DE102020129113A1

DE102020129113A1 - Erfassen von Relativpositionen von Sensoren auf einem Kommunikationsbus

Info

Publication number: DE102020129113A1
Application number: DE102020129113.2A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Antony
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bussystem (16) mit einer Master-Vorrichtung (18) und mehreren identischen Buselementen (20) die mit der Master-Vorrichtung (18) über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) verbunden sind, wobei die Master-Vorrichtung (18) und die Buselemente (20) in Kommunikationsverbindung stehen, wobei die Master-Vorrichtung (18) die Buselemente (20) über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) mit Strom versorgt und jedes der Buselemente (20) eine interne Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere eine Umgebungssensor-Logikeinheit, und eine Messeinheit (32) zum Messen einer Spannung an der Buselement-Logikeinheit (30) aufweist, wobei die Master-Vorrichtung (18) und die Buselemente (20) dazu eingerichtet sind, die an der Buselement-Logikeinheit (30) gemessene Spannung und eine Identifizierung des jeweiligen Buselements (20) von jedem der Buselemente (20) an die Master-Vorrichtung (18) zu übertragen, und die Master-Vorrichtung (18) ferner dazu eingerichtet ist, Relativpositionen jedes der Buselemente (20), die mit ihrer Identifizierung identifiziert sind, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten (30) gemessenen Spannungen zu bestimmen, wobei in Bezug auf die Master-Vorrichtung (18) das Buselement (20) mit der höchsten gemessenen Spannung das nächstgelegene Buselement (20) und das Buselement (20) mit der niedrigsten gemessenen Spannung das am weitesten entfernte Buselement (20) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bussystem mit einer Mastervorrichtung und mehreren identischen Buselementen, insbesondere als Umgebungssensoren eines Fahrzeugs, die über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit der Master-Vorrichtung verbunden sind, wobei die Master-Vorrichtung und die Buselemente in Kommunikationsverbindung stehen, wobei die Master-Vorrichtung die Buselemente über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit Strom versorgt, und wobei jedes der Buselemente eine interne Buselement-Logikeinheit, insbesondere eine Umgebungssensor-Logikeinheit, aufweist.
Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein Buselement, insbesondere als Umgebungssensor eines Fahrzeugs, zum Verbinden mit einer Master-Vorrichtung über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung, wobei die Zweidraht-Stromversorgungsleitung zur Kommunikation mit der Master-Vorrichtung verwendet wird, mit einer internen Buselement-Logikeinheit.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Relativpositionen mehrerer identischer Buselemente, die mit einer Master-Vorrichtung verbunden sind, wobei die Buselemente und die Master-Vorrichtung in Kommunikationsverbindung stehen und zusammen ein Bussystem bilden, wobei die Buselemente insbesondere Umgebungssensoren eines Fahrzeugs sind und die Buselemente über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit der Master-Vorrichtung verbunden sind.
In herkömmlichen Fahrzeugen werden häufig Umgebungssensoren wie Ultraschallsensoren zum Überwachen einer Umgebung um das Fahrzeug herum verwendet. Bei Ultraschallsensoren als Umgebungssensoren ist es üblich, die Sensoren entlang einer Vorder- und/oder Rückseite des Fahrzeugs bereitzustellen, um eine vollständige Abdeckung der jeweiligen Seite des Fahrzeugs zu erreichen. Die Umgebungssensoren liefern Information in Bezug auf Objekte um das Fahrzeug herum, so dass entweder ein Fahrer des Fahrzeugs gewarnt werden kann oder entsprechende Information für ein Fahrunterstützungssystem des Fahrzeugs als Grundlage zum Ermöglichen von autonomem oder halbautonomem Fahren bereitgestellt werden kann. Solche Fahrunterstützungssysteme weisen Parkunterstützungssysteme und Totwinkelerfassungssysteme auf, um nur einige zu nennen.
Um eine effiziente und kostengünstige Implementierung mehrerer Umgebungssensoren, insbesondere der Ultraschallsensoren, bereitzustellen, ist es erwünscht, einfache Sensoren zu verwenden, die eine identische Struktur haben und ohne vorherige Konfiguration verwendbar sind, d.h. die direkt nach der Herstellung verwendbar sind.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, eine einfache und effiziente Kommunikation zwischen den Sensoren und einer Steuereinheit bereitzustellen, die typischerweise als ECU (elektronische Steuereinheit) bezeichnet wird. Daher wird häufig ein Kommunikationsbus zwischen der ECU und den Umgebungssensoren verwendet, so dass ein einzelnes Kabel mit zwei oder mehr Drähten ausreicht, um alle Ultraschallsensoren z.B. parallel zu verbinden, so dass alle Sensoren über die gleichen Drähte kommunizieren. Ebenso ist allgemein bekannt, dass die Umgebungssensoren über ein einziges Kabel mit zwei oder mehr Drähten mit Strom versorgt werden, wobei alle Umgebungssensoren parallel geschaltet sind. Um die Bereitstellung der Umgebungssensoren weiter zu erleichtern, ist es auch bekannt, die Umgebungssensoren sowie die ECU derart bereitzustellen, dass sie über eine Stromversorgungsleitung miteinander kommunizieren, so dass im besten Fall nur zwei Drähte erforderlich sind, um alle Umgebungssensoren mit Strom von der ECU zu versorgen und eine Kommunikation zwischen der ECU und den Umgebungssensoren zu ermöglichen.
Um Sensorinformation zu verwenden, die von den Umgebungssensoren im Fahrunterstützungssystem bereitgestellt wird, ist es wichtig, die Positionen der Umgebungssensoren im Fahrzeug zu kennen. Die Positionen der Umgebungssensoren können z.B. in der ECU in Bezug auf das Fahrzeug definiert sein. Es ist jedoch schwierig, die einzelnen Umgebungssensoren den definierten Positionen am Fahrzeug zuzuordnen, da sie identisch sind und identisch mit dem Verbindungsbus verbunden sind. Dies führt zu einem erhöhten Aufwand, da zusätzliche Elektronik in den Umgebungssensoren bereitgestellt werden muss, um die Position jedes der Umgebungssensoren in Bezug zueinander bestimmen zu können. Basierend auf den Relativpositionen zusammen mit den definierten Positionen im Fahrzeug ist es typischerweise möglich, die Position jedes der Umgebungssensoren im Fahrzeug zu bestimmen.
In diesem Zusammenhang bezieht sich das Dokument DE 10 2017 012179 A1 auf ein Datenbussystem mit Busknoten für einen seriellen Datenbus, wobei jeweils ein Bus-Nebenschlusswiderstand in den Datenbus eingefügt ist. Weiterhin müssen sie eine Adressierungsstromquelle zum Bestimmen der Busposition des Busknotens im Datenbus aufweisen, die zusätzlich einen Adressierungsstrom auf eine kontrollierte Weise in den Datenbus einspeisen kann, so dass der Gesamtstrom durch den Bus-Nebenschlusswiderstand des Busknotens einem vorgegebenen oder berechneten oder anderweitig bestimmten Summenstrom entspricht. Die Steuerung erfolgt über den erwähnten Regelkreis. Der Adressierungsstrom fließt durch den Bus-Nebenschlusswiderstand des jeweiligen automatisch adressierbaren Busknotens. Eine Variante des vorgeschlagenen Busknotens weist eine Einrichtung zum Erfassen des Stroms durch den Bus-Nebenschlusswiderstand auf, was das Erfassen eines Messwerts beinhalten kann. Dieser erfasste Strom durch den Bus-Nebenschlusswiderstand kann für einen Selbsttest verwendet werden, derart, dass die vorstehend beschriebenen Fehler (z.B. eine Unterbrechung des Bus-Nebenschlusswiderstands) erfasst werden können.
