DE102019200470B4

DE102019200470B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems zur Fremdmetallerkennung

Info

Publication number: DE102019200470B4
Application number: DE102019200470.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Haggenmiller
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: CN113302853B; WO2020148321A1; DE102019200470A1; US11970069B2; CN113302853A; US20220111742A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdmetallerkennung, die ein Antennensystem mit einer Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31), die mit einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit (SE) verschaltet sind, umfasst. Die Antennen (A0,..., A15) einer ersten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31) sind mit den Eingängen eines ersten Multiplexers (MUXa) der Selektionseinheit (SE) verschaltet. Die Antennen (A16,..., A31) einer zweiten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31) sind mit den Eingängen eines zweiten Multiplexers (MUXb) der Selektionseinheit (SE) verschaltet. Die Antennen (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe und die Antennen (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe sind benachbart und/oder paarweise überlappend angeordnet. Eine Recheneinheit (CU) ist dazu ausgebildet, durch die Bereitstellung von Steuersignalen (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II, CTRL_MUX_III, CTRL_DIAG) für die Selektionseinheit (SE) ein Wechselstromsignal in eine selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe einzuspeisen und an einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) für die selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal zu erfassen und für eine folgende Auswertung zu speichern. Aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für die selektierte Antenne (A0,..., A15) des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen kann auf einen Fehler der selektierten Antenne/des Antennensystems geschlossen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, das insbesondere zur Fremdmetallerkennung dient. Insbesondere betrifft die Erfindung die Funktionsprüfung von Selektionselementen.
Beim induktiven Laden wird Energie mittels des Transformatorprinzips über Strecken von wenigen Zentimetern bis zu ca. 20 cm übertragen. Dabei kann zwischen einer äußeren Bodenspule (sog. Primärspule) und einer fahrzeugseitigen Unterbodenspule (sog. Sekundärspule) je nach Abstand, Aufbau und Leistung ein großes magnetisches Feld entstehen. Je schlechter die beiden Spulen aufeinander ausgerichtet sind, desto größer kann das magnetische Streufeld (EMV) werden, desto größer kann die magnetische Belastung für Menschen werden und/oder desto weniger Leistung kann in die Batterie des Fahrzeugs übertragen werden. Darüber hinaus wird der Wirkungsgrad des Übertragungssystems schlechter.
Das im Luftspalt bei der Energieübertragung entstehende magnetische Wechselfeld führt aufgrund der hohen Übertragungsleistung dazu, dass ein im Luftspalt befindlicher metallischer Körper, wie z.B. eine Münze, ein Nagel und dergleichen, erwärmt wird. Die dabei im metallischen Körper auftretenden Temperaturen können so hoch werden, dass das die äußere Bodenspule einhüllende Gehäuse, das üblicherweise aus einem Kunststoff besteht, beschädigt werden könnte. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass sich durch den heißen metallischen Körper in der Nähe befindliche brennbare Stoffe, wie z.B. Papier, entzünden können, wodurch die Gefahr der Entstehung eines größeren Brandes existiert. Versucht andererseits eine Person, den bereits erhitzten metallischen Gegenstand von der äußeren Bodenspule zu entfernen, so besteht die Gefahr einer Verbrennung.
Es existiert daher bei induktiven Kraftfahrzeugladesystemen das Erfordernis einer sog. Fremdmetallerkennung, welche bei der Detektion eines metallischen Gegenstands im Bodenspalt die äußere Bodenspule deaktiviert und/oder eine Warnung ausgibt. Da auch eine solche Fremdmetallerkennung einen Defekt aufweisen kann, muss die dazu verwendete Sensorik regelmäßig auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden.
