicht) für die Verkabelung in einem Fahrzeug, insbesondere dann, wenn besondere Anforderungen in Bezug auf Redundanz bestehen (wie z.B. für vollautomatisiert oder hochautomatisiert fahrende Fahrzeuge.A vehicle comprises an electrical vehicle electrical system, via which a large number of electrical consumers of the vehicle are supplied with electrical energy. Furthermore, a vehicle typically includes communication lines for the transmission of data within the vehicle. The electrical power supply and the data communication typically lead to a significant effort (in particular with regard to installation space, costs and weight) for the wiring in a vehicle, in particular when there are special requirements in terms of redundancy (such as for fully automated or highly automated vehicles) .
Zur Einsparung von Kommunikationsleitungen kann in einem Fahrzeug Power Line Communication (PLC) verwendet werden, um Daten über Energieversorgungsleitungen zu übertragen. Die Bereitstellung von Sendern und Empfängern für PLC ist jedoch typischerweise mit einem relativ hohen Aufwand verbunden, der insbesondere bei relativ geringen Datenraten nicht immer vertretbar ist.To save communication lines, Power Line Communication (PLC) can be used in a vehicle to transmit data via power supply lines. However, the provision of transmitters and receivers for PLC is typically associated with a relatively high outlay, which is not always justifiable, in particular at relatively low data rates.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders effiziente Übertragung von Daten über eine Energieversorgungsleitung zu ermöglichen, insbesondere für ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs.The present document deals with the technical task of enabling a particularly efficient transmission of data via a power supply line, in particular for an electrical vehicle electrical system.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The task is solved by the independent claims. Advantageous embodiments include described in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim can form a separate invention that is independent of the combination of all features of the independent claim can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a late application. This applies in the same way to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent claims.
Gemäß einem Aspekt wird eine Sendeeinheit zum Senden von Daten über eine elektrische Versorgungsleitung (z.B. über eine Versorgungsleitung eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs) beschrieben. Die Sendeeinheit umfasst ein Energieversorgungsmodul, das zumindest ein Schaltelement umfasst und das eingerichtet ist, durch PWM-Betrieb des zumindest einen Schaltelements elektrische Energie in Form eines Ausgangssignals auf der Versorgungsleitung bereitzustellen. Ein Schaltelement kann ein halbleiter-basiertes Schaltelement und/oder ein Transistor sein, z.B. ein MOSFET (metaloxide semiconductor, field effect transistor) und/oder ein IGBT (insulated-gate bipolar transistor).According to one aspect, a transmission unit for transmitting data via an electrical supply line (e.g. via a supply line of an electrical vehicle electrical system of a vehicle) is described. The transmission unit comprises an energy supply module which comprises at least one switching element and which is set up to provide electrical energy in the form of an output signal on the supply line by PWM operation of the at least one switching element. A switching element can be a semiconductor-based switching element and / or a transistor, e.g. a MOSFET (metal oxide semiconductor, field effect transistor) and / or an IGBT (insulated-gate bipolar transistor).
Das Energieversorgungsmodul kann z.B. eine Halbbrücke mit einem ersten (z.B. einem High Side) Schaltelement und einem zweiten (z.B. einem Low Side) Schaltelement umfassen, die in komplementärer und/oder alternierender Weise auf Basis eines PWM-Steuersignals betrieben werden. Alternativ oder ergänzend kann das Energieversorgungsmodul ein Tiefpass-Filter, insbesondere ein LC-Glied, zur Erzeugung des Ausgangssignals umfassen. Insbesondere kann das Energieversorgungsmodul einen Spannungswandler, beispielsweise einen Gleichspannungswandler, umfassen. Das zumindest eine Schaltelement des Energieversorgungsmoduls kann somit dazu verwendet werden, elektrische Energie für den Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern über eine Versorgungsleitung bereitzustellen. Dabei kann das Ausgangssignal eine bestimmte Ausgangsspannung, insbesondere eine DC-Ausgangsspannung, für die Energieversorgung der ein oder mehreren elektrischen Verbraucher sein.The power supply module can e.g. comprise a half bridge with a first (e.g. a high side) switching element and a second (e.g. a low side) switching element, which are operated in a complementary and / or alternating manner on the basis of a PWM control signal. Alternatively or in addition, the energy supply module can include a low-pass filter, in particular an LC element, for generating the output signal. In particular, the energy supply module can comprise a voltage converter, for example a DC voltage converter. The at least one switching element of the energy supply module can thus be used to provide electrical energy for the operation of one or more electrical consumers via a supply line. The output signal can be a specific output voltage, in particular a DC output voltage, for the energy supply of the one or more electrical consumers.