Die Dokumente DE 10 2018 010267 A1 und DE 10 2019 104787 A1 beziehen sich jeweils auf ein Verfahren zum Zuweisen von Adressen in einem seriellen Datenbussystem unter Verwendung eines Bus-Nebenschlussverfahrens, bei dem besonders niedrige Bus-Nebenschlusswiderstände verwendet werden können.
Die Dokumente DE 10 2018 104872 A1 und DE 10 2018 104873 A1 beziehen sich auf ein automatisches Adressierungsverfahren zum Zuweisen von Busknotenadressen innerhalb eines Datenbussystems mit einem Kommunikationsbus mit Busknoten und mit einem Bus-Master. Die Busknoten werden über eine Versorgungsspannungsleitung mit elektrischer Energie versorgt. Der Kommunikationsbus ist mit dem Bus-Master und mit jedem Busknoten verbunden. Innerhalb der Busknoten ist ein jeweils zugewiesener Messwiderstand in die Versorgungsspannungsleitung eingefügt. Jeder Busknoten weist eine Adressierungsstromquelle und eine Einrichtung zum Erfassen des Stroms durch den Messwiderstand auf. Die Adressierungsstromquelle speist einen Adressierungsstrom in Richtung der Stromversorgung in die Versorgungsspannungsleitung am Anschluss des Messwiderstands ein, der entlang der Versorgungsspannungsleitung am weitesten von der Stromversorgung entfernt ist. Mit einer Signalisierung eines Adressierungszustands nehmen die Busknoten diesen Adressierungszustand zum Ausführen einer automatischen Adressierungsprozedur an, wobei jeder Busknoten den Spannungsabfall über seinen Messwiderstand erfasst. Mit einer Adressierungsstromquelle regelt er den Spannungsabfall auf einen vorgegebenen Wert. Wenn er nicht der letzte Busknoten in der Kette von Busknoten ohne eine gültige Busknotenadresse ist, ist der Adressierungsstrom seiner Adressierungsstromquelle Null oder sehr niedrig. Wenn er der letzte Busknoten in der Kette von Busknoten ohne gültige Busknotenadresse ist, gleicht der Adressierungsstrom seiner Adressierungsstromquelle dem vorgegebenen Wert. Dadurch kann der Busknoten erkennen, dass er der letzte Busknoten in der Kette von Busknoten ohne gültige Busknotenadresse ist. Er akzeptiert dann die angebotene Busknotenadresse als gültige Busknotenadresse und nimmt nicht mehr an der weiteren Prozedur teil.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bestimmen von Positionen identischer Buselemente in einem Bussystem zu erleichtern, so dass sie leicht verwendet werden können. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bussystem mit einer Master-Vorrichtung und mehreren identischen Buselementen sowie ein Buselement, insbesondere zur Verwendung im Bussystem, sowie ein Verfahren zum Bestimmen von Relativpositionen mehrerer identischer Buselemente, die mit einer Master-Vorrichtung verbunden sind, mit einer einfachen und effizienten Bestimmung der Positionen der Buselemente anzugeben, was die Verwendung einfacher Buselemente mit wenigen zusätzlichen Komponenten zum Bestimmen der Relativpositionen der Buselemente ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Insbesondere ist durch die vorliegende Erfindung ein Bussystem mit einer Master-Vorrichtung und mehreren identischen Buselementen angegeben, insbesondere als Umgebungssensoren eines Fahrzeugs, die über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit der Master-Vorrichtung verbunden sind, wobei die Master-Vorrichtung und die Buselemente in Kommunikationsverbindung stehen, wobei die Master-Vorrichtung die Buselemente über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit Strom versorgt und jedes der Buselemente eine interne Buselement-Logikeinheit, insbesondere eine Umgebungssensor-Logikeinheit, und eine Messeinheit zum Messen einer Spannung an der Buselement-Logikeinheit aufweist, wobei die Master-Vorrichtung und die Buselemente dazu eingerichtet sind, die an der Buselement-Logikeinheit gemessene Spannung und eine Identifizierung des jeweiligen Buselements von jedem der Buselemente an die Master-Vorrichtung zu übertragen, und wobei die Master-Vorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, Relativpositionen jedes der Buselemente, die durch ihre Identifizierung identifiziert sind, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten gemessenen Spannungen zu bestimmen, wobei in Bezug auf die Master-Vorrichtung das Buselement mit der höchsten gemessenen Spannung das nächstgelegene Buselement und das Buselement mit der niedrigsten gemessenen Spannung das am weitesten entfernte Buselement ist.
Durch die vorliegende Erfindung ist auch ein Buselement, insbesondere als Umgebungssensor eines Fahrzeugs, zum Verbinden mit einer Master-Vorrichtung über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung angegeben, wobei die Zweidraht-Stromversorgungsleitung zur Kommunikation mit der Master-Vorrichtung verwendet wird, mit einer internen Buselement-Logikeinheit, insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, und einer Messeinheit zum Messen einer Spannung an der Buselement-Logikeinheit, wobei das Buselement dazu eingerichtet ist, eine Spannung an der Buselement-Logikeinheit unter Verwendung der Messeinheit zu messen und die an der Buselement-Logikeinheit gemessene Spannung und eine Identifizierung an die Master-Vorrichtung zu übertragen.
Des Weiteren ist durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Relativpositionen mehrerer identischer Buselemente angegeben, die mit einer Master-Vorrichtung verbunden sind, wobei die Buselemente und die Master-Vorrichtung in Kommunikationsverbindung stehen und zusammen ein Bussystem bilden, wobei die Buselemente insbesondere Umgebungssensoren eines Fahrzeugs sind und die Buselemente über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit der Master-Vorrichtung verbunden sind, mit den Schritten zum Ausführen einer Spannungsmessung an einer Buselement-Logikeinheit, insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente, Übertragen der an der Buselement-Logikeinheit gemessenen Spannung und einer Identifizierung des jeweiligen Buselements von jedem der Buselemente an die Master-Vorrichtung und Bestimmen der Relativposition jedes der Buselemente, das durch seine Identifizierung identifiziert ist, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten gemessenen Spannungen, wobei in Bezug auf die Master-Vorrichtung das Buselement mit der höchsten gemessenen Spannung das nächstgelegene Buselement ist und das Buselement mit der niedrigsten gemessenen Spannung das am weitesten entfernte Buselement ist.