Die DE 103 05 741 DE offenbart ein Verfahren zum Prüfen mindestens einer Antenne mit einem Empfängermodul und einem zwischen der mindestens einen Antenne und dem Empfängermodul angeordneten Kopplungsmodul, bei dem der Antenne und dem Empfängermodul mittels des Kopplungsmoduls ein Rauschsignal von mindestens einer Rauschsignalquelle als Prüfsignal zugeführt wird, wobei mittels eines Prüfmoduls ein momentaner Übertragungskoeffizient, der das Verhältnis zwischen einem ersten Rauschsignal, das über einen ersten Pfad ohne Passieren der mindestens einen Antenne zum Prüfmodul gelangt, und einem zweiten Rauschsignal, das von der Rauschquelle über einen zweiten über die mindestens eine Antenne führenden Pfad zum Prüfmodul gelangt, angibt, bestimmt und mit einem in einer Übertragungsmatrix hinterlegten Referenz-Übertragungskoeffizienten verglichen wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines zur Fremdmetallerkennung genutzten Antennensystems eines induktiven Kraftfahrzeugladesystems anzugeben, welche einfach, kostengünstig und zuverlässig sind. Insbesondere soll eine Diagnose der korrekten Ansteuerung (Auswahl) der Empfangsantennen vor und während des Betriebs des induktiven Ladesystems ermöglicht werden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdmetallerkennung, vorgeschlagen. Die Vorrichtung und das Antennensystem sind insbesondere Bestandteile eines induktiven Kraftfahrzeugladesystems. Die Vorrichtung umfasst ein Antennensystem mit einer Mehrzahl von Antennen, die mit einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit der Vorrichtung verschaltet sind. Die Antennen einer ersten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen sind mit den Eingängen eines ersten Multiplexers der Selektionseinheit verschaltet. Die Antennen einer zweiten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen sind mit den Eingängen eines zweiten Multiplexers der Selektionseinheit verschaltet. Die Antennen der ersten Antennengruppe und die Antennen der zweiten Antennengruppe sind benachbart und/oder paarweise überlappend angeordnet. Eine Recheneinheit der Vorrichtung ist dazu ausgebildet, durch die Bereitstellung von Steuersignalen für die Selektionseinheit ein Wechselstromsignal in eine selektierte Antenne der ersten Antennengruppe einzuspeisen. Die Recheneinheit der Vorrichtung ist weiter dazu ausgebildet, an einem Ausgang der Selektionseinheit für die selektierte Antenne der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal zu erfassen und für eine folgende Auswertung zu speichern. Aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für die selektierte Antenne des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen wird durch die Recheneinheit auf einen Fehler der selektierten Antenne/des Antennensystems geschlossen.
Das der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrunde liegende Prinzip beruht darauf, dass die Antennen der ersten Antennengruppe relativ zu den Antennen der zweiten Antennengruppe derart angeordnet sind, dass sich bei Einspeisung eines Wechselstromsignals in eine der Antennen der ersten Antennengruppe (die als selektierte Antenne bezeichnet wird) eine magnetische Kopplung zu den Antennen der zweiten Antennengruppe ergibt, die mit der selektierten Antenne der ersten Antennengruppe überlappen oder unmittelbar benachbart zu dieser angeordnet sind. Bei einer Überlappung ist starke magnetische Kopplung gegeben, bei einer unmittelbaren Nachbarschaftsbeziehung ist in der Regel noch eine schwache magnetische Kopplung vorhanden. Aufgrund der bekannten Ortsbeziehungen der Antennen der ersten und der zweiten Antennengruppe sind für eine beliebige selektierte Antenne die erwarteten Antennensignale von jeder der Antennen der zweiten Antennengruppe bekannt. Aus einer Abweichung der gemessenen Antennensignale zu den erwarteten Antennensignalen kann auf einen Fehler in dem Antennensystem, insbesondere den Elementen der Selektionseinheit geschlossen werden.
Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Vorrichtung kann vor und während des Betriebs der eingangs erwähnten induktiven Ladevorrichtung genutzt werden.
