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Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Sensoranordnungen für Fahrzeuge bekannt, welche jeweils einen Radsensor mit mindestens einem Sensorelement je Fahrzeugrad aufweisen. Die einzelnen Radsensoren werden in der Regel über ein zweiadriges verdrilltes Kabel mit einem Steuergerät für ein Fahrzeugbremssystem verbunden, welches beispielsweise ABS-, ESP-, ASR- und/oder Hillhold-Funktionen (ABS: Antiblockiersystem, ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm, ASR: Antriebsschlupfregelung) ausführt. Üblicherweise ist ein erster Anschluss des mindestens einen Sensorelements über das Steuergerät mit einer Energiequelle verbunden (High-Side-Pfad), und ein zweiter Anschluss des mindestens einen Sensorelements ist über das Steuergerät mit Masse verbunden (Low-Side-Pfad). Ein durch das mindestens eine Sensorelement fließender Sensorstrom ist mit Informationen über Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des korrespondierenden Fahrzeugrads moduliert, wobei eine Auswerte und Steuereinheit des Steuergeräts den zwischen dem mindestens einen Sensorelement und Masse erfassten Sensorstrom auswertet.
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Aus der
DE 10 2016 222 628 A1 ist eine Sensoranordnung mit einem Sensor zum Erfassen einer Messgröße bekannt, welche eine erste Auswerteeinheit mit einem ersten Messwiderstand, dem zur Erzeugung eines Messspannungsabfalls ein die Messgröße repräsentierendes Sensorsignal des Sensors zugeführt wird, eine zweite Auswerteeinheit mit einem zweiten Messwiderstand, dem zur Erzeugung eines Messspannungsabfalls ein die Messgröße repräsentierendes Sensorsignal des Sensors zugeführt wird, eine erste Spannungsquelle, welche mit der ersten Auswerteeinheit verbunden ist, eine zweite Spannungsquelle, welche mit der zweiten Auswerteeinheit verbunden ist, und Schaltmittel, welche mit dem Sensor verbunden und derart ausgebildet sind, dass bei einem Ausfall einer Auswerteeinheit ein Messspannungsabfall an dem Messwiderstand der anderen Auswerteeinheit erzeugbar ist. Zudem ist der Sensor spannungsseitig über den ersten Messwiderstand mit der ersten Spannungsquelle und masseseitig über den zweiten Messwiderstand mit einer Masse verbunden. Hierbei ist eine erste Dioden-Zenerdioden-Kombination dem ersten Messwiderstand parallel geschaltet und eine zweite Dioden-Zenerdioden-Kombination ist dem zweiten Messwiderstand parallel geschaltet, wobei die erste und zweite Dioden-Zenerdioden-Kombination jeweils mit einer Durchbruchspannung ausgebildet ist, die größer als der Messspannungsabfall ist, derart dass bei Ausfall einer Auswerteeinheit ein Durchbruch der zugehörigen Dioden-Zenerdioden-Kombination bewirkbar ist. Zudem kann eine weitere erste Dioden-Zenerdioden-Kombination vorgesehen werden, die zwischen dem Sensor und der zweiten Spannungsquelle angeordnet ist. Des Weiteren kann ein Ende der zweiten Dioden-Zenerdioden-Kombination mit einem Masseanschluss der zweiten Auswerteeinheit verbunden werden, und eine weitere zweite Dioden-Zenerdioden-Kombination kann mit einem Masseanschluss der ersten Auswerteeinheit verbunden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Sensoranordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine erste Notfallschutzschaltung einen Low-Side-Pfad überwacht und bei einem defekten Low-Side-Pfad einen alternativen Low-Side-Pfad ohne Stromerfassung für das Sensorelement bereitstellt, so dass zumindest eine erste Messschaltung weiterhin den erfassten Sensorstrom auswerten kann. Die erste