Außerdem umfasst das Sendemodul eine Modulationseinheit, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Zielwert für das Ausgangssignal ein PWM-Steuersignal für den PWM-Betrieb des Schaltelements zu generieren, wobei das PWM-Steuersignal eine Sequenz von PWM Pulsen für eine Sequenz von Perioden umfasst. Dabei können die Perioden mit einer bestimmten Periodenfrequenz aufeinander folgen. Die Periodenfrequenz der Sequenz von Perioden kann z.B. 100kHz, 500 kHz oder mehr sein.In addition, the transmission module comprises a modulation unit which is set up to generate a PWM control signal for the PWM operation of the switching element as a function of a target value for the output signal, the PWM control signal comprising a sequence of PWM pulses for a sequence of periods. The periods with a certain period frequency can follow one another. The period frequency of the sequence of periods can e.g. 100kHz, 500 kHz or more.
Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die Pulsweite eines PWM-Pulses in Abhängigkeit von dem Zielwert einzustellen, z.B. zu regeln. Insbesondere kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, Sensordaten in Bezug auf das Ausgangssignal zu erfassen. Die Pulsweite eines PWM-Pulses des PWM-Steuersignals kann dann in Abhängigkeit von den Sensordaten angepasst werden, insbesondere um das Ausgangssignal auf den Zielwert zu regeln.The modulation unit can be set up to set the pulse width of a PWM pulse as a function of the target value, e.g. to regulate. In particular, the modulation unit can be set up to acquire sensor data in relation to the output signal. The pulse width of a PWM pulse of the PWM control signal can then be adapted as a function of the sensor data, in particular in order to regulate the output signal to the target value.
Die Pulsweise der PWM-Pulse des PWM-Steuersignals kann somit dazu genutzt werden, das Ausgangssignal (z.B. eine DC-Ausgangsspannung) in Abhängigkeit von einem Zielwert einzustellen. Dabei können die einzelnen PWM-Pulse standardmäßig an einer bestimmten Standardposition innerhalb der jeweiligen Perioden angeordnet sein (z.B. mittig innerhalb der einzelnen Perioden).The pulse mode of the PWM pulses of the PWM control signal can thus be used to set the output signal (for example a DC output voltage) as a function of a target value. The individual PWM pulses can be used as standard be arranged at a certain standard position within the respective periods (eg in the middle of the individual periods).
Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die PWM Pulse der einzelnen Perioden in Abhängigkeit von zu sendenden Daten innerhalb der jeweiligen Periode zu positionieren. Insbesondere können die PWM Pulse zumindest teilweise abweichend von der Standardposition innerhalb der jeweiligen Perioden positioniert bzw. verschoben werden (z.B. zu dem Periodenanfang hin oder zu dem Periodenende hin verschoben werden).The modulation unit can be set up to position the PWM pulses of the individual periods as a function of the data to be sent within the respective period. In particular, the PWM pulses can be positioned or shifted at least partially deviating from the standard position within the respective periods (e.g. shifted towards the beginning of the period or towards the end of the period).
Beispielsweise kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, den PWM Puls einer Periode an der Standardposition zu positionieren, z.B. mittig in Bezug auf die Periode, wenn keine Daten und/oder wenn ein erster Datenwert (z.B. der Wert „0“) übertragen werden sollen. Des Weiteren kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, den PWM Puls der Periode abweichend von der Standardposition zu einem Periodenanfang oder zu einem Periodenende der Periode hin zu verschieben, wenn ein zweiter Datenwert (z.B. der Wert „0“) übertragen werden soll.For example, the modulation unit can be set up to position the PWM pulse of a period at the standard position, e.g. middle in relation to the period if no data and / or if a first data value (e.g. the value "0") should be transmitted. Furthermore, the modulation unit can be set up to shift the PWM pulse of the period deviating from the standard position to a period start or to a period end of the period if a second data value (e.g. the value "0") is to be transmitted.