Die Vorrichtung lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise realisieren. Insbesondere sind gegenüber herkömmlichen Antennensystemen zur Fremdmetallerkennung nur wenige zusätzliche Bauelemente notwendig. Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit kann unter Verwendung der vorhandenen Signal-Analysestrukturen durchgeführt werden. Eine Bewertung der Funktionsfähigkeit kann durch die Recheneinheit in Form von Software realisiert werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Wechselstromsignal durch eine Diagnoseschaltung erzeugt, wobei die Diagnoseschaltung eine Serienschaltung aus einem durch die Recheneinheit steuerbaren Schaltelement und einer Wechselspannungsquelle umfasst. Dabei ist die Wechselspannungsquelle über das steuerbare Schaltelement mit einem Ausgang des ersten Multiplexers koppelbar. Die Diagnoseschaltung ist als einzige zusätzliche Komponente gegenüber herkömmlichen Antennensystemen erforderlich. Diese ermöglicht die Bereitstellung des Wechselstromsignals, mit dessen Hilfe die Kopplungsbeziehungen der Antennen der ersten und der zweiten Antennengruppe ausgenutzt werden.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Selektionseinheit einen dritten Multiplexer umfasst, der in einer Kaskadierung mit dem ersten und dem zweiten Multiplexer verschaltet ist. Infolge der Kaskadierung sind die Eingänge des dritten Multiplexers mit einem jeweils zugeordneten Ausgang des ersten und des zweiten Multiplexers verbunden. Der Ausgang des dritten Multiplexers bildet den Ausgang der Selektionseinheit. Der Ausgang des dritten Multiplexers ist mit einem Eingang der Recheneinheit zur Übertragung der Antennensignale gekoppelt. Diese Ausgestaltung ermöglicht in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Antennensystems die sequentielle Erfassung von Antennensignalen der Anzahl an Antennen zur Fremdmetallerkennung. Darüber hinaus ermöglicht die Kaskadierung das Einspeisen des Wechselstromsignals in die Antennen der ersten Antennengruppe, während die Antennensignale der Antennen der zweiten Antennengruppe gemessen werden (können).
Für die Messung der Antennensignale der Antennen der zweiten Antennengruppe verbindet der dritte Multiplexer während der Funktionsprüfung durch ein Steuersignal der Recheneinheit dauerhaft den Ausgang des zweiten Multiplexers mit seinem Ausgang.
Die Recheneinheit ist zweckmäßigerweise dazu ausgebildet, für einen vollständigen Test des Antennensystems sequentiell ein Wechselstromsignal in jeweils eine selektierte Antenne der ersten Antennengruppe einzuspeisen, an einem Ausgang der Selektionseinheit für die gerade selektierte Antenne der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal zu erfassen und für eine folgende Auswertung zu speichern, und aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für alle Antennen des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen auf einen Fehler des Antennensystems zu schließen. Das oben beschriebene Vorgehen wird somit entsprechend der Anzahl der Antennen der ersten Antennengruppe wiederholt, wodurch eine Ergebnistabelle erhalten wird, die mit einer vordefinierten Erwartungs-Ergebnistabelle verglichen wird. Der Vergleich erfolgt für einander entsprechende Positionen der beiden Tabellen. Ein Eintrag in der Spalte x und der Zeile y (x, y) in der Ergebnistabelle wird mit einem entsprechenden Eintrag (x, y) in der Erwartungs-Ergebnistabelle verglichen. Der Vergleich erfolgt für alle Tabelleneinträge.
Aus dem Vergleich der ersten mit der zweiten Ergebnistabelle kann durch die Recheneinheit ferner auf einen Fehler eines der Multiplexer der Selektionseinheit geschlossen werden. Beispielsweise kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, zu ermitteln, ob die richtige Antenne der ersten Antennengruppe selektiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, zu ermitteln, ob die richtigen Antennen der zweiten Antennengruppe selektiert sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdmetallerkennung, vorgeschlagen. Das Antennensystem umfasst eine Mehrzahl von Antennen, die jeweils mit einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit verschaltet sind. Die Antennen einer ersten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen sind mit den Eingängen eines ersten Multiplexers der Selektionseinheit verschaltet. Die Antennen einer zweiten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen sind mit den Eingängen eines zweiten Multiplexers der Selektionseinheit verschaltet. Die Antennen der ersten Antennengruppe und die Antennen der zweiten Antennengruppe sind benachbart und/oder paarweise überlappend angeordnet. Bei dem Verfahren werden Steuersignale für die Selektionseinheit bereitgestellt werden. Weiter wird ein Wechselstromsignal in eine selektierte Antenne der ersten Antennengruppe eingespeist. An einem Ausgang der Selektionseinheit wird für die selektierte Antenne der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal erfasst und für eine folgende Auswertung gespeichert. Aus einem Vergleich der ermittelten Antennensignale für die selektierte Antenne des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen wird auf einen Fehler der selektierten Antenne/des Antennensystems geschlossen.