Notfallschutzschaltung wird aktiv, wenn der Spannungsabfall am zweiten Messanschluss des Sensorelements beispielsweise einen Kippspannungswert überschreitet, welcher im Bereich von 2,0V bis 4,0V vorgegeben werden kann. Die aktive erste Notfallschutzschaltung begrenzt den Spannungsabfall am zweiten Messanschluss des Sensorelements beispielsweise auf einen Haltespannungswert im Bereich von ca. 0,8V bis 1,5V und ist in der Lage einen Sensorstrom von bis zu 50mA zu übernehmen. Daher weist die Notfallschutzschaltung der erfindungsgemäßen Notfallschutzschaltung im aktiven Zustand im Gegensatz zu einer reinen Zenerdiodenstruktur einen wesentlich kleineren Spannungsabfall bei einem ähnlichen Laststrom auf.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug zur Verfügung, welche ein Sensorelement zum Erfassen einer Messgröße und mindestens zwei Steuergeräten umfasst, welche jeweils eine Messschaltung und eine Energiequelle aufweisen. Ein erster Anschluss des Sensorelements ist mit einer Energiequelle eines ersten Steuergeräts der mindestens zwei Steuergeräte verbunden, und ein zweiter Anschluss des Sensorelements ist über eine Messschaltung eines zweiten Steuergeräts der mindestens zwei Steuergeräte mit einem Masseanschluss verbunden. Hierbei ist ein durch das Sensorelement fließender Sensorstrom mit Informationen über die erfasste Messgröße moduliert, wobei eine Messschaltung des ersten Steuergeräts den im High-Side-Pfad zwischen der Energiequelle und dem Sensorelement erfassten Sensorstrom auswertet, und eine zweite Messschaltung des zweiten Steuergeräts gleichzeitig den im Low-Side-Pfad zwischen dem Sensorelement und dem Masseanschluss erfassten Sensorstrom auswertet. Zudem ist eine erste Notfallschutzschaltung parallel zum Low-Side-Pfad angeordnet und überwacht einen Spannungsabfall am zweiten Anschluss des Sensorelements. Die erste Notfallschutzschaltung stellt einen alternativen Low-Side-Pfad für das Sensorelement bereit und nimmt den Sensorstrom auf, wenn der Spannungsabfall einen vorgegebenen Kippspannungswert erreicht, so dass zumindest die erste Messschaltung weiterhin den erfassten Sensorstrom auswerten kann. Zusätzlich reduziert die erste Notfallschutzschaltung den Spannungsabfall auf einen Haltespannungswert, welcher kleiner als der Kippspannungswert ist.
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Eine solche Sensoranordnung für ein Fahrzeug hat den zudem den Vorteil, dass das Sensorsignal des jeweiligen Sensorelements über den Abgriff zwischen Energiequelle und Sensorelement (High-Side-Pfad) innerhalb des ersten Steuergeräts sowie über den Abgriff zwischen dem Sensorelement und Masse (Low-Side-Pfad) im zweiten Steuergerät zur Verfügung steht und somit von zwei Auswerte- und Steuereinheiten gleichzeitig ausgewertet werden kann. Hierzu wertet eine Messschaltung einer ersten Auswerte- und Steuereinheit des ersten Steuergeräts den im High-Side-Pfad erfassten Sensorstrom aus, und eine zweite Messschaltung einer zweiten Auswerte- und Steuereinheit des zweiten Steuergeräts wertet gleichzeitig den im Low-Side-Pfad erfassten Sensorstrom aus. Durch die Verwendung von nur einem einfachen Sensorelement je Messstelle, dessen Sensorsignal von zwei Steuergeräten redundant ausgewertet wird, ergibt sich bei annähernd gleicher redundanter Auswertesicherheit eine deutliche Kostenreduktion im Vergleich zur Verwendung von zwei Sensorelementen je Messstelle, da Sensorsignale von allen Messstellen in den beiden Steuergeräten ausgewertet werden und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Sensorelemente gering ist.