Grundidee der Erfindung ist es, eine Bestimmung der Relativpositionen jedes der Buselemente, die durch ihre Identifizierung identifiziert sind, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten gemessenen Spannungen zu verbessern. Die Spannungsmessung kann direkt in jedem der Buselemente an seiner Buselement-Logikeinheit ausgeführt werden. Zusätzliche Messwiderstände, auch als Nebenwiderstände bekannt, sind entbehrlich, was das Bereitstellen der Buselemente erleichtert. Darüber hinaus erfordern die bekannten Buselemente mit Nebenwiderstand typischerweise eine Durchkontaktierung der Stromversorgungsleitung durch das jeweilige Buselement, so dass das Buselement eine hohe Anzahl elektrischer Kontakte erfordert, z.B. Kontaktstifte eines Verbinders. Wenn die Messung auf Innenwiderständen der Buselement-Logikeinheiten basiert, können die Buselemente eine beliebige Konfiguration haben, einschließlich nur zwei Kontaktstifte für eine Parallelschaltung der Buselemente mit der Stromversorgungsleitung, und es sind keine zusätzlichen Nebenwiderstände erforderlich. Die gemessenen Spannungen hängen von einem Innenwiderstand der Buselement-Logikeinheit jedes der Buselemente sowie von den Kabelwiderständen der Stromversorgungsleitung ab. Wenn daher ein Buselement weiter entfernt als ein anderes Buselement an die Stromversorgungsleitung angeschlossen ist, wird angenommen, dass das Buselement im Vergleich zu dem anderen Buselement über eine längere Kabellänge der Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit Strom versorgt wird. Daher ist der Kabelwiderstand des Stromversorgungsbusses für den Ultraschallsensor im Vergleich zu den anderen Ultraschallsensoren höher, so dass der Spannungsabfall über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung höher ist und folglich der Spannungsabfall an der Buselement-Logikeinheit im Vergleich zu dem anderen Buselement niedriger ist.
Das Bussystem besteht aus genau einem Master und einer vorgegebenen Anzahl von Buselementen. Die Anzahl der Buselemente kann für verschiedene Implementierungen des Bussystems unterschiedlich sein. In der Praxis kann die Anzahl der Buselemente relativ gering sein. Beispielsweise weisen moderne Fahrzeuge häufig vier bis sechs Ultraschallsensoren als Buselemente entlang einer Vorder- und/oder Rückseite des Fahrzeugs auf, die zusammen mit der Master-Vorrichtung das Bussystem bilden können. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige kleine Anzahl von Buselementen beschränkt.
Die Master-Vorrichtung bezieht sich typischerweise in dem Fall, dass die Buselemente Umgebungssensoren eines Fahrzeugs sind, auf eine ECU (elektronische Steuereinheit). Die ECU steuert die Buselemente und empfängt Information von den Buselementen. Vorzugsweise weist die Master-Vorrichtung eine Stromversorgung zum Versorgen der Buselemente mit Strom über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung auf. Alternativ wird die Stromversorgung über die Master-Vorrichtung von einer externen Stromversorgung bereitgestellt.
Die Buselemente haben einen identischen Aufbau. Dies führt dazu, dass die Buselement-Logikeinheiten der Buselemente jeweils den gleichen Innenwiderstand aufweisen, so dass die gemessenen Spannungen an den Buselement-Logikeinheiten der verschiedenen Buselemente direkt miteinander verglichen werden können, um die Relativpositionen der Buselemente entlang der Stromversorgungsleitung zu bestimmen. Die Buselemente können jedoch unterschiedliche Konfigurationen haben, z.B. in Bezug auf eine Identifizierung des Buselements, die z.B. für eine Kommunikation mit der Master-Vorrichtung verwendet wird. Die Buselemente sind vorzugsweise Umgebungssensoren eines Fahrzeugs, insbesondere Ultraschallsensoren. Daher senden die Buselement-Logikeinheiten Ultraschallimpulse aus, empfangen Reflexionen der emittierten Ultraschallimpulse und stellen elektrische Signale basierend auf den empfangenen Reflexionen bereit.
Die Zweidraht-Stromversorgungsleitung bildet einen Stromversorgungsbus, der alle Buselemente des Bussystems mit Strom versorgt. Die Stromversorgungsleitung stellt typischerweise einen positiven Spannungspegel, z.B. +12 VDC, der häufig in Fahrzeugen verwendet wird, und einen Massepegel bereit. Es können jedoch auch andere Spannungspegel verwendet werden. Die Master-Vorrichtung versorgt die Buselemente über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit Strom.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten zum Einrichten der Kommunikationsverbindung zwischen der Master-Vorrichtung und den Buselementen. Die Kommunikationsverbindung ist typischerweise eine verdrahtete Verbindung, die als ein Kommunikationsbus von der Master-Vorrichtung zu allen Buselementen bereitgestellt wird.
Die Messeinheit ist typischerweise eine digitale Messeinheit und weist eine Messsteuereinheit und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) auf, der die Spannung an der Buselement-Logikeinheit in einen digitalen Messwert umwandelt. Die Messsteuereinheit empfängt und verarbeitet diesen digitalen Wert und überträgt ihn an die Master-Vorrichtung.
Um die an der Buselement-Logikeinheit gemessene Spannung und eine Identifizierung des jeweiligen Buselements von jedem der Buselemente an die Master-Vorrichtung zu übertragen, überträgt jedes der Buselemente die an seiner Buselement-Logikeinheit gemessene Spannung und die Identifizierung an die Master-Vorrichtung, die die gemessene Spannung empfängt. Auf dem Kommunikationsbus kann eine beliebige geeignete Art einer Kommunikation implementiert werden.
Das Bestimmen der Relativpositionen jedes der Buselemente, das durch seine Identifizierung identifiziert ist, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten gemessenen Spannungen bezieht sich auf eine Art Folgenbildung der Buselemente gemäß den gemeldeten Spannungen, die an ihren jeweiligen Buselement-Logikeinheiten gemessen werden. Gemäß den vorstehend beschriebenen Prinzipien ist in Bezug auf die Master-Vorrichtung das Buselement mit der höchsten gemessenen Spannung das nächstgelegene Buselement und das Buselement mit der niedrigsten gemessenen Spannung das am weitesten entfernte Buselement.
Zusammen mit bekannten Positionen der Buselemente im Fahrzeug liefert die Kenntnis der Relativpositionen der Buselemente entlang der Stromversorgungsleitung Erkenntnisse in Bezug auf Absolutpositionen der Buselemente. So können beispielsweise Messergebnisse von Ultraschallsensoren an die Master-Vorrichtung gemeldet werden, die die Sensorinformation verarbeiten kann, um eine Umgebung des Fahrzeugs zu überwachen.