Das Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, wie diese vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden.
Zweckmäßigerweise wird für einen vollständigen Test des Antennensystems sequentiell ein Wechselstromsignal in jeweils eine selektierte Antenne der ersten Antennengruppe eingespeist. An einem Ausgang der Selektionseinheit für die gerade selektierte Antenne der ersten Antennengruppe wird das an jeder Antenne der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal erfasst und für eine folgende Auswertung gespeichert. Aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für alle Antennen des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen wird auf einen Fehler des Antennensystems geschlossen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird aus dem Vergleich auf einen Fehler eines der Multiplexer der Selektionseinheit geschlossen. Insbesondere wird aus dem Vergleich ermittelt, ob die richtige Antenne der ersten Antennengruppe selektiert ist. Ferner wird aus dem Vergleich ermittelt, ob die richtigen Antennen der zweiten Antennengruppe selektiert sind.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Ersatzschaltbildes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems zur Fremdmetallerkennung;
2 eine beispielhafte Darstellung der Anordnung von Antennen einer ersten Antennengruppe des Antennensystems aus 1;
3 eine beispielhafte Darstellung der Anordnung von Antennen einer zweiten Antennengruppe des Antennensystems aus 1;
4 eine Darstellung des Antennensystem, das aus der Übereinanderanordnung der in den 2 und 3 gezeigten Antennengruppen resultiert; und
5 eine als Matrix vorliegende Erwartungs-Ergebnistabelle, in der Ergebniszustände des Funktionstests des Antennensystems gemäß 4 dargestellt sind, wenn kein Fehler in dem Antennensystem vorliegt.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Ersatzschaltbildes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems. Das Antennensystem dient zur Fremdmetallerkennung, welche bei der Detektion eines metallischen Gegenstands, z.B. einer Münze, einer Schraube, eines Nagels und dergleichen, eine Warnung ausgibt und/oder ein mit der Vorrichtung verbundenes technisches System deaktiviert. Die Vorrichtung dient dazu, Defekte des Antennensystems sowie mit dem Antennensystem verbundener Signalverarbeitungskomponenten auf ihre Funktionsfähigkeit überprüfen zu können.
Insbesondere ist die nachfolgend beschriebene Vorrichtung zum Einsatz bei einem induktiven Fahrzeug-Ladesystem vorgesehen, bei dem Energie mittels des Transformatorprinzips über Strecken von wenigen Zentimetern bis zu ca. 20 cm übertragen wird. Bei einem solchen Energieübertragungssystem entsteht zwischen einer äußeren Bodenspule und einer fahrzeugseitigen Unterbodenspule je nach Abstand, Aufbau und Leistung ein großes magnetisches Feld. Bei aktiver Bodenspule kann ein im Wirkbereich der Bodenspule befindlicher metallischer Körper erwärmt werden. Die dabei im metallischen Körper auftretenden Temperaturen können so hoch werden, dass das die äußere Bodenspule einhüllende Gehäuse, das typischerweise aus einem Kunststoff besteht, beschädigt werden kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass durch den heißen metallischen Körper in der Nähe befindliche brennbare Stoffe entzündet werden können. Ebenso besteht die Gefahr einer Verbrennung für Lebewesen, die mit dem bereits erhitzten metallischen Gegenstand in Kontakt kommt.
Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine Funktionsprüfung des Antennensystems, insbesondere darin eingesetzter Selektionseinheiten (z.B. Multiplexer) im Hinblick auf Fehlfunktionen oder falsche Selektierungen.