Durch das Verschieben der PWM Pulse eines PWM-Steuersignals zur Generierung eines Ausgangssignals (z.B. zur Generierung einer DC Ausgangsspannung) können somit in effizienter Weise Daten für eine Kommunikationsverbindung übertragen werden. Dabei können die bereits für die Energieversorgung verwendeten ein oder mehreren Schaltelemente verwendet werden, um die zu übertragenden Daten auf das Ausgangssignal zu modulieren. Es wird somit eine Gewichts-, Kosten- und Bauraum-effiziente Datenkommunikation ermöglicht (insbesondere für ein Fahrzeug).By shifting the PWM pulses of a PWM control signal to generate an output signal (e.g. to generate a DC output voltage), data for a communication connection can be transmitted in an efficient manner. The one or more switching elements already used for the energy supply can be used to modulate the data to be transmitted onto the output signal. This enables weight, cost and space-efficient data communication (in particular for a vehicle).
Das Energieversorgungsmodul kann ausgebildet sein, das Ausgangssignal derart zu erzeugen, dass sich die in Abhängigkeit der Daten angepasste Positionierung der PWM Pulse des PWM-Steuersignals als (ggf. hochfrequenter) Rippel des Ausgangssignals niederschlägt. Insbesondere kann die angepasste Positionierung der PWM Pulse zu einer Modulation bzw. zu einer Veränderung der Form des Rippels des Ausgangssignals führen. Eine Empfangseinheit kann dann die Positionierung der PWM Pulse aus einem dem Ausgangssignal entsprechenden Empfangssignal ermitteln, um die zu übertragenden Daten zu extrahieren. Insbesondere kann der Rippel des Empfangssignals extrahiert (z.B. durch ein Hochpass-Filter) und analysiert (z.B. durch eine Zeit-Frequenz-Transformation) werden, um die Daten zu extrahieren.The energy supply module can be designed to generate the output signal in such a way that the positioning of the PWM pulses of the PWM control signal, which is adjusted as a function of the data, is reflected as a (possibly high-frequency) ripple of the output signal. In particular, the adapted positioning of the PWM pulses can lead to a modulation or to a change in the shape of the ripple of the output signal. A receiving unit can then determine the positioning of the PWM pulses from a received signal corresponding to the output signal in order to extract the data to be transmitted. In particular, the ripple of the received signal can be extracted (e.g. by a high-pass filter) and analyzed (e.g. by a time-frequency transformation) to extract the data.
Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die PWM Pulse von zwei direkt aufeinander folgenden Perioden in komplementärer Weise relativ zu der Standardposition zu verschieben. Beispielsweise kann einer der beiden PWM Pulse zum Periodenanfang und der andere der beiden PWM Pulse in entsprechender Weise zum Periodenende hin verschoben werden. Durch das komplementäre Verschieben von Paaren von PWM Pulsen können in besonders effizienter Weise Beeinträchtigungen der Datenübertragung auf das für die Energieübertragung verwendete Ausgangssignal reduziert werden (da durch die Datenübertragung im Mittel keine Änderung der Pulsweite und/oder der Periodenfrequenz bewirkt wird). Des Weiteren ermöglicht das komplementäre Verschieben eine besonders effiziente und zuverlässige Rückgewinnung der Daten mittels einer Zeit-Frequenz-Transformation (z.B. mittels einer FourierTransformation).The modulation unit can be set up to shift the PWM pulses of two directly successive periods in a complementary manner relative to the standard position. For example, one of the two PWM pulses can be shifted towards the beginning of the period and the other of the two PWM pulses in a corresponding manner towards the end of the period. By complementarily shifting pairs of PWM pulses, impairments in the data transmission to the output signal used for the energy transmission can be reduced in a particularly efficient manner (since on average no change in the pulse width and / or the period frequency is brought about by the data transmission). Furthermore, the complementary shifting enables a particularly efficient and reliable recovery of the data by means of a time-frequency transformation (e.g. by means of a Fourier transformation).
Die Modulationseinheit kann somit eingerichtet sein, durch Einstellen der Position der PWM Pulse des PWM-Steuersignals ein oder mehrere Bits an Daten pro Paar von Perioden des PWM-Steuersignals zu übertragen. Insbesondere kann die Modulationseinheit eingerichtet ist, den PWM Puls einer Periode an K unterschiedlichen Positionen innerhalb der Periode zu positionieren, um log2 K Bits an Daten zu senden, wobei K = 2,4 oder mehr ist. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Abständen zu der Standardposition eines PWM Pulses kann die Datenrate erhöht werden.The modulation unit can thus be set up to transmit one or more bits of data per pair of periods of the PWM control signal by adjusting the position of the PWM pulses of the PWM control signal. In particular, the modulation unit can be set up to position the PWM pulse of a period at K different positions within the period in order to send log 2 K bits of data, where K = 2.4 or more. The data rate can be increased by using different distances from the standard position of a PWM pulse.