Das Fahrzeug kann ein beliebiger Typ eines Fahrzeugs sein, das z.B. ein Fahrunterstützungssystem unter Verwendung von Umgebungssensoren, insbesondere Ultraschallsensoren, aufweist.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung sind die Master-Vorrichtung und die Buselemente dazu eingerichtet, über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung zu kommunizieren, oder die Master-Vorrichtung und die Buselemente sind dazu eingerichtet, über mindestens eine zusätzliche Datenleitung zu kommunizieren, die zur Zweidraht-Stromversorgungsleitung parallelgeschaltet ist. Wenn die Master-Vorrichtung und die Buselemente dazu eingerichtet sind, über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung zu kommunizieren, dienen die Stromversorgungsleitungen auch als Kommunikationsbus. Daher reichen zwei Drähte aus, um eine Kommunikation zwischen der Master-Vorrichtung und allen Buselementen einzurichten und die Buselemente über die Master-Vorrichtung mit Strom zu versorgen.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist die Zweidraht-Stromversorgungsleitung einen Abschlusswiderstand auf, der die beiden Drähte der Zweidraht-Stromversorgungsleitung miteinander verbindet, insbesondere einen hochohmigen Abschlusswiderstand. Abschlusswiderstände können in Kommunikationsbussen verwendet werden, um Reflexionen am Ende des Kommunikationsbusses zu vermeiden. Daher verbessert der Abschlusswiderstand die Kommunikation zwischen der Master-Vorrichtung und den Buselementen.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung wird die Messeinheit als eine hochpräzise Spannungsmesseinheit bereitgestellt. Die hochpräzise Messeinheit ermöglicht genaue Messungen der Spannungen an den Buselement-Logikeinheiten. In Abhängigkeit von einem bestimmten Aufbau des Bussystems, z.B. in Abhängigkeit von den Kabellängen zwischen den Buselementen, verwendeten Kabeltypen und angelegten Spannungen, mit denen die Master-Vorrichtung die Buselemente über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung mit Strom versorgt, können die Unterschiede zwischen den gemessenen Spannungen größer oder kleiner sein. Bei kleineren Unterschieden zwischen den gemessenen Spannungen ermöglichen hochpräzise Spannungsmessungen, die mit der hochpräzisen Spannungsmesseinheit ausgeführt werden, eine zuverlässige Bestimmung der Relativpositionen der Buselemente.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist jedes der Buselemente eine Schaltvorrichtung zum Umschalten des jeweiligen Buselements zwischen einem Aktivmodus und einem Passivmodus auf, wobei im Aktivmodus die Buselement-Logikeinheit des jeweiligen Buselements mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung verbunden ist und im Passivmodus die Buselement-Logikeinheit des jeweiligen Buselements von der Zweidraht-Stromversorgungsleitung getrennt ist. Gemäß einer entsprechenden modifizierten Ausführungsform des Buselements weist das Buselement eine Schaltvorrichtung zum Umschalten des Buselements zwischen einem Aktiv- und einem Passivmodus auf, wobei im Passivmodus die Buselement-Logikeinheit, insbesondere die Umgebungssensor-Logikeinheit, von der Zweidraht-Stromversorgungsleitung getrennt ist und im Aktivmodus die Buselement-Logikeinheit mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung verbunden ist, und ist das Buselement dazu eingerichtet, die Spannung an der Buselement-Logikeinheit im Aktivmodus zu messen. Daher wird im Aktivmodus der Strom, der den Buselementen von der Master-Vorrichtung über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung zugeführt wird, in dem jeweiligen Buselement seiner Buselement-Logikeinheit zugeführt, wodurch ein Spannungsabfall über die Buselement-Logikeinheit verursacht wird, die unter Verwendung der Messeinheit gemessen wird. Im Passivmodus ist die Buselement-Logikeinheit getrennt und stellt z.B. eine offene Verbindung bereit, d.h. das Buselement wird auf einen sehr hohen Widerstandswert geschaltet. Daher wird beim Messen der Spannung an der Buselement-Logikeinheit des Buselements im Aktivmodus kein Strom oder nur ein sehr geringer Strom durch einen Strompfad fließen, der von dem Pfad verschieden ist, der durch das Buselement im Aktivmodus eingerichtet wird. Daher liefert die Spannungsmessung an der Buselement-Logikeinheit des Buselements im Aktivmodus in Abhängigkeit von den Relativpositionen der Buselemente entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung hochgradig unterschiedliche Messergebnisse.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist jedes der Buselemente einen Passivmoduswiderstand auf, der parallel zu seiner Buselement-Logikeinheit bereitgestellt wird, wobei die Schaltvorrichtung den Passivmoduswiderstand im Passivmodus mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung verbindet, und/oder ist die Schaltvorrichtung eine hochohmige Schaltvorrichtung. Jede der beiden Möglichkeiten ist geeignet, um für das Buselement im Passivmodus einen hohen Widerstand bereitzustellen, so dass im Passivmodus kein oder nur ein sehr geringer Strom durch das Buselement fließen wird. Im Wesentlichen wird der gesamte Strom durch den durch das Buselement im Aktivmodus eingerichteten Strompfad fließen, wodurch in Abhängigkeit von den Relativpositionen der Buselemente entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung hochgradig unterschiedliche Messergebnisse ermöglicht werden.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist jedes der Buselemente zwei Verbindungspunkte für eine Verbindung mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung auf und sind die Buselemente zur Zweidraht-Stromversorgungsleitung parallelgeschaltet. Dies führt zu einer sehr einfachen und kostengünstigen Implementierung der Buselemente, bei der nur zwei Verbindungspunkte erforderlich sind. Falls für die Kommunikation des Bussystems die Drähte der Stromversorgungsleitung für die Kommunikation verwendet werden, benötigt jedes Buselement insgesamt nur zwei Verbindungspunkte. Aufgrund der Parallelschaltung der Buselemente kann ein Spannungsabfall entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung klein gehalten werden, so dass Verluste reduziert werden.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist jedes der Buselemente vier Verbindungspunkte für eine Verbindung mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung auf und sind die Buselemente sequentiell mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung verbunden, wodurch jedes der Buselemente die Zweidraht-Stromversorgungsleitung zwischen zwei entsprechenden Paaren von Verbindungspunkten durchkontaktiert. Die Buselemente mit vier Verbindungspunkten stellen eine Durchkontaktierung der Zweidraht-Stromversorgungsleitung bereit, so dass der Strom mit einem hohen Maß an Gestaltungsfreiheit zugeführt werden kann. Änderungen und Wartungen können durch einfaches Austauschen oder Hinzufügen von Teilen der Zweidraht-Stromversorgungsleitung leicht ausgeführt werden.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung wird für jedes der Buselemente die Identifizierung als eine im Voraus zugewiesene eindeutige Identifizierung, insbesondere für eine Kommunikation innerhalb des Bussystems, bereitgestellt, oder jedes der Buselemente ist dazu eingerichtet, beim Einschalten eine Initialisierung auszuführen, wobei jedes der Buselemente eine Zufallszahl als Identifizierung, insbesondere für eine Kommunikation innerhalb des Bussystems, erzeugt. Die Identifizierung wird verwendet, um jedes der Buselemente des Bussystems zu identifizieren. Wenn die Identifizierung im Voraus zugewiesen wird und eindeutig ist, können die Buselemente ohne mögliche Kollisionen verwendet werden. Eindeutige Identifizierungen werden in verschiedenen Bereichen verwendet, wie z.B. eine MAC-Adresse zur Kommunikation in Computernetzwerken. Die Erzeugung der Identifizierung als Zufallszahl birgt das theoretische Risiko von Kollisionen, falls Buselemente die gleiche Identifizierung haben. Da die Anzahl von Buselementen, z.B. wenn von Umgebungssensoren gesprochen wird, die in einem Fahrunterstützungssystem eines Fahrzeugs verwendet werden, insbesondere Ultraschallsensoren, typischerweise klein ist, z.B. kleiner als 100, insbesondere kleiner als 20, kann eine ausreichend große Spanne für die zufällige Identifizierung dazu beitragen, das Kollisionsrisiko zu verringern. Im Falle einer Kollision kann jedoch jedes Buselement eine weitere Initialisierung ausführen, bis alle Kollisionen im Bussystem eliminiert worden sind. Insbesondere kann die Identifizierung derart verwendet werden, dass das Buselement Schaltbefehle zum Umschalten zwischen einem Aktivmodus und einem Passivmodus von der Master-Vorrichtung empfangen kann. Daher kann die Master-Vorrichtung den Prozess zum Bestimmen der Relativpositionen der Buselemente entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung vollständig steuern.