Das zu prüfende Antennensystem umfasst in der Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels 2ⁿ = 32 Antennen A0, ..., A31, wobei die Anzahl n prinzipiell auf größer oder kleiner als 5 gewählt werden kann. Jede der Antennen A0,..., A31 ist jeweils zwischen einem mit einer Vorspannung Vofst beaufschlagten Knoten K und einem, der jeweiligen Antenne A0,..., A31 zugeordneten, Eingang SEI0,..., SEI31 einer Selektionseinheit SE verschaltet. Die Vorspannung kann, abhängig von der nicht gezeigten Spannungsversorgung, einen positiven oder einen negativen Wert (bei unipolarer Spannungsversorgung) aufweisen oder auf einem Massepotential liegen.
Die Selektionseinheit SE besteht im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Kaskade von Multiplexern MUXa, MUXb, MUXc. Dabei weist die Selektionseinheit die zwei Kaskadenstufen MUX I und MUX II auf. Die Kaskadenstufe MUX II, die den Eingang der Selektionseinheit SE darstellt, weist dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Multiplexer MUXa, MUXb auf, die eine gleiche Anzahl an Eingängen, nämlich 2ⁿ/2 = 16, aufweisen. Die Kaskadenstufe MUX I, die den Ausgang SEO der Selektionseinheit SE darstellt, weist den Multiplexer MUXc auf. Dementsprechend sind die Ausgänge MUXaO, MUXbO der Multiplexer MUXa, MUXb der zweiten Kaskadenstufe MUX II mit den Eingängen MUXcl1, MUXcl2 des Multiplexers MUXc der ersten Kaskadenstufe MUX I verbunden. Ein Ausgang des Multiplexers MUXc stellt einen Ausgang SEO der Selektionseinheit SE dar.
Der Ausgang SEO der Selektionseinheit SE ist über eine Signalverarbeitungseinheit SPU, welche beispielsweise einen Filter und einen Verstärker und dergleichen umfasst, mit einem Eingang CUI einer Recheneinheit CU verbunden. Die Recheneinheit CU ist dazu ausgebildet, an verschiedenen Ausgängen CUO1, CUO2, CUO3 Steuersignale CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II und CTRL_MUX_III für die Multiplexer MUXa, MUXb, MUXc der Selektionseinheit SE bereitzustellen, wobei durch die Steuersignale im bestimmungsgemäßen Betrieb des Antennensystems festgelegt ist, welcher Eingang SEI0, ..., SEI31 der Selektionseinheit SE mit dem Ausgang SEO der Selektionseinheit SE zu verbinden ist. Dadurch kann die Recheneinheit bestimmen, welche Antenne A0,..., A31 mit der Recheneinheit zur Auswertung eines Antennensignals verbunden ist.
Die Recheneinheit CU ist ferner dazu ausgebildet, an ihrem Eingang CUI das an dem Ausgang SEO der Selektionseinheit SE anliegende und durch die Signalverarbeitungseinheit SPU aufbereitete Antennensignal zu empfangen.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Diagnoseschaltung DC. Die Diagnoseschaltung DC umfasst eine Serienschaltung aus einem steuerbaren Schaltelement S1 und einer Wechselspannungsquelle AC. Die Serienschaltung aus dem steuerbaren Schaltelement S1 und der Wechselspannungsquelle AC ist zwischen einem Bezugspotentialanschluss K1 und einem Knotenpunkt K2 verschaltet, der den Ausgang MUXaO des ersten Multiplexers MUXa und einen ersten Eingang MUXcI1 des dritten Multiplexers MUXc miteinander verbindet. Die Steuerung des steuerbaren Schaltelements S1 erfolgt mit Hilfe eines Steuersignals CTRL_DIAG, das an einem vierten Ausgang CUO4 durch die Recheneinheit CU ausgegeben wird.
Zur Durchführung des Funktionstests wird die Diagnoseschaltung DC aktiviert, indem die Wechselspannungsquelle AC mittels des steuerbaren Schaltelements S1 mit dem Knoten K2 verbunden wird. Gleichzeitig wird mittels des Steuersignals CTRL_MUX_III der zweite Eingang MUXcI2 des dritten Multiplexers MUXc mit dem Ausgang MUXbO des zweiten Multiplexers MUXb verbunden. Abhängig von dem Steuersignal CTRL_MUX_I, das festlegt, welcher der Eingänge SEI0,..., SE115 der Selektionseinheit (die entsprechenden Eingängen des ersten Multiplexers MUXa entsprechen) selektiert ist, wird die mit diesem Eingang verbundene Antenne A0,..., A15 mit dem Wechselstromsignal beaufschlagt, das die Funktionsprüfung des Antennensystems aufgrund bestimmter, nachfolgend beschriebener Eigenschaften der Anordnung der Antennen ermöglicht.