Eine Periode mit der Periodendauer T kann eine normierte Länge von 1 aufweisen. Die Standardposition kann z.B. bei 0.5 liegen. Die K unterschiedlichen Positionen können z.B. jeweils um mindestens 0.1, 0.2 oder mehr zueinander beabstandet sein. Beispielsweise kann ein PWM Puls um 0.1, 0.2 oder mehr relativ zu der Standardposition innerhalb einer Periode verschoben werden.A period with the period T can have a normalized length of 1. The standard position can e.g. be at 0.5. The K different positions can e.g. each be spaced apart by at least 0.1, 0.2 or more. For example, a PWM pulse can be shifted 0.1, 0.2 or more relative to the standard position within a period.
Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, in Vorbereitung auf das Senden von Daten die PWM-Pulse von mehreren Perioden an zumindest teilweise unterschiedlichen Positionen innerhalb der jeweiligen Periode zu positionieren, um ein Synchronisations-Wort zu senden. Die PWM Pulse von (direkt) darauf folgenden Perioden des PWM-Steuersignals können dann in Abhängigkeit von den zu sendenden Daten innerhalb der jeweiligen Periode positioniert werden, um direkt im Anschluss an das Synchronisations-Wort Daten zu übertragen. Durch das Einfügen eines Synchronisations-Wortes kann die Zuverlässigkeit der Datenübertragung weiter erhöht werden. Insbesondere kann es einer Empfangseinheit ermöglicht werden, sich durch Detektion des Synchronisations-Wortes mit dem Sendevorgang der Sendeeinheit zu synchronisieren.In preparation for the transmission of data, the modulation unit can be set up to position the PWM pulses of several periods at at least partially different positions within the respective period in order to send a synchronization word. The PWM pulses of (directly) subsequent periods of the PWM control signal can then be positioned depending on the data to be sent within the respective period in order to transmit data directly after the synchronization word. The reliability of the data transmission can be further increased by inserting a synchronization word. In particular, a reception unit can be enabled to synchronize itself with the transmission process of the transmission unit by detecting the synchronization word.
Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die Pulsweite eines PWM Pulses zu ermitteln. Dabei kann die Pulsweite typischerweise einen Wert zwischen 0 und 1 in Bezug auf die Periodendauer T aufweisen. Des Weiteren kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, den PWM Puls nur dann zur Übertragung von Daten an einer von der Standardposition abweichenden Position der jeweiligen Periode zu positionieren, wenn die Pulsweite kleiner als eine Maximalweite ist. Die Maximalweite kann z.B. 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 oder mehr sein. Die Übertragung von Daten mittels der Verschiebung von PWM Pulsen kann somit auf PWM Pulse mit einer relativ kleinen Pulsweite beschränkt werden. So kann die Güte der Datenübertragung erhöht werden.The modulation unit can be set up to determine the pulse width of a PWM pulse. The pulse width can typically be a value have between 0 and 1 with respect to the period T. Furthermore, the modulation unit can be set up to only position the PWM pulse for the transmission of data at a position of the respective period that deviates from the standard position if the pulse width is smaller than a maximum width. The maximum width can be, for example, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 or more. The transmission of data by means of the shifting of PWM pulses can thus be limited to PWM pulses with a relatively small pulse width. The quality of the data transmission can be increased in this way.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Empfangseinheit zur Extraktion bzw. zum Empfang von Daten aus einem über eine elektrische Versorgungsleitung empfangenen Empfangssignal beschrieben. Das Empfangssignal kann dem von der in diesem Dokument beschriebenen Sendeeinheit generierten Ausgangssignal entsprechen. Die Empfangseinheit kann z.B. Teil eines elektrischen Verbrauchers sein, der mit der durch das Empfangssignal und/oder mit der auf der Versorgungsleitung bereitgestellten elektrischen Energie betrieben wird. Das Empfangssignal kann z.B. eine DC Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers sein.According to a further aspect, a receiving unit for extracting or receiving data from a received signal received via an electrical supply line is described. The received signal can correspond to the output signal generated by the transmitting unit described in this document. The receiving unit can e.g. Be part of an electrical consumer that is operated with the electrical energy provided by the received signal and / or with the supply line. The received signal can e.g. be a DC supply voltage for the electrical consumer.