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In der Regel können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung mehrere Sensorelemente umfassen, welche verteilt im Fahrzeug an jeweils einer Messstelle angeordnet sind. So können Ausführungsformen der vorliegenden Sensoranordnung vorzugsweise in einem Fahrzeugbremssystem eingesetzt werden. In einem solchen Bremssystem können die Messstellen beispielsweise jeweils einem Fahrzeugrad zugeordnet werden, wobei ein korrespondierendes Sensorelement zumindest eine Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des zugeordneten Fahrzeugrads erfassen kann. Selbstverständlich können die Sensorelemente auch an anderen Messstellen im Fahrzeug angeordnet werden. Zudem können die Sensorelemente auch andere Messgrößen, wie beispielsweise Temperatur, Druck usw. erfassen.
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Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend eine elektrische Schaltung verstanden werden, welche erfasste Sensorsignale verarbeitet bzw. auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung der Auswertung verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.
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Unter dem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät, wie beispielsweise ein Bremsensteuergerät, verstanden werden, welches in Verbindung mit einem hydraulischen Bremssystem verschiedene Bremsfunktionen, wie beispielsweise ABS-, ESP-, ASR- und/oder Hillhold-Funktionen (ABS: Antiblockiersystem, ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm, ASR: Antriebsschlupfregelung) ausführen kann. Hierbei können die beiden Steuergeräte im Normalbetrieb verschiedene Bremsfunktionen ausführen. Bei einem Ausfall eines der Steuergeräte kann vorgesehen werden, dass das andere Steuergerät die Bremsfunktionen des ausgefallenen Steuergeräts übernimmt.
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Unter einem Sensorelement wird vorliegend ein elektrisches Bauteil verstanden, welches im Bereich eines zugeordneten Fahrzeugrads eine physikalische Größe bzw. eine Änderung einer physikalischen Größe direkt oder indirekt erfasst und vorzugsweise in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt. Dies kann beispielsweise über das Aussenden und/oder das Empfangen von Schall- und/oder elektromagnetischen Wellen und/oder über ein Magnetfeld bzw. die Änderung eines Magnetfelds erfolgen. Möglich sind optische Sensorelemente, welche beispielsweise eine Fotoplatte und/oder eine fluoreszierende Fläche und/oder einen Halbleiter aufweisen, welche das Auftreffen bzw. die Intensität, die Wellenlänge, die Frequenz, den Winkel usw. der empfangen Welle detektieren, wie beispielsweise Infrarotsensorelemente. Ebenso ist ein akustisches Sensorelement denkbar, wie beispielsweise ein Ultraschallsensorelement und/oder ein Hochfrequenzsensorelement und/oder ein Radarsensorelement und/oder ein Sensorelement, welches auf ein Magnetfeld reagiert, wie beispielsweise ein Hallsensorelement und/oder ein magnetoresistives Sensorelement und/oder ein induktives Sensorelement, welches die Änderung eines Magnetfeldes beispielsweise über die durch magnetische Induktion entstehende Spannung registriert.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoranordnung für ein Fahrzeug möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die erste Notfallschutzschaltung den alternativen Low-Side-Pfad automatisch wieder auftrennen kann, wenn der Spannungsabfall durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert ist. Das Absinken des Spannungsabfalls kann beispielsweise dadurch verursacht werden, dass der ursprüngliche Low-Side-Pfad reaktiviert wurde und wieder zur Verfügung steht.