Die Antennen A0,..., A31 sind in zwei Antennengruppen - einer ersten Antennengruppe und einer zweiten Antennengruppe - eingeteilt, wobei die Zugehörigkeit einer Antenne zu der ersten oder zu der zweiten Antennengruppe davon abhängt, ob sie mit einem Eingang des ersten Multiplexers MUXa oder mit einem Eingang des zweiten Multiplexers MUXb verbunden ist. In der vorliegenden Beschreibung sind die Antennen A0,..., A15, die mit dem ersten Multiplexer MUXa gekoppelt sind, Antennen der ersten Antennengruppe. Die Antennen A16,..., A31, die mit dem zweiten Multiplexer MUXb gekoppelt sind, sind Antennen der zweiten Antennengruppe.
2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der 16 Antennen A0,..., A15 der ersten Antennengruppe, wobei in der Figur nur die Nummer der Antenne ohne den Buchstaben „A“ dargestellt ist. Die Antennen A0,..., A15 (entsprechend der Darstellung in 2 „0“,..., „15“) sind beispielhaft als Kreisbögen ausgebildet, die auf vier um einen Mittelpunkt gedachten Kreisen angeordnet sind und einen jeweiligen Mittelpunktswinkel von α = 90° aufweisen.
Die Anordnung der 16 Antennen A16,..., A31 der zweiten Antennengruppe ist entsprechend, wobei in der 3 wiederum nur die Nummer der Antenne ohne den Buchstaben „A“ dargestellt ist. Die Antennen A16,..., A31 (entsprechend der Darstellung in 2 „16“,..., „31“) sind entsprechend als Kreisbögen ausgebildet, die auf vier um einen Mittelpunkt gedachten Kreisen angeordnet sind und einen jeweiligen Mittelpunktswinkel von α = 90° aufweisen. Dabei ist die gesamte Anordnung gegenüber der Anordnung aus 2 um 45° gedreht.
In dem Antennensystem gemäß 1 sind die beiden in 2 und 3 gezeigten Antennengruppen übereinander angeordnet, d.h. die Mittelpunkte der beiden Anordnungen kommen aufeinander zum Liegen, wie 4 zeigt. Dabei ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Antennen, die auf einem jeweiligen gedachten Kreis um den Mittelpunkt liegen, paarweise um 50% überlappen, d.h. bei Einspeisung eines Wechselstromsignals eine (starke) magnetische Kopplung aufweisen. Die Kopplung kann - sehr viel schwächer - auch bei benachbarten Antennen bestehen, die auf einem benachbarten gedachten Kreis liegen.
Das der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrunde liegende Prinzip beruht somit darauf, dass die Antennen der ersten Antennengruppe relativ zu den Antennen der zweiten Antennengruppe derart angeordnet sind, dass sich bei Einspeisung eines Wechselstromsignals in eine der Antennen der ersten Antennengruppe (die als selektierte Antenne bezeichnet wird) eine magnetische Kopplung zu den Antennen der zweiten Antennengruppe ergibt, die mit der selektierten Antenne der ersten Antennengruppe überlappen oder unmittelbar benachbart zu dieser angeordnet sind. Bei einer Überlappung ist eine starke magnetische Kopplung gegeben, bei einer unmittelbaren Nachbarschaftsbeziehung ist in der Regel noch eine schwache magnetische Kopplung vorhanden. Aufgrund der bekannten Ortsbeziehungen der Antennen der ersten und der zweiten Antennengruppe sind für eine beliebige selektierte Antenne der ersten Antennengruppe die erwarteten Antennensignale von jeder der Antennen der zweiten Antennengruppe bekannt. Aus einer Abweichung der gemessenen Antennensignale zu den erwarteten Antennensignalen kann auf einen Fehler in dem Antennensystem, insbesondere den Elementen der Selektionseinheit, geschlossen werden.