Die Empfangseinheit umfasst eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, ein von dem Empfangssignal abgeleitetes Verarbeitungssignal mittels einer Zeit-Frequenz Transformation (z.B. mittels einer DFT oder einer FFT Transformation) in den Frequenzbereich zu transformieren. Durch Anwenden einer Zeit-Frequenz-Transformation kann für mindestens einen Frequenzkanal (d.h. für mindestens ein Frequenzband) ein Kanalsignal bereitgestellt werden. Das Kanalsignal für einen Frequenzkanal zeigt dabei die Energie des Verarbeitungssignals in dem Frequenzkanal an.The receiving unit comprises an evaluation unit which is set up to transform a processing signal derived from the received signal into the frequency range by means of a time-frequency transformation (for example by means of a DFT or an FFT transformation). By applying a time-frequency transformation, a channel signal can be provided for at least one frequency channel (i.e. for at least one frequency band). The channel signal for a frequency channel indicates the energy of the processing signal in the frequency channel.
Der Frequenzkanal bzw. die Frequenz des Frequenzkanals kann von der Periodenfrequenz des PWM-Steuersignals abhängen, das zur Generierung des Empfangssignals (bzw. zur Generierung des dem Empfangssignal entsprechenden Ausgangssignals) verwendet wurde. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, ein Kanalsignal für ein oder mehrere Frequenzkanäle mit jeweils einer Frequenz von
Ferner ist die Auswerteeinheit eingerichtet, die Daten auf Basis des zumindest einen Kanalsignals, insbesondere auf Basis des Absolutwertes bzw. des Betrages des zumindest einen Kanalsignals, zu ermitteln. Insbesondere kann die Auswerteinheit eingerichtet sein, das Kanalsignal mit zumindest einem Peak-Schwellenwert zu vergleichen, um die Daten zu ermitteln. Dabei kann ein Überschreiten des Peak-Schwellenwertes an einem bestimmten Zeitpunkt anzeigen, dass an dem bestimmten Zeitpunkt (bzw. in der entsprechenden Periode des PWM-Steuersignals) eine Verschiebung eines PWM-Pulses erfolgt ist (und somit der zweite Datenwert, etwa „1“, übertragen wurde). Andererseits kann ein Unterschreiten des Peak-Schwellenwertes an dem bestimmten Zeitpunkt anzeigen, dass an dem bestimmten Zeitpunkt (bzw. in der entsprechenden Periode des PWM-Steuersignals) keine Verschiebung eines PWM-Pulses erfolgt ist (und somit keine Daten oder der erste Datenwert, etwa „0“, übertragen wurde).Furthermore, the evaluation unit is set up to determine the data on the basis of the at least one channel signal, in particular on the basis of the absolute value or the amount of the at least one channel signal. In particular, the evaluation unit can be set up to compare the channel signal with at least one peak threshold value in order to determine the data. If the peak threshold value is exceeded at a certain point in time, it may indicate that a PWM pulse has shifted at the certain point in time (or in the corresponding period of the PWM control signal) (and thus the second data value, for example “1”) , was transferred). On the other hand, falling below the peak threshold value at the specific point in time may indicate that at the specific point in time (or in the corresponding period of the PWM control signal) there has been no shift of a PWM pulse (and thus no data or the first data value, for example "0" was transferred).
Es wird somit eine Empfangseinheit beschrieben, die eine effiziente und zuverlässige Extraktion von Daten aus einem Empfangssignal ermöglicht, das durch PWM-Betrieb zumindest eines Schaltelements generiert wurde.A reception unit is thus described which enables efficient and reliable extraction of data from a reception signal which was generated by PWM operation of at least one switching element.