Gemäß einer entsprechenden modifizierten Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Initialisierungsschritt auf, in dem die Identifizierung jedes der Buselemente an die Master-Vorrichtung übertragen wird, und weist der Schritt zum Ausführen einer Spannungsmessung an einer Buselement-Logikeinheit, insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente das Übertragen von Schaltbefehlen zum Umschalten des Buselements zwischen dem Aktivmodus und dem Passivmodus von der Master-Vorrichtung an jedes der Buselemente unter Verwendung der Identifizierung auf. Daher kann die Master-Vorrichtung den Prozess zum Bestimmen der Relativpositionen der Buselemente entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung vollständig steuern.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung weist der Schritt zum Ausführen einer Spannungsmessung an einer Buselement-Logikeinheit, insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente die Schritte zum Umschalten der Buselemente, die derzeit nicht gemessen werden, in den Passivmodus, wobei im Passivmodus die Buselement-Logikeinheit, insbesondere die Umgebungssensor-Logikeinheit, von der Zweidraht-Stromversorgungsleitung getrennt ist, das Umschalten der Buselemente, die aktuell gemessen werden, in den Aktivmodus, wobei im Aktivmodus die Buselement-Logikeinheit des entsprechenden Buselements mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung verbunden ist, und das Ausführen der Spannungsmessung an der Buselement-Logikeinheit, insbesondere der Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente einzeln im Aktivmodus auf. Daher wird nur eines der Buselemente in den Aktivmodus geschaltet, während alle anderen Buselemente in den Passivmodus geschaltet werden, um die Spannungsmessung an der Buselement-Logikeinheit des Buselements im Aktivmodus zu verbessern. Das Umschalten der Buselemente in den Aktiv- und in den Passivmodus wird vorzugsweise ausgeführt, bevor die Spannungsmessung an dem Buselement im Aktivmodus ausgeführt wird. Weiter bevorzugt wird jedes der Buselemente einzeln in den Aktivmodus geschaltet, um die jeweilige Spannungsmessung auszuführen.
Die vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Bussystem und das Buselement und umgekehrt.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert. Einzelne Merkmale, die in den Ausführungsformen dargestellt sind, können für sich alleine oder in Kombination einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bilden. Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können von einer Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform übertragen werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Fahrunterstützungssystem und zwei Bussystemen, von denen jedes eine Master-Vorrichtung und mehrere Umgebungssensoren als Buselemente aufweist, gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
2 eine schematische Ansicht eines der beiden Bussysteme von 1, mit einer Master-Vorrichtung und mehreren Umgebungssensoren als Buselemente, die über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung verbunden sind, gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine schematische Ansicht eines der Umgebungssensoren als ein Buselement des Bussystems von 2 mit einer Buselement-Logikeinheit und einer Messeinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine schematische Ansicht eines Bussystems gemäß der ersten Ausführungsform von 1, das mit einer Master-Vorrichtung und drei Buselementen dargestellt ist, wobei zusätzlich Widerstände entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung dargestellt sind;
5 eine schematische Ansicht des Bussystems von 2, das mit einer Master-Vorrichtung und drei Buselementen dargestellt ist, wobei zusätzlich ein Stromfluss von der Master-Vorrichtung durch ein erstes Buselement entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung dargestellt ist, und wobei andere Buselemente in einen hochohmigen Passivmodus geschaltet sind;
6 eine schematische Ansicht des Bussystems von 2, das mit einer Master-Vorrichtung und drei Buselementen dargestellt ist, wobei zusätzlich ein Stromfluss von der Master-Vorrichtung durch ein zweites Buselement entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung dargestellt ist, und wobei andere Buselemente in einen hochohmigen Passivmodus geschaltet sind;
7 eine schematische Ansicht eines Bussystems gemäß einer zweiten Ausführungsform, die mit einer Master-Vorrichtung, zwei Buselementen und einem Abschlusswiderstand dargestellt ist und die zusätzlich Widerstände entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung darstellt;
8 eine schematische Ansicht eines Bussystems gemäß einer dritten Ausführungsform, das mit einer Master-Vorrichtung und zwei Buselementen dargestellt ist, wobei die Buselemente vier Verbindungspunkte zum Verbinden mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung aufweisen, und wobei die Buselemente sequentiell mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung verbunden sind, wobei jedes der Buselemente die Zweidraht-Stromversorgungsleitung zwischen zwei entsprechenden Paaren von Verbindungspunkten durchkontaktiert; und
9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen von Relativpositionen mehrerer identischer Buselemente, die mit einer Master-Vorrichtung verbunden sind, das durch ein Bussystem von 1 ausgeführt wird.

1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Fahrunterstützungssystem 12 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Das Fahrunterstützungssystem 12 dieser Ausführungsform ist beispielsweise ein Parkunterstützungssystem und/oder ein Totwinkelerfassungssystem. Derartige Fahrunterstützungssysteme 12 sind auf dem Fachgebiet bekannt und werden nicht näher erläutert.
Das Fahrunterstützungssystem 12 weist eine Verarbeitungsvorrichtung 14 und zwei Bussysteme 16 auf, die unter Verwendung eines Fahrzeugbusses, z.B. eines CAN-Busses oder dergleichen, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, in Kommunikationsverbindung stehen.
Jedes der beiden Bussysteme 16 hat einen identischen Aufbau, der in 2 im Detail zu sehen ist, und weist eine Master-Vorrichtung 18 und mehrere identische Buselemente 20 auf. Die Buselemente 20 sind Umgebungssensoren des Fahrzeugs 10, insbesondere Ultraschallsensoren, zum Überwachen einer Umgebung 22 des Fahrzeugs 10. Die Master-Vorrichtung 18 bezieht sich in diesem Fall auf eine ECU (elektronische Steuereinheit). Die ECU 18 steuert die Buselemente 20 und empfängt Information, insbesondere Sensorinformation, von den Buselementen 20.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Master-Vorrichtung 18 integraler Bestandteil der Verarbeitungsvorrichtung 14 des Fahrunterstützungssystems 12.
Das Bussystem 16 ist mit einer Batterie 24 des Fahrzeugs 10 verbunden, die typischerweise einen Spannungspegel von 12 VDC liefert. Die Master-Vorrichtung 18 versorgt die Buselemente 20 über zwei Stromversorgungskabel 26, 28, die zusammen eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 bilden, oder über einen Stromversorgungsbus mit Strom von der Batterie 24. 2 zeigt lediglich zwei der Buselemente 20 des Bussystems 16. Jedes der Buselemente 20 weist zwei Verbindungspunkte 50 zum Verbinden mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 auf, und die Buselemente 20 sind parallel zueinander mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 verbunden.