In 5 ist eine Matrix (Tabelle) gezeigt, in der die Ergebniswerte (Messsignale) an den Antennen A16,..., A31 der zweiten Antennengruppe (sog. Mess-Antennen) für die möglichen Ansteuersituationen der Antennen A0,.., A15 der ersten Antennengruppe (sog. Sende-Antenne) dargestellt sind, wenn keine Fehlfunktion der Multiplexer MUXa, MUXb, MUXc und auch kein Fehler in der Selektierung vorliegt. Dabei ist in der Matrix ein Eintrag „H“ enthalten, wenn eine starke Kopplung zwischen der selektierten (Sende-)Antenne A0,..., A15 beim Einspeisen des Wechselstromsignals und einer Mess-Antenne (d.h. einer Antenne A16,..., A31 der zweiten Antennengruppe) durch die Recheneinheit CU detektiert wird. Beispielsweise ist der 4 zu entnehmen, dass die (Sende-)Antenne A2 (=Antenne der ersten Antennengruppe) mit den (Mess-)Antennen A17, A18 (=Antennen der zweiten Antennengruppe) überlappend auf dem äußersten gedachten Kreis angeordnet ist. Dadurch ergibt sich zwischen den Antennen A2 und A17, A18 eine starke magnetische Kopplung. Die benachbarten Antennen A21, A22 der zweiten Antennengruppe koppeln demgegenüber nur schwach, weswegen in der Matrix ein Eintrag „L“ erfolgt. Die anderen Matrixeinträge ergeben sich für das in 4 gezeigte Antennensystem analog.
Zur Durchführung des Funktionstests wird jede der (Sende-)Antennen A0,..., A15 (=Antenne der ersten Antennengruppe) nacheinander mit dem Wechselstromsignal beaufschlagt. Während eine jeweilige der Sendeantennen mit dem Wechselstromsignal beaufschlagt ist, erfolgt für die (Mess-)Antennen A16,..., A31 (=Antennen der zweiten Antennengruppe) die Erfassung des Messsignals, so dass eine wie in 5 gezeigte Ergebnistabelle erzeugt wird, die mit der in 5 gezeigten Erwartungs-Ergebnistabelle verglichen wird.
Bei einer Abweichung wird dann auf einen Fehler eines der Multiplexer MUXa, MUXb, MUXc der Selektionseinheit geschlossen. Beispielsweise kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, zu ermitteln, ob die richtige Antenne der ersten Antennengruppe selektiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, zu ermitteln, ob die richtigen Antennen der zweiten Antennengruppe selektiert sind.

Claims

Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdmetallerkennung, umfassend: - ein Antennensystem mit einer Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31), die mit einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit (SE) verschaltet sind, wobei die Antennen (A0,..., A15) einer ersten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31) mit den Eingängen eines ersten Multiplexers (MUXa) der Selektionseinheit (SE) und die Antennen (A16,..., A31) einer zweiten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31) mit den Eingängen eines zweiten Multiplexers (MUXb) der Selektionseinheit (SE) verschaltet sind, und die Antennen (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe und die Antennen (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe benachbart und/oder paarweise überlappend angeordnet sind; - eine Recheneinheit (CU), die dazu ausgebildet ist, durch die Bereitstellung von Steuersignalen (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II, CTRL_MUX_III, CTRL_DIAG) für die Selektionseinheit (SE) ein Wechselstromsignal in eine selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe einzuspeisen, an einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) für die selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal zu erfassen und für eine folgende Auswertung zu speichern, und aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für die selektierte Antenne (A0,..., A15) des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen auf einen Fehler der selektierten Antenne/des Antennensystems zu schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromsignal durch eine Diagnoseschaltung (DC) erzeugt ist, wobei die Diagnoseschaltung (DC) eine Serienschaltung aus einem durch die Recheneinheit (CU) steuerbaren Schaltelement (S1) und einer Wechselspannungsquelle (AC) umfasst, wobei die Wechselspannungsquelle (AC) über das steuerbare Schaltelement (S1) mit einem Ausgang (MUXaO) des ersten Multiplexers (MUXa) koppelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionseinheit (SE) einen dritten Multiplexer (MUXc) umfasst, der in einer Kaskadierung mit dem ersten und dem zweiten Multiplexer (MUXa, MUXb) verschaltet ist, wodurch dessen Eingänge mit einem