Die Empfangseinheit kann eine (ggf. analoge) Filtereinheit zur Bereitstellung eines gefilterten Empfangssignals umfassen. Dabei kann die Filtereinheit eingerichtet sein, eine von der korrespondierenden Sendeeinheit bewirkte Tiefpass-Filterung des dem Empfangssignal entsprechenden Ausgangssignals zumindest teilweise zu kompensieren (z.B. um das PWM-Steuersignal zu rekonstruieren). Die Auswerteeinheit kann dann eingerichtet sein, das Verarbeitungssignal von dem gefilterten Empfangssignal abzuleiten (z.B. durch Abtastung des gefilterten Empfangssignals). Durch die Filterung des Empfangssignals kann die Güte der Datenextraktion erhöht werden.The receiving unit can comprise a (possibly analog) filter unit for providing a filtered received signal. In this case, the filter unit can be set up to at least partially compensate for a low-pass filtering of the output signal corresponding to the received signal caused by the corresponding transmission unit (e.g. in order to reconstruct the PWM control signal). The evaluation unit can then be set up to derive the processing signal from the filtered received signal (e.g. by sampling the filtered received signal). The quality of the data extraction can be increased by filtering the received signal.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, durch Vergleich des Kanalsignals mit einem Schwellenwert ein Synchronisations-Wort zu detektieren. Insbesondere kann ein Synchronisations-Zeitpunkt erkannt werden, an dem ein Synchronisations-Wort empfangen wird. Die Daten können dann ausgehend von dem Synchronisations-Zeitpunkt an von der Periodenfrequenz abhängigen Detektionszeitpunkten aus dem Kanalsignal extrahiert werden. Beispielsweise können ausgehend von dem Synchronisations-Zeitpunkt jeweils an um T oder 2T beabstandeten Detektionszeitpunkten Daten extrahiert werden. Durch die Erkennung eines Synchronisation-Wortes wird es somit der Empfangseinheit ermöglicht, sich in zuverlässiger Weise mit der entsprechenden Sendeeinheit zu synchronisieren. So kann die Güte der Datenübertragung weiter verbessert werden.The evaluation unit can be set up to detect a synchronization word by comparing the channel signal with a threshold value. In particular, a synchronization time can be recognized at which a synchronization word is received. The data can then be extracted from the channel signal on the basis of the synchronization time at detection times which are dependent on the period frequency. For example, starting from the synchronization time, data can be extracted at detection times spaced by T or 2T. The recognition of a synchronization word thus enables the receiving unit to reliably synchronize with the corresponding transmitting unit. In this way, the quality of the data transmission can be further improved.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, auf Basis des Verarbeitungssignals für eine Periode des PWM-Steuersignals (das zur Generierung des Empfangssignals verwendet wurde) eine Pulsweite eines PWM Pulses des PWM-Steuersignals in der Periode zu ermitteln. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, nur dann Daten aus dem Kanalsignal zu extrahieren, wenn die ermittelte Pulsweise kleiner als die Maximalweite ist. Die Maximalweite kann z.B. 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 oder mehr sein. Die Übertragung von Daten mittels der Verschiebung von PWM Pulsen kann somit auf PWM Pulse mit einer relativ kleinen Pulsweite beschränkt werden. So kann die Güte der Datenübertragung erhöht werden. The evaluation unit can be set up to determine a pulse width of a PWM pulse of the PWM control signal in the period on the basis of the processing signal for a period of the PWM control signal (which was used to generate the received signal). Furthermore, the evaluation unit can be set up to extract data from the channel signal only when the pulse rate determined is smaller than the maximum width. The maximum width can be, for example, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 or more. The transmission of data by means of the shifting of PWM pulses can thus be limited to PWM pulses with a relatively small pulse width. The quality of the data transmission can be increased in this way.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Kommunikationseinheit beschrieben, die sowohl eine Sendeeinheit als auch eine Empfangseinheit umfasst. Zwei Kommunikationseinheiten können dann eine bidirektionale Kommunikation über eine Versorgungsleitung durchführen, wobei Daten der Sendeeinheit der ersten Kommunikationseinheit von der Empfangseinheit der zweite Kommunikationseinheit empfangen werden, und wobei Daten der Sendeeinheit der zweiten Kommunikationseinheit von der Empfangseinheit der ersten Kommunikationseinheit empfangen werden. Dabei können die PWM-Steuersignale der Sendeeinheiten der beiden Kommunikationseinheiten unterschiedliche Periodenfrequenzen aufweisen, um eine zuverlässige Unterscheidung der von der jeweiligen Sendeeinheit gesendeten Daten zu ermöglichen. Dabei sind die Periodenfrequenzen bevorzugt keine ganzzahligen Vielfachen voneinander.According to a further aspect, a communication unit is described which comprises both a transmitting unit and a receiving unit. Two communication units can then carry out bidirectional communication via a supply line, data from the transmission unit of the first communication unit being received by the reception unit of the second communication unit, and data from the transmission unit of the second communication unit being received by the reception unit of the first communication unit. The PWM control signals of the transmission units of the two communication units can have different period frequencies in order to enable reliable differentiation of the data transmitted by the respective transmission unit. The period frequencies are preferably not integral multiples of one another.