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann eine zweite Notfallschutzschaltung, deren Wirkungsweise der ersten Notfallschutzschaltung entspricht, parallel zum High-Side-Pfad angeordnet werden und einen Spannungsabfall am ersten Anschluss des Sensorelements überwachen. Hierbei kann die zweite Notfallschutzschaltung einen alternativen High-Side-Pfad für das Sensorelement bereitstellen und den Sensorstrom aufnehmen, wenn der Spannungsabfall einen vorgegebenen Kippspannungswert erreicht, so dass zumindest die zweite Messschaltung weiterhin den erfassten Sensorstrom auswerten kann. Zusätzlich reduziert die zweite Notfallschutzschaltung den Spannungsabfall auf einen Haltespannungswert, welcher kleiner als der Kippspannungswert ist. Zudem kann die zweite Notfallschutzschaltung den alternativen High-Side-Pfad automatisch wieder auftrennen, wenn der Spannungsabfall durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert ist. Der Abschaltspannungswert kann beispielsweise in einem Bereich von 0,4V bis 0,7V vorgegeben werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann die jeweilige Notfallschutzschaltung eine Spannungserkennung und eine Stromsenke umfassen. Hierbei steuert die Spannungserkennung die Stromsenke zur Herstellung eines Strompfads zwischen Anschlüssen der korrespondierenden Notfallschutzschaltung an. Des Weiteren kann die Spannungserkennung den Spannungsabfall zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der korrespondierenden Notfallschutzschaltung erfassen und die Stromsenke ansteuern, wenn der erfasste Spannungsabfall den vorgegebenen Kippspannungswert erreicht. Zudem kann die Stromsenke den Spannungsabfall über einen Transistor auf den vorgegebenen Haltespannungswert einstellen und den Sensorstrom aufnehmen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann die Spannungserkennung in Verbindung mit einem Überspannungsschutz die Stromsenke bei steigendem Spannungsabfall so ansteuern, dass der Sensorstrom bis zu einem minimalen Stromfluss reduziert oder ganz abgeschaltet werden kann. Dadurch wird die Stromsenke in vorteilhafter Weise vor einem zu hohen Stromfluss bzw. vor einer zu hohen Gesamtverlustleistung geschützt, welcher zur Beschädigung der Stromsenke und der korrespondierenden Notfallschutzschaltung führen könnte.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann die Spannungserkennung die Ansteuerung der Stromsenke beenden und den Strompfad wieder unterbrechen, wenn der erfasste Spannungsabfall den vorgegebenen Abschaltspannungswert unterschreitet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann ein Stromsensor den Sensorstrom im High-Side-Pfad erfassen und einen Bruchteil des Sensorstroms abzweigen und als ersten Messstrom der ersten Messschaltung des ersten Steuergeräts zur Verfügung stellen. Hierbei kann die zweite Messschaltung des zweiten Steuergeräts den Sensorstrom direkt als zweiten Messstrom empfangen und auswerten. Der Stromsensor kann beispielsweise in den Strompfad eingeschleift werden, und den Bruchteil des Sensorstroms abzweigen und den restlichen Sensorstrom an das Sensorelement weiterleiten. Dadurch wird der Sensorstrom, welcher in den ersten Anschluss des zugehörigen Sensorelements hineinfließt, gemessen und ein äquivalenter, jedoch deutlich kleinerer Bruchteil des Sensorstroms an die erste Messschaltung weitergeleitet. Dadurch kann die Verlustleistung im ersten Steuergerät reduziert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann eine Umschaltvorrichtung den ersten Anschluss des Sensorelements mit der ersten Energiequelle und/oder mit der zweiten Energiequelle verbinden, wobei die Umschaltvorrichtung bei Ausfall der verbundenen Energiequelle den ersten Anschluss des Sensorelements automatisch mit der anderen Energiequelle verbinden kann. Zudem können der Stromsensor und die Umschaltvorrichtung in einem Verschaltungsmodul zusammengefasst werden, welches als ASIC-Baustein ausgeführt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
- 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
- 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
- 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug.
- 5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Notfallschutzschaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeug aus 1 bis 4.
- 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm der Notfallschutzschaltung aus 5.