jeweils zugeordneten Ausgang des ersten und des zweiten Multiplexers (MUXa, MUXb) verbunden sind und dessen Ausgang den Ausgang der Selektionseinheit (SE) bildet, der mit einem Eingang (CUI1) der Recheneinheit (CU) zur Übertragung der Antennensignale gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Multiplexer (MUXc) während der Funktionsprüfung durch ein Steuersignal (CTRL_MUX_III) der Recheneinheit (CU) dauerhaft den Ausgang des zweiten Multiplexers (MUXb) mit seinem Ausgang verbindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (CU) dazu ausgebildet ist, für einen vollständigen Test des Antennensystems sequentiell ein Wechselstromsignal in jeweils eine selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe einzuspeisen, an einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) für die gerade selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal zu erfassen und für eine folgende Auswertung zu speichern, und aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für alle Antennen (A0,..., A15) des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen auf einen Fehler des Antennensystems zu schließen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (CU) dazu ausgebildet ist, aus dem Vergleich auf einen Fehler eines der Multiplexer (MUXa, MUXb) der Selektionseinheit (SE) zu schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (CU) dazu ausgebildet ist, zu ermitteln, ob die richtige Antenne (A0,.., A15) der ersten Antennengruppe selektiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (CU) dazu ausgebildet ist, zu ermitteln, ob die richtigen Antennen (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe selektiert sind.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Antennensystems, insbesondere zur Fremdmetallerkennung, das eine Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31), die jeweils mit einem zugeordneten Eingang einer Selektionseinheit (SE) verschaltet sind, wobei die Antennen (A0,..., A15) einer ersten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31) mit den Eingängen eines ersten Multiplexers (MUXa) der Selektionseinheit (SE) und die Antennen (A16,..., A31) einer zweiten Antennengruppe der Mehrzahl von Antennen (A0,..., A31) mit den Eingängen eines zweiten Multiplexers (MUXb) der Selektionseinheit (SE) verschaltet sind, und die Antennen (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe und die Antennen (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe benachbart und/oder paarweise überlappend angeordnet sind, bei dem - durch eine Recheneinheit (CU) Steuersignale (CTRL_MUX_I, CTRL_MUX_II, CTRL_MUX_III, CTRL_DIAG) für die Selektionseinheit (SE) bereitgestellt werden; ein Wechselstromsignal in eine selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe eingespeist wird, an einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) für die selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal erfasst und für eine folgende Auswertung gespeichert wird, und aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für die selektierte Antenne (A0,..., A15) des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen auf einen Fehler der selektierten Antenne/des Antennensystems geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem für einen vollständigen Test des Antennensystems sequentiell ein Wechselstromsignal in jeweils eine selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe eingespeist wird, an einem Ausgang (SEO) der Selektionseinheit (SE) für die gerade selektierte Antenne (A0,..., A15) der ersten Antennengruppe das an jeder Antenne (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe anliegende Antennensignal erfasst und für eine folgende Auswertung gespeichert wird, und aus dem Vergleich der ermittelten Antennensignale für alle Antennen (A0,..., A15) des ersten Antennensystems und zugeordneten erwarteten Antennensignalen auf einen Fehler des Antennensystems geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem aus dem Vergleich auf einen Fehler eines der Multiplexer (MUXa, MUXb) der Selektionseinheit (SE) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem aus dem Vergleich ermittelt wird, ob die richtige Antenne (A0,.., A15) der ersten Antennengruppe selektiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem aus dem Vergleich ermittelt wird, ob die richtigen Antennen (A16,..., A31) der zweiten Antennengruppe selektiert sind.