Alternativ oder ergänzend können die unterschiedlichen Sendeeinheiten unterschiedliche Verschiebungsgrade der PWM-Pulse der jeweiligen PWM-Steuersignale verwenden, um es den unterschiedlichen Empfangseinheiten zu ermöglichen, die Daten der unterschiedlichen Sendeeinheiten voneinander zu unterscheiden.Alternatively or additionally, the different transmission units can use different degrees of displacement of the PWM pulses of the respective PWM control signals in order to enable the different reception units to distinguish the data of the different transmission units from one another.
Alternativ oder ergänzend können die unterschiedlichen Sendeeinheiten unterschiedliche (disjunkte, nicht überschneidende) Zeitintervalle zum Senden von Daten verwenden. Es kann somit ein Zeitmultiplex von unterschiedlichen Sendeeinheiten erfolgen, um eine gemeinsame Versorgungsleitung zur Datenübertragung zu verwenden.As an alternative or in addition, the different transmission units can use different (disjoint, non-overlapping) time intervals for transmitting data. Time-division multiplexing from different transmitter units can thus take place in order to use a common supply line for data transmission.
Beispielsweise können in Serie geschaltete Gleichspannungs-Wandler eine bidirektionale Kommunikation durchführen. Dabei bewirken die ein oder mehreren Schaltelemente des ersten Gleichspannungs-Wandlers einen modulierten Rippel der Ausgangsspannung des ersten Wandlers (um Daten an den zweiten Gleichspannungs-Wandler zu senden). Des Weiteren bewirken die ein oder mehreren Schaltelemente des zweiten Gleichspannungs-Wandlers einen modulierten Rippel der Eingangsspannung des zweiten Wandlers (um Daten an den ersten Gleichspannungs-Wandler zu senden).For example, DC converters connected in series can perform bidirectional communication. The one or more switching elements of the first DC converter result in a modulated ripple in the output voltage of the first converter (in order to send data to the second DC converter). Furthermore, the one or more switching elements of the second DC-DC converter cause a modulated ripple of the input voltage of the second converter (to send data to the first DC-DC converter).
Alternativ oder ergänzend können parallel geschaltete Gleichspannungs-Wandler über eine gemeinsame Versorgungsleitung an den jeweiligen Ausgängen der Gleichspannungs-Wandler eine bidirektionale Kommunikation durchführen.Alternatively or additionally, DC converters connected in parallel can perform bidirectional communication via a common supply line at the respective outputs of the DC converters.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektrisches Bordnetz (z.B. für ein Fahrzeug) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit umfasst.According to a further aspect, an electrical vehicle electrical system (e.g. for a vehicle) is described, which comprises the transmitting unit and / or receiving unit described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit und/oder das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described, which comprises the transmitting unit and / or receiving unit described in this document and / or the electrical system described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Senden von Daten über eine elektrische Versorgungsleitung beschrieben. Das Verfahren umfasst das Generieren eines PWM-Steuersignals in Abhängigkeit von einem Zielwert für ein Ausgangssignal, wobei das PWM-Steuersignal eine Sequenz von PWM Pulsen für eine Sequenz von Perioden umfasst. Außerdem umfasst das Verfahren das Positionieren der PWM Pulse der einzelnen Perioden innerhalb der jeweiligen Periode in Abhängigkeit von zu sendenden Daten, so dass sich ein PWM-Steuersignal mit zumindest teilweise verschobenen PWM-Pulsen ergibt. Ferner umfasst das Verfahren das Betreiben zumindest eines Schaltelements in einem PWM-Betrieb in Abhängigkeit von dem PWM-Steuersignal (mit den zumindest teilweise verschobenen PWM-Pulsen), um das Ausgangssignal auf einer Versorgungsleitung bereitzustellen.According to a further aspect, a method for sending data via an electrical supply line is described. The method comprises generating a PWM control signal as a function of a target value for an output signal, the PWM control signal comprising a sequence of PWM pulses for a sequence of periods. In addition, the method comprises positioning the PWM pulses of the individual periods within the respective period as a function of data to be transmitted, so that a PWM control signal with at least partially shifted PWM pulses results. Furthermore, the method comprises operating at least one switching element in PWM operation as a function of the PWM control signal (with the at least partially shifted PWM pulses) in order to provide the output signal on a supply line.