- 7 zeigt ein schematisches Strom-Spannungs-Diagramm der Notfallschutzschaltung aus 5 und 6.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 6 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, 1A, 1B, 1C, 1D für ein Fahrzeug jeweils ein Sensorelement WSS zum Erfassen einer Messgröße und mindestens zwei Steuergeräten ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D, welche jeweils eine Messschaltung MS1, MS2 und eine Energiequelle VB1, VB2 aufweisen. Hierbei ist ein erster Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS mit einer Energiequelle VB1 eines ersten Steuergeräts ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D der mindestens zwei Steuergeräte ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D verbunden, und ein zweiter Anschluss WSS2 des Sensorelements WSS ist über eine Messschaltung MS1, MS2 eines zweiten Steuergeräts ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D der mindestens zwei Steuergeräte ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D mit einem Masseanschluss GND verbunden. Ein durch das Sensorelement WSS fließender Sensorstrom Is ist mit Informationen über die erfasste Messgröße moduliert, wobei eine erste Messschaltung MS1 des ersten Steuergeräts ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D den im High-Side-Pfad zwischen der Energiequelle VB1 und dem Sensorelement WSS erfassten Sensorstrom Is auswertet, und eine zweite Messschaltung MS2 des zweiten Steuergeräts ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D gleichzeitig den im Low-Side-Pfad zwischen dem Sensorelement WSS und dem Masseanschluss GND erfassten Sensorstrom Is auswertet. Des Weiteren ist eine erste Notfallschutzschaltung 20A parallel zum Low-Side-Pfad angeordnet und überwacht einen Spannungsabfall U12 am zweiten Anschluss WSS2 des Sensorelements WSS. Die erste Notfallschutzschaltung 20A stellt einen alternativen Low-Side-Pfad für das Sensorelement WSS bereit und nimmt den Sensorstrom Is aufnimmt, wenn der Spannungsabfall U12 einen vorgegebenen in 7 dargestellten Kippspannungswert UK erreicht, so dass zumindest die erste Messschaltung MS1 weiterhin den erfassten Sensorstrom Is auswerten kann. Zusätzlich reduziert die erste Notfallschutzschaltung 20A den Spannungsabfall U12 auf einen in 7 dargestellten Haltespannungswert UH, welcher kleiner als der Kippspannungswert UK ist.
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Wie aus 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die beiden Steuergeräte ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D, ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine als ASIC ausgeführte Auswerte- und Steuereinheit 3A, 3B, in welche die jeweilige Messschaltung MS1, MS2 integriert ist, und eine Energiequelle VB1, VB2. Hierbei ist im ersten Steuergerät ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D jeweils eine erste Auswerte- und Steuereinheit 3A mit der ersten Energiequelle VB1 verbunden. Im zweiten Steuergerät ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D ist jeweils eine zweite Auswerte- und Steuereinheit 3B mit der zweiten Energiequelle VB2 verbunden.
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In der Regel umfassen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, 1A, 1B, 1C, 1D für ein Fahrzeug mehrere Messstellen mit jeweils einem solchen Sensorelement WSS. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1, 2, 3 und 4 jeweils nur eines der Sensorelemente WSS dargestellt. So werden Ausführungsformen der vorliegenden Sensoranordnung 1, 1A, 1B, 1C, 1D vorzugsweise in einem Fahrzeugbremssystem eingesetzt. In einem solchen Bremssystem können die Messstellen beispielsweise jeweils einem Fahrzeugrad zugeordnet werden, wobei die Sensorelemente WSS zumindest eine Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des korrespondierenden Fahrzeugrads erfassen können. Bei einem normalen Personenkraftwagen mit vier Rädern, weist die Sensoranordnung 1, 1A, 1B, 1C, 1D somit vier solche Sensorelemente WSS auf. Selbstverständlich können auch andere Messgrößen, wie beispielsweise Temperatur, Druck usw. an einer solchen Messstelle erfasst werden.
