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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Komponente mit Positionskodierung für ein Kraftfahrzeug.
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In einem Kraftfahrzeug werden baugleiche elektrische oder elektronische Komponenten häufig mehrfach verbaut. Beispiele solcher elektronischen Komponenten sind Radar-Sensoren, die an mehreren Positionen an oder in der Nähe eines vorderen und/oder an oder in der Nähe eines hinteren Stoßfängers angebracht werden, Sitzmodule zur elektrischen Verstellung der Sitze des Kraftfahrzeugs, Sitzheizungssteuergeräte, Sitzpneumatikmodule, Fondmonitore, drahtlose Ladeablagen (sog. Wireless Charging Ablagen), usw.. Um die Position jeweiliger baugleicher elektrischer oder elektronischer Komponenten in dem Kraftfahrzeug für die Ansteuerung durch ein zentrales Steuergerät bestimmen zu können, wird zur Positionskodierung das Prinzip der sog. Massekodierung genutzt.
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Bei der Massekodierung werden neben einer Primärmasse der elektrischen oder elektronischen Komponente weitere Masseanschlüsse über einen Kabelbaum miteinander verbunden. Hierzu verfügt ein die Komponenten elektrisch kontaktierender Kabelbaum über einen sog. Schweißverbinder, der verschiedene Masseleitungen, z.B. durch eine Ultraschallschweißverbindung, elektrisch miteinander verbindet. Eine jeweils neue Position der elektrischen oder elektronischen Komponente in dem Kraftfahrzeug kann durch die selektive Kontaktierung unterschiedlicher Masseanschlüsse der Komponente erfolgen, indem mittels einer Auswerteschaltung bestimmt wird, an welchen der Masseanschlüsse eine Masseleitung des Kabelbaums angeschlossen ist. Die Auswerteschaltung verfügt hierzu in der Regel über einen Analog-/Digital-Wandler, der für die Massecodierung eine, im Inneren der Komponente erzeugte, Referenzspannung abtastet. Anhand der für jeden Masseanschluss gemessenen Werte kann dann die Variante und damit die Position der elektrischen oder elektronischen Komponente in dem Kraftfahrzeug bestimmt werden.
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Das Prinzip der Positionserkennung über Massekodierung wird anhand von 1 verdeutlicht, in der in den 1a bis 1d jeweils eine baugleiche elektronische Komponente 10 dargestellt ist, welche beispielhaft über drei Masseanschlüsse 11-13 verfügt, die über einen unterschiedlich ausgebildeten Kabelbaum 50 unterschiedlich kontaktiert sind. Die elektronische Komponente 10 umfasst neben den als externen Masseanschlüssen 11-13 bezeichneten Masseanschlüssen jeweils zugeordnete interne Masseanschlüsse 21-23. Zur vereinfachten Darstellung sind eine für die Auswertung der Massekodierung erforderliche Auswerteschaltung sowie weitere Funktionskomponenten der elektronischen Komponente 10 nicht dargestellt. Wie der 1 ohne weiteres zu entnehmen ist, ist ein jeweiliger externer Masseanschluss 11-13 direkt mit einem zugeordneten internen Masseanschluss 21-23 verbunden. Der interne Masseanschluss 21 stellt hierbei eine sog. Primär- oder Fahrzeugmasse dar. Die übrigen Masseanschlüsse 22, 23 stellen eine an die Primärmasse 21 angeschlossene Masse dar und werden als Codiermasse bezeichnet, wobei der Masseanschluss in der Figur nicht explizit dargestellt ist.
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Der Kabelbaum 50 ist individuell für jede Kodierung der elektronischen Komponente 10 ausgebildet. In der in 1a dargestellten Variante umfasst der Kabelbaum 50 eine Masseleitung 51, in den in den 1b und 1d dargestellten Varianten umfasst der Kabelbaum 50 neben einer Sammelleitung 55 jeweils zwei Masseleitungen 51 und 52 bzw. 51 und 53. In der in 1c dargestellten Variante umfasst der Kabelbaum 50 neben der Sammelleitung 55 drei Masseleitungen 51, 52 und 53. Die jeweiligen Masseleitungen 51 und 52 (1b), 51-53 (1c) sowie 51 und 53 (1d) für die vier baugleichen Komponenten 10 sind jeweils über einen Schweißverbinder 54 elektrisch mit der Sammelleitung 55 verbunden. Der Schweißverbinder 54 kann beispielsweise durch eine Ultraschallschweißung erzeugt sein und wird dann als Ultraschallschweißverbinder bezeichnet. Hierbei wird der Schweißverbinder 54 in der Regel als sog. Endverbinder ausgebildet, über den eine Schrumpfkappe oder ein Schrumpfschlauch, jeweils mit Innenkleber, wärmegeschrumpft gezogen ist. Nicht dargestellt sind in der schematischen Darstellung ein Umschlag und ein Zurückbinden zur Zugentlastung der Scheißverbindung.
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Wie den verschiedenen Varianten in den 1 a bis 1d ohne weiteres entnommen werden kann, sind die externen Masseanschlüsse 11-13 durch den Kabelbaum 50 in unterschiedliche Weise kontaktiert. Bei allen vier Varianten ist die Masseleitung 51 mit dem externen Masseanschluss 11 der Primärmasse gekoppelt. Durch die zusätzlichen zwei Codiermassen ergeben sich insgesamt vier unterschiedliche Kodiervarianten, wobei in der Variante gemäß 1b der externe Masseanschluss 12 mit der Masseleitung 52, in der Variante gemäß 1c die externen Masseanschlüssen 12, 13 mit den Masseleitungen 52, 53 und in der Variante gemäß 1d der externe Masseanschluss 13 mit der Masseleitung 53 verbunden ist. Die Variante gemäß 1a kommt dabei ohne explizite Kodierung aus.
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Durch diese Varianten der Kontaktierung kann jeweils eine Komponentenposition definiert werden. Die Bestimmung der jeweiligen Variante erfolgt, indem in der elektronischen Komponente 10 an die internen Masseanschlüsse 21-23 eine Referenzspannung angelegt und über einen A/D-Wandler der nicht dargestellten Auswerteschaltung abgetastet wird. Ist der auszulesende externe Masseanschluss über eine Masseleitung des Kabelbaums mit Bezugspotential verbunden, bricht die Referenzspannung zusammen und es wird am Ausgang des A/D-Wandlers ein sehr kleiner Wert gemessen. Ist der auszulesende externe Masseanschluss mit keiner Masseleitung des Kabelbaums verbunden, bleibt die Referenzspannung bestehen und am Ausgang des A/D-Wandlers wird ein der Referenzspannung entsprechend großer Wert gemessen. Anhand der für die jeweiligen externen und damit internen Masseanschlüsse gemessenen