Zusätzlich stehen die Master-Vorrichtung 18 und die Buselemente 20 in Kommunikationsverbindung über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28, die daher einen gemeinsamen Stromversorgungs- und Kommunikationsbus des Bussystems 16 implementiert.
Die Buselemente 20 haben einen identischen Aufbau, der in 3 dargestellt ist. Jedes der Buselemente 20 weist eine interne Buselement-Logikeinheit 30 auf, die alle erforderlichen Funktionen als Ultraschallsensor 20 bereitstellt, einschließlich einer Kommunikation mit der Master-Vorrichtung 18 zum Übertragen der Sensorinformation, die Echos enthält, die in Antwort auf Ultraschallimpulse empfangen werden, die zuvor von einem der Buselemente 20 emittiert wurden. Daher sind die Buselemente 20 der ersten Ausführungsform Ultraschallsensoren 20, die Ultraschallimpulse aussenden und Reflexionen der ausgesendeten Ultraschallimpulse empfangen. Die empfangenen Reflexionen werden in elektrische Signale umgewandelt. Basierend auf dem identischen Aufbau der Buselemente 20 haben die Buselement-Logikeinheiten 30 der verschiedenen Buselemente 20 im Wesentlichen den gleichen Innenwiderstand, wie nachstehend ausführlicher diskutiert wird.
Jedes der Buselemente 20 weist ferner eine Messeinheit 32 zum Messen einer Spannung an der Buselement-Logikeinheit 30 auf. Die Messeinheit 32 weist einen Analog-Digital-Wandler 34, auch als ADC 34 bezeichnet, eine Messsteuereinheit 36 und eine Schaltvorrichtung 38 auf. In einer alternativen Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung 38 ein unabhängiger Teil des jeweiligen Buselements 20.
Der ADC 34 wandelt die Spannung über die Buselement-Logikeinheit 30 in einen digitalen Messwert um. Die Messsteuereinheit 36 empfängt und verarbeitet diesen digitalen Messwert und überträgt ihn über die Buselement-Logikeinheit 30 an die Master-Vorrichtung 18. In dieser Ausführungsform wird die Messeinheit 32 als eine hochpräzise Spannungsmesseinheit 32 bereitgestellt. Die Schaltvorrichtung 38 ist eine hochohmige Schaltvorrichtung 38 und schaltet das Buselement 20 zwischen einem Aktivmodus und einem Passivmodus um, wobei im Aktivmodus die Buselement-Logikeinheit 30 des Buselements 20 mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 verbunden ist. d.h. die Schaltvorrichtung 38 befindet sich in einem geschlossenen Zustand, und im Passivmodus die Buselement-Logikeinheit 30 des Buselements 20 von der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 getrennt ist, d.h. die Schaltvorrichtung 38 befindet sich in einem offenen Zustand, wie in 3 dargestellt ist. Das Buselement 20 ist dazu eingerichtet, die Spannung an der Buselement-Logikeinheit 30 mit ihrer Messeinheit 32 nur im Aktivmodus zu messen.
Die Schaltvorrichtung 38 kann einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FET), aufweisen.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Bestimmen von Relativpositionen der Buselemente 20 beschrieben, die mit der Master-Vorrichtung 18 verbunden sind. Das Verfahren wird unter Verwendung des Bussystems 16 der 1 und 2 ausgeführt.
Das Verfahren beginnt mit Schritt S100, der sich auf eine Initialisierung der Buselemente 20 beim Einschalten bezieht. Daher erzeugt jedes der Buselemente 20 eine Zufallszahl als Identifizierung für eine Kommunikation innerhalb des Bussystems 16. Die zufällige Identifizierung wird verwendet, um jedes der Buselemente 20 des Bussystems 16 zu identifizieren, und soll für jedes Bussystem eindeutig sein. Im Falle einer Kollision, die auftreten kann, wenn verschiedene Buselemente 20 die gleiche Identifizierung haben, führt jedes von der Kollision betroffene Buselement 20 eine weitere Initialisierung aus, bis alle Kollisionen im Bussystem 16 eliminiert sind.
In einer alternativen Ausführungsform weist jedes Buselement 20 eine im Voraus zugewiesene und eindeutige Identifizierung auf, ähnlich z.B. einer MAC-Adresse für eine Kommunikation in Computernetzwerken. In diesem Fall kann Schritt S100 weggelassen werden.
Schritt S110 bezieht sich auf einen Initialisierungsschritt des Bussystems 16, bei dem jedes der Buselemente 20 seine Identifizierung an die Master-Vorrichtung 18 überträgt. Die Master-Vorrichtung 18 speichert die Identifizierungen der Buselemente 20 und verwendet sie zur Kommunikation mit den jeweiligen Buselementen 20 und zum Zuweisen von Nachrichten, insbesondere von Sensorinformation, die von dem jeweiligen Buselement 20 empfangen wird.
Schritt S120 bezieht sich auf das Ausführen einer Spannungsmessung an der Buselement-Logikeinheit 30 für jedes der Buselemente 20.
Gemäß der ersten Ausführungsform weist Schritt S120 das Übertragen von Schaltbefehlen zum Umschalten der Schaltvorrichtungen 38 des Buselements 20 zum Umschalten der Buselemente 20 zwischen dem Aktivmodus und dem Passivmodus von der Mastervorrichtung 18 an jedes der Buselemente 20 unter Verwendung der Identifizierungen auf, die im Initialisierungsschritt S110 übertragen wurden. Daher steuert die Master-Vorrichtung 18 die Buselemente 20 entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28, so dass jedes der Buselemente 20 das einzige Buselement 20 im Aktivmodus ist und alle anderen Buselemente 20 sich mindestens einmal während der Ausführung von Schritt S120 im Passivmodus befinden. Daher wird beim Messen der Spannung an der Buselement-Logikeinheit 30 des Buselements 20 im Aktivmodus kein Strom oder nur ein sehr geringer Strom durch einen Strompfad fließen, der von dem Pfad verschieden ist, den das Buselement 20 im Aktivmodus eingerichtet hat, da die Buselemente 20 im Passivmodus einen höheren Widerstandswert haben.
Das Buselement 20 führt dann im Aktivmodus die Spannungsmessung aus. Die Messungen können ohne Vorkenntnisse in Bezug auf die Positionen der Buselemente 20 entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 ausgeführt werden. Es ist lediglich erforderlich, eine Spannungsmessung für jedes der Buselemente 20 im Aktivmodus auszuführen.
Die gemessenen Spannungen hängen von einem Innenwiderstand der Buselement-Logikeinheiten 30 jedes der Buselemente 20 sowie von den Kabelwiderständen der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 ab. Wenn also ein Buselement 20 mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 verbunden ist, das weiter entfernt ist als ein anderes Buselement 20, wird angenommen, dass das Buselement 20 über eine längere Kabellänge der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 im Vergleich zu dem anderen Buselement 20 mit Strom versorgt wird. Daher ist der Kabelwiderstand der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 umso höher, je weiter die Buselemente 20 entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 von der Master-Vorrichtung 18 entfernt sind. Die anwendbaren Widerstände der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 sind in 4 dargestellt.