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Die erste Notfallschutzschaltung 20A trennt den alternativen Low-Side-Pfad im dargestellten Ausführungsbeispiel automatisch wieder auf, wenn der Spannungsabfall U12 durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert ABS absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert UH ist. Die Funktionsweise der ersten Notfallschutzschaltung 20A wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 bis 7 detailliert beschrieben.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 optional jeweils eine gepunktet dargestellte zweite Notfallschutzschaltung 20B vorgesehen, welche parallel zum High-Side-Pfad angeordnet ist und einen Spannungsabfall U12 am ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS überwacht. Die zweite Notfallschutzschaltung 20B stellt einen alternativen High-Side-Pfad für das Sensorelement WSS bereit und nimmt den Sensorstrom Is auf, so dass zumindest die zweite Messschaltung MS2 weiterhin den erfassten Sensorstrom Is auswerten kann, wenn der Spannungsabfall U12 einen vorgegebenen Kippspannungswert UK erreicht, wobei die zweite Notfallschutzschaltung 20B zusätzlich den Spannungsabfall U12 auf einen Haltespannungswert UH reduziert, welcher kleiner als der Kippspannungswert UK ist. Die zweite Notfallschutzschaltung 20B trennt den alternativen High-Side-Pfad automatisch wieder auf, wenn der Spannungsabfall U12 durch ein externes Ereignis unter einen Abschaltspannungswert ABS absinkt, welcher kleiner als der Haltespannungswert UH ist.
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Aufbau und Funktionsweise der beiden Notfallschutzschaltungen ist identisch und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 bis 7 gemeinsam detailliert beschrieben.
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Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, umfassen die Notfallschutzschaltungen 20A, 20B jeweils eine Spannungserkennung 22 und eine Stromsenke 24. Hierbei steuert die Spannungserkennung 22 die Stromsenke 24 zur Herstellung eines Strompfads zwischen Anschlüssen A1, A2 der korrespondierenden Notfallschutzschaltung 20A, 20B an. Die Spannungserkennung 22 erfasst den Spannungsabfall U12 zwischen einem ersten Anschluss A1 und einem zweiten Anschluss A2 der korrespondierenden Notfallschutzschaltung 20A, 20B und steuert die Stromsenke 24 an, wenn der erfasste Spannungsabfall U12 den vorgegebenen in 7 dargestellten Kippspannungswert UK erreicht. Die Stromsenke 24 stellt den Spannungsabfall U12 auf den vorgegebenen Haltespannungswert UH ein und nimmt den Sensorstrom Is auf. Dieser Kennlinienverlauf ist in 7 durch eine durchgezogene Linie dargestellt. In Verbindung mit einem Überspannungsschutz ÜV steuert die Spannungserkennung 22 die Stromsenke 24 bei steigendem Spannungsabfall U12 so an, dass der Sensorstrom Is bis zu einem minimalen Stromfluss reduziert oder ganz abgeschaltet wird. Dieser Schutzverlauf SV ist in 7 gepunktet dargestellt. Die Spannungserkennung 22 beendet die Ansteuerung der Stromsenke 24 und unterbricht den Strompfad wieder, wenn der erfasste Spannungsabfall U12 den vorgegebenen Abschaltspannungswert ABS unterschreitet. Dieser Abschaltverlauf ist in 7 gestrichelt dargestellt.
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Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Spannungserkennung 22 im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere ohmsche Widerstände R1, R2, R3, R4 und R5, zwei als Bipolartransistoren ausgeführt Transistoren T1, T2 und eine Zenerdiode ZD1, welche über entsprechende Leitungen wie dargestellt miteinander verschaltet sind, wobei ein erster Transistor T1 als PNP-Transistor und ein zweiter Transistor T2 als NPN-Transistor ausgeführt ist. Die Stromsenke 24 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei ohmsche Widerstände R6 und R7 und zwei als Bipolartransistoren ausgeführte Transistoren T3 und T4, welche über entsprechende Leitungen wie dargestellt miteinander verschaltet sind, wobei beide Transistoren T3 und T4 als NPN-Transistoren ausgeführt sind. Der Überspannungsschutz ÜV umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ohmschen Wiederstand R8.