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Extraktion von Daten aus einem über eine elektrische Versorgungsleitung empfangenen Empfangssignal beschrieben. Das Verfahren umfasst das Transformieren eines von dem Empfangssignal abgeleiteten Verarbeitungssignals mittels einer Zeit-Frequenz Transformation in einen Frequenzbereich, um für mindestens einen Frequenzkanal ein Kanalsignal bereitzustellen, wobei der Frequenzkanal von einer Periodenfrequenz eines PWM-Steuersignals abhängt, das zur Generierung des Empfangssignals verwendet wurde. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln der Daten auf Basis des Kanalsignals.According to a further aspect, a method for extracting data from a received signal received via an electrical supply line is described. The method comprises transforming a processing signal derived from the received signal into a frequency range by means of a time-frequency transformation in order to provide a channel signal for at least one frequency channel, the frequency channel being dependent on a period frequency of a PWM control signal that was used to generate the received signal. Furthermore, the method comprises determining the data based on the channel signal.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The SW program can be set up to run on a Processor (for example on a control unit of a vehicle) to be executed, and thereby to perform one of the methods described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium can comprise a software program which is set up to be executed on a processor and thereby to carry out one of the methods described in this document.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspect of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz; -
2 ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs; -
3a ein beispielhaftes Datenübertragungssystem; -
3b einen beispielhaften Gleichspannungswandler; -
4 beispielhafte PWM Pulse eines PWM-Steuersignals; -
5a eine beispielhafte Auswerteeinheit einer Empfangseinheit; -
5b ein beispielhaftes Kanalsignal; -
6a ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Senden von Daten; und -
6b ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Empfang von Daten.
-
1 an exemplary vehicle with an electrical system; -
2nd an exemplary electrical system of a vehicle; -
3a an exemplary data transmission system; -
3b an exemplary DC-DC converter; -
4th exemplary PWM pulses of a PWM control signal; -
5a an exemplary evaluation unit of a receiving unit; -
5b an exemplary channel signal; -
6a a flow diagram of an exemplary method for sending data; and -
6b a flow diagram of an exemplary method for receiving data.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe, eine effiziente Datenübertragung über eine elektrische Versorgungsleitung zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang zeigt
Ferner kann das Bordnetz
Des Weiteren umfasst das Bordnetz
Ein Fahrzeug
Des Weiteren kann das PWM-Steuersignal
Die ein oder mehreren Schaltelemente der Sendeinheit
Die Empfangseinheit
Wie bereits oben dargelegt, kann die Sendeeinheit
Zur Übertragung von Daten
Zur Übertragung von Daten
Ggf. können die „Amplitude“ bzw. das Ausmaß bzw. der Grad der Verschiebung von Pulsen
Im unteren Teil von
Die Auswerteeinheit
Es können dann ein oder mehrere Frequenzbänder bzw. Frequenzkanäle analysiert werden, um das Vorhandensein bzw. das Nicht-Vorhandensein einer Verschiebung und/oder um den Grad der Verschiebung der Pulse
Die Auswerteeinheit
Zur Übertragung von Daten können zunächst ein oder mehrere Synchronisation-Bits übertragen werden, um es der Empfangseinheit
Es wird somit ein Kommunikationsverfahren beschrieben, das z.B. eine Kommunikation zwischen zwei DCDC-Wandlern
Das in diesem Dokument beschriebene Kommunikationsverfahren kann in analoger Weise auf Module angewendet werden, bei denen elektrische Lasten und/oder Kondensatoren anhand von ein oder mehreren Schaltelementen
Es sei darauf hingewiesen, dass das beschriebene Sendeverfahren alternativ oder ergänzend eine Frequenzmodulation und/oder eine Phasenmodulation ermöglicht. Des Weiteren kann (alternativ oder ergänzend zu einem DCDC-Wandler
Das Verfahren
Das PWM-Steuersignal
Außerdem umfasst das Verfahren
Das Verfahren
Das Verfahren
Der Frequenzkanal
Außerdem umfasst das Verfahren
Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, in effizienter Weise Daten
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018130360.2A DE102018130360A1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Methods and devices for the transmission of data via an electrical power supply line |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=70681045
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DE102018130360.2A Pending DE102018130360A1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Methods and devices for the transmission of data via an electrical power supply line |
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Country | Link |
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- 2018-11-29 DE DE102018130360.2A patent/DE102018130360A1/en active Pending
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