Die 5 und 6 zeigen die Ergebnisse der Spannungsmessungen an den Buselement-Logikeinheiten 30 zweier verschiedener Buselemente 20. 5 zeigt ein erstes der Buselemente 20, das in den Aktivmodus geschaltet ist. Daher befinden sich die verbleibenden Buselemente 20 im Passivmodus mit einer hohen Impedanz im Vergleich zu dem Buselement 20 im Aktivmodus. Daher führt eine Stromschleife I₁ 42 für das Szenario von 5 zu der folgenden Gleichung: $I_{1} = \frac{V_{E C U}}{R_{1} + R_{2} + R_{S 1} + R_{3} + R_{4}}$
Im Vergleich zeigt 6 ein zweites der Buselemente 20, das in den Aktivmodus geschaltet ist. Daher befinden sich die verbleibenden Buselemente 20 im Passivmodus mit einer hohen Impedanz im Vergleich zu dem Buselement 20 im Aktivmodus. Daher führt eine Stromschleife I₂ 44 für das Szenario von 6 zu der folgenden Gleichung: $I_{2} = \frac{V_{E C U}}{R_{1} + R_{5} + R_{6} + R_{S 2} + R_{7} + R_{8} + R_{4}}$
Dies führt zu unterschiedlichen Spannungsmesswerten an den Buselement-Logikeinheiten 30 der jeweiligen Buselemente 20. Eine ähnliche Gleichung kann für ein drittes der in den Aktivmodus geschalteten Buselemente 20 formuliert werden.
Schritt S130 bezieht sich auf das Übertragen der an der Buselement-Logikeinheit 30 gemessenen Spannung und der Identifizierung des jeweiligen Buselements 20 von allen Buselementen 20 an die Master-Vorrichtung 18. Basierend auf der Identifizierung kann die Master-Vorrichtung die empfangenen Spannungen, die mit dem jeweiligen Buselement 20 verbunden sind, verarbeiten.
Schritt S140 bezieht sich auf das Bestimmen der Relativposition jedes der Buselemente 20, die durch ihre Identifizierung identifiziert sind, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten 30 gemessenen Spannungen. Schritt S140 wird durch die Master-Vorrichtung 18 ausgeführt. Das Buselement 20 mit der höchsten gemessenen Spannung ist das nächstgelegene Buselement 20, und das Buselement 20 mit der niedrigsten gemessenen Spannung ist das am weitesten entfernte Buselement 20 in Bezug auf die Master-Vorrichtung 18.
Daher werden die Relativpositionen der Buselemente 20 bestimmt, indem die Buselemente 20 gemäß den gemeldeten Spannungen geordnet werden, die an ihren jeweiligen Buselement-Logikeinheiten 30 gemessen werden. Gemäß den vorstehend beschriebenen Prinzipien ist das Buselement 20 mit der höchsten gemessenen Spannung das nächstgelegene Buselement 20 und das Buselement 20, das die niedrigste gemessene Spannung gemeldet hat, das am weitesten entfernte Buselement 20 in Bezug auf die Master-Vorrichtung 18 entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28.
Die gemessenen Spannungen an den Buselement-Logikeinheiten 30 der verschiedenen Buselemente 20 können direkt miteinander verglichen werden, um die Relativpositionen der Buselemente 20 entlang der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 zu bestimmen, da die identischen Buselemente im Aktivmodus den gleichen Widerstand haben.
Zusammen mit bekannten Positionen der Buselemente 20 im Fahrzeug 10, die durch die Konstruktion des Fahrzeugs 10 definiert sind, ermöglicht es die Kenntnis der Relativpositionen der Buselemente 20 entlang der Stromversorgungsleitung 26, 28 Absolutpositionen der Buselemente 20 im Fahrzeug 10 herzuleiten.
Gemäß einer in 7 dargestellten zweiten modifizierten Ausführungsform weist die Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 einen Abschlusswiderstand 40 auf, der die beiden Drähte 26, 28 der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 miteinander verbindet. Der Abschlusswiderstand 40 der zweiten Ausführungsform ist ein hochohmiger Abschlusswiderstand 40. Der Abschlusswiderstand 40 vermeidet oder vermindert Reflexionen am Ende der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28, die auch als Kommunikationsbus dient, und verbessert die Kommunikation zwischen der Master-Vorrichtung 18 und den Buselementen 20. Abgesehen von diesem Unterschied ist das Bussystem 16 der zweiten Ausführungsform identisch mit dem Bussystem 16 der ersten Ausführungsform. Außerdem kann das Verfahren zum Bestimmen der Relativpositionen der mit der Master-Vorrichtung 18 verbundenen Buselemente 20, das in Bezug auf das Bussystem 16 der ersten Ausführungsform ausführlich diskutiert worden ist, auf die gleiche Weise auch mit dem Bussystem 16 der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden. Wenn der Abschlusswiderstand 40 einen ausreichend großen Widerstandswert aufweist, kann der Strom durch den Abschlusswiderstand 40 vernachlässigt werden.
Gemäß einer dritten modifizierten Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, weisen die Buselemente 20 ein Gehäuse 46 auf, das vier Verbindungspunkte 50 für eine Verbindung mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 aufweist. Daher sind die Buselemente 20 sequentiell mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 verbunden, wobei jedes der Buselemente 20 die Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 zwischen zwei entsprechenden Paaren von Verbindungspunkten 50 durchkontaktiert. Daher stellen die Buselemente 20 der dritten Ausführungsform eine Durchkontaktierung der Zweidraht-Stromversorgungsleitung 26, 28 bereit. Jedes der Buselemente 20 der dritten Ausführungsform weist ein Buselement-Funktionsteil 48 auf, das funktional mit dem Buselement 20 der ersten Ausführungsform identisch ist.
Abgesehen von diesem Unterschied ist das Bussystem 16 der dritten Ausführungsform identisch mit dem Bussystem 16 der ersten Ausführungsform. Außerdem kann das Verfahren zum Bestimmen der Relativpositionen der mit der Master-Vorrichtung 18 verbundenen Buselemente 20, das in Bezug auf das Bussystem 16 der ersten Ausführungsform ausführlich diskutiert worden ist, auf die gleiche Weise mit dem Bussystem 16 der dritten Ausführungsform ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: Fahrunterstützungssystem
14: Verarbeitungsvorrichtung
16: Bussystem
18: Master-Vorrichtung, ECU
20: Buselement, Umgebungssensor, Ultraschallsensor
22: Umgebung
24: Batterie
26: Draht der Stromversorgungsleitung
28: Draht der Stromversorgungsleitung
30: Buselement-Logikeinheit
32: Messeinheit
34: Analog-Digital-Wandler, ADC
36: Messsteuereinheit
38: Schaltvorrichtung
40: Abschlusswiderstand
42: Stromschleife I₁
44: Stromschleife I₂
46: Gehäuse
48: Buselement-Funktionsteil
50: Verbindungspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017012179 A1 [0008]
DE 102018010267 A1 [0009]
DE 102019104787 A1 [0009]
DE 102018104872 A1 [0010]
DE 102018104873 A1 [0010]

Claims

Bussystem (16) mit einer Master-Vorrichtung (18) und mehreren identischen Buselementen (20), insbesondere als Umgebungssensoren (20) eines Fahrzeugs (10), die über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) mit der Master-Vorrichtung (18) verbunden sind, wobei die Master-Vorrichtung (18) und die Buselemente (20) in einer Kommunikationsverbindung stehen, wobei die Master-Vorrichtung (18) die Buselemente (20) über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) mit Strom versorgt, und jedes der Buselemente (20) aufweist: - eine interne Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere eine Umgebungssensor-Logikeinheit, und - eine Messeinheit (32) zum Messen einer Spannung an der Buselement-Logikeinheit (30), wobei die Master-Vorrichtung (18) und die Buselemente (20) dazu eingerichtet sind, die an der Buselement-Logikeinheit (30) gemessene Spannung und eine Identifizierung des jeweiligen Buselements (20) von jedem der Buselemente (20) an die Master-Vorrichtung (18) zu übertragen, und die Master-Vorrichtung (18) ferner dazu eingerichtet ist, Relativpositionen jedes der Buselemente (20), die mit ihrer Identifizierung identifiziert sind, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten (30) gemessenen Spannungen zu bestimmen, wobei in Bezug auf die Master-Vorrichtung (18) das Buselement (20) mit der höchsten gemessenen Spannung das nächstgelegene Buselement (20) und das Buselement (20) mit der niedrigsten gemessenen Spannung das am weitesten entfernte Buselement (20) ist.