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Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, sind die Widerstände R1, R2 und R6 Ableitwiderstände für die Basen der Transistoren T1, T2, T3, um diese gesperrt zu halten und Leckströme abzuleiten. Fließt durch die Zenerdiode ZD1 ein größerer Strom als durch einen zweiten Wiederstand R2, dann wird der zweite Transistor T2 aufgesteuert, welcher den ersten Transistor T1 aufsteuert. Dies ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall, wenn der anliegende Spannungsabfall U12 den Kippspannungswert UK von ca. 3V übersteigt. Dieser Kippspannungswert entspricht der Summe aus Durchspruchspannung (ca. 2,3V) der Zenerdiode ZD1 und einer Basis-Emitter-Spannung (ca. 0,7V) des zweiten Transistors T2. Der erste Transistor T1 liefert über einen vierten Widerstand R4 Strom an die Basis des zweiten Transistors T2, so dass dieser weiter leitend geschaltet bleibt. Der zweite Transistor T2 und der erste Transistor T1 bilden eine Thyristorstruktur und überbrücken die Zenerdiode ZD1, so dass sich der Spannungsabfall U12 auf den Haltespannungswert UH von ca. 0,9V einstellt. Über eine fünften Widerstand R5 und eine Steuerleitung ST wird der vierte Transistor T4 der Stromsenke 24 angesteuert, wobei der nun durch den vierten Transistor T4 fließende Sensorstrom Is im dargestellten Ausführungsbeispiel auf ca. 40mA begrenzt ist. Bei einem sehr hohen Ansteuerstrom in der Steuerleitung ST übernimmt der dritte Transistor T3 der Stromsenke 24 einen Teil des Ansteuerstroms für den vierten Transistor T4, um diesen zu schützen.
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Wird im Überspannungsfall, welcher in 7 durch den gepunkteten Schutzverlauf SV dargestellt ist und beispielsweise durch einen Kurzschluss nach einer der Versorgungsspannungen VB1, VB2 ausgelöst werden kann, der Stromsenke 24 ein Strom angeboten, welcher größer als ein maximaler Laststrom der Stromsenke 24 ist, dann kann die Stromsenke 24 den niedrigen Haltespannungswert UH des Spannungsabfalls U12 von ca. 0,9V nicht mehr halten. Daher erhöht sich der Strom über den achten Widerstand R8 des Überspannungsschutzes ÜV. Dies hat zur Folge, dass der dritte Transistor T3 stärker aufgesteuert wird und die Ansteuerung des vierten Transistors T4 reduziert wird. Hierdurch reduziert sich der Strom in die Basis des vierten Transistors T4 und der vierte Transistor T4 wird weiter geschlossen und vor Beschädigung geschützt (Überlastschutz). Im Kurzschlussfall kann der vierte Transistor T4 in den Sperrzustand überführt werden.
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Wird durch ein externes Ereignis, wie beispielsweise Wiedereinschalten des ursprünglichen Low-Side-Pfads im zweiten Steuergerät ECU2, die Spannung U12 auf den Abschaltspannungswerte ABS von ca. 0,6V reduziert, dann wird die Thyristorstruktur aus den Transistoren T1 und T2 wieder abgeschaltet. Dieser Abschaltverlauf ist in 7 gestrichelt dargestellt.