Bussystem (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Vorrichtung (18) und die Buselemente (20) dazu eingerichtet sind, über die Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) zu kommunizieren, oder die Master-Vorrichtung (18) und die Buselemente (20) dazu eingerichtet sind, über mindestens eine zusätzliche Datenleitung zu kommunizieren, die zur Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) parallelgeschaltet ist.
Bussystem (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) einen Abschlusswiderstand (40), insbesondere einen hochohmigen Abschlusswiderstand (40), aufweist, der die beiden Drähte (26, 28) der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) miteinander verbindet.
Bussystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (32) als eine hochpräzise Spannungsmesseinheit (32) bereitgestellt wird.
Bussystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Buselemente (20) eine Schaltvorrichtung (38) zum Umschalten des jeweiligen Buselements (20) zwischen einem Aktivmodus und einem Passivmodus aufweist, wobei im Aktivmodus die Buselement-Logikeinheit (30) des jeweiligen Buselements (20) mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) verbunden ist, und im Passivmodus die Buselement-Logikeinheit (30) des jeweiligen Buselements (20) von der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) getrennt ist.
Bussystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Buselemente (20) einen Passivmoduswiderstand aufweist, der parallel zu seiner Buselement-Logikeinheit (30) bereitgestellt wird, wobei im Passivmodus die Schaltvorrichtung (38) den Passivmoduswiderstand mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) verbindet; und/oder die Schaltvorrichtung (38) eine hochohmige Schaltvorrichtung (38) ist.
Bussystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Buselemente (20) zwei Verbindungspunkte (50) zum Verbinden mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) aufweist, und wobei die Buselemente (20) zur Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) parallelgeschaltet sind.
Bussystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Buselemente (20) vier Verbindungspunkte (50) zum Verbinden mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) aufweist, wobei die Buselemente (20) sequentiell mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) verbunden sind, wobei jedes der Buselemente (20) die Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) zwischen zwei entsprechenden Paaren von Verbindungspunkten (50) durchkontaktiert.
Bussystem (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Buselemente (20) eine Identifizierung als eine im Voraus zugewiesene eindeutige Identifizierung, insbesondere für eine Kommunikation innerhalb des Bussystems (16), aufweist; oder jedes der Buselemente (20) dazu eingerichtet ist, beim Einschalten eine Initialisierungsphase auszuführen, wobei jedes der Buselemente (20) eine Zufallszahl als Identifizierung, insbesondere für eine Kommunikation innerhalb des Bussystems (16), erzeugt.
Buselement (20), insbesondere als Umgebungssensor (20) eines Fahrzeugs (10), zum Verbinden mit einer Master-Vorrichtung (18) über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28), wobei die Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) für eine Kommunikation mit der Master-Vorrichtung (18) verwendet wird, mit einer internen Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, und einer Messeinheit (32) zum Messen einer Spannung an der Buselement-Logikeinheit (30), wobei das Buselement (20) dazu eingerichtet ist, eine Spannung an der Buselement-Logikeinheit (30) unter Verwendung der Messeinheit (32) zu messen und die an der Buselement-Logikeinheit (30) gemessene Spannung und eine Identifizierung an die Master-Vorrichtung (18) zu übertragen.
Buselement (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Buselement (20) eine Schaltvorrichtung (38) zum Umschalten des Buselements (20) zwischen einem Aktiv- und einem Passivmodus aufweist, wobei im Passivmodus die Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere die Umgebungssensor-Logikeinheit, von der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) getrennt ist und im Aktivmodus die Buselement-Logikeinheit (30) mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) verbunden ist; und das Buselement (20) dazu eingerichtet ist, die Spannung an der Buselement-Logikeinheit (30) im Aktivmodus zu messen.
Verfahren zum Bestimmen von Relativpositionen mehrerer identischer Buselemente (20), die mit einer Master-Vorrichtung (18) verbunden sind, wobei die Buselemente (20) und die Master-Vorrichtung (18) in Kommunikationsverbindung stehen und zusammen ein Bussystem (16) bilden, wobei die Buselemente (20) insbesondere Umgebungssensoren (20) eines Fahrzeugs (10) sind und die Buselemente (20) über eine Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) mit der Master-Vorrichtung (18) verbunden sind, mit den Schritten: Ausführen einer Spannungsmessung an einer Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente (20), Übertragen der an der Buselement-Logikeinheit (30) gemessenen Spannung und einer Identifizierung des jeweiligen Buselements (20) von jedem der Buselemente (20) an die Master-Vorrichtung (18); und Bestimmen der Relativposition jedes der Buselemente (20), das mit seiner Identifizierung identifiziert ist, gemäß den an den Buselement-Logikeinheiten (30) gemessenen Spannungen, wobei in Bezug auf die Master-Vorrichtung (18) das Buselement (20) mit der höchsten gemessenen Spannung das nächstgelegene Buselement (20) und das Buselement (20) mit der niedrigsten gemessenen Spannung das am weitesten entfernte Buselement (20) ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Ausführen einer Spannungsmessung an einer Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente (20) die Schritte aufweist: Umschalten der aktuell nicht gemessenen Buselemente (20) in den Passivmodus, wobei im Passivmodus die Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere die Umgebungssensor-Logikeinheit, von der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) getrennt ist; Schalten der aktuell zu messenden Buselemente (20) in den Aktivmodus, wobei im Aktivmodus die Buselement-Logikeinheit (30) des jeweiligen Buselements (20) mit der Zweidraht-Stromversorgungsleitung (26, 28) verbunden ist, und Ausführen der Spannungsmessung an der Buselement-Logikeinheit (30), insbesondere der Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente (20) einzeln im Aktivmodus.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Initialisierungsschritt aufweist, in dem die Identifizierung jedes der Buselemente (20) an die Master-Vorrichtung (18) übertragen wird; und der Schritt zum Ausführen einer Spannungsmessung an einer Buselement-Logikeinheit, insbesondere einer Umgebungssensor-Logikeinheit, für jedes der Buselemente (20) das Übertragen von Schaltbefehlen zum Umschalten des Buselements (20) zwischen dem Aktivmodus und dem Passivmodus von der Master-Vorrichtung (18) an jedes der Buselemente (20) unter Verwendung der Identifizierung aufweist.