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Wie aus 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die Sensoranordnungen 1, 1A, 1B, 1C und 1D für ein Fahrzeug in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils einen Stromsensor 10, welcher den Sensorstrom Is im High-Side-Pfad erfasst und einen Bruchteil Is/n des Sensorstroms Is abzweigt und als ersten Messstrom IM1 der ersten Messschaltung MS1 des ersten Steuergeräts ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D zur Verfügung stellt. Zudem leitet der Stromsensor 10 den Sensorstrom Is zum ersten Anschluss WSS1 des zugehörigen Sensorelements WSS. Hierbei empfängt die zweite Messschaltung MS2 des zweiten Steuergeräts ECU2, ECU2A, ECU2B, ECU2C, ECU2D in den dargestellten Ausführungsbeispielen den Sensorstrom Is direkt als zweiten Messstrom IM2 und wertet diesen aus. Durch den Stromsensor 10 wird der Sensorstrom Is, welcher in den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS hineinfließt, gemessen und ein äquivalenter, jedoch deutlich kleinerer Strom Is/n wird der ersten Auswerte- und Steuereinheit 3A zugeführt, um die Verlustleistung im ersten Steuergerät ECU1, ECU1A, ECU1B, ECU1C, ECU1D zu reduzieren. Bei der Auswertung des ersten Messstroms IM1 berücksichtigt die erste Auswerte- und Steuereinheit 3A die vorgenommene Reduzierung des zweiten Messstroms. Hierzu kann eine entsprechende Anpassung einer Eingangsbeschaltung der ersten Messschaltung MS1 oder des Auswertungsalgorithmus vorgenommen werden.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, sind die erste Notfallschutzschaltung 20A und die optionale zweite Notfallschutzschaltung 20B im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1A für ein Fahrzeug jeweils als separate Baugruppen ausgeführt, und nicht in eines der beiden Steuergeräte ECU1A, ECU2A integriert. Der Stromsensor 10, welcher den Sensorstrom Is im High-Side-Pfad erfasst und einen Bruchteil Is/n des Sensorstroms Is abzweigt, ist im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel jedoch in das erste Steuergerät ECU1A integriert.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist die erste Notfallschutzschaltung 20A im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1B für ein Fahrzeug in das erste Steuergeräte ECU1A integriert. Die optionale zweite Notfallschutzschaltung 20B ist im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1B für ein Fahrzeug in das zweite Steuergeräte ECU2B integriert. Der Stromsensor 10 ist anlog zum ersten Ausführungsbeispiel in das erste Steuergerät ECU1B integriert.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfassen die Sensoranordnungen 1C, 1D für ein Fahrzeug in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine Umschaltvorrichtung 30, welche den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS mit der ersten Energiequelle VB1 des ersten Steuergeräts ECU1C, ECU1D und/oder mit der zweiten Energiequelle VB2 des zweiten Steuergeräts ECU2C, ECU2D verbindet. Die Umschaltvorrichtung 30 verbindet bei Ausfall der verbundenen Energiequelle VB1, VB2 den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS automatisch mit der anderen Energiequelle VB2, VB1. Vorzugsweise verbindet die Umschaltvorrichtung 30 den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS mit der ersten Energiequelle VB1 des ersten Steuergeräts ECU1C, ECU1D. Fällt die erste Energiequelle VB1 aus, dann verbindet die Umschaltvorrichtung 30 den ersten Anschluss WSS1 des Sensorelements WSS mit der zweiten Energiequelle VB2 des zweiten Steuergeräts ECU2C, ECU2D.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind der Stromsensor 10 und die Umschaltvorrichtung 30 in den dargestellten Ausführungsbeispielen in einem Verschaltungsmodul 40 zusammengefasst, welches beispielsweise als ASIC-Baustein ausgeführt sein kann.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist die erste Notfallschutzschaltung 20A im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1C für ein Fahrzeug als separate Baugruppe ausgeführt, und nicht in eines der beiden Steuergeräte ECU1C, ECU2C integriert. Das Verschaltungsmodul 40 ist ebenfalls als separate Baugruppe ausgeführt und nicht in eines der Steuergeräte ECU1C, ECU2C integriert. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die erste Notfallschutzschaltung 20A analog zum zweiten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1B jedoch in das erste Steuergerät ECU1C integriert werden.
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Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist die erste Notfallschutzschaltung 20A im dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1D für ein Fahrzeug in das erste Steuergerät ECU1D integriert. Das Verschaltungsmodul 40 ist ebenfalls in das erste Steuergerät ECU1D integriert. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die erste Notfallschutzschaltung 20A analog zum ersten und dritten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1B jedoch als separate Baugruppe ausgeführt und nicht in das erste Steuergerät ECU1C integriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016222628 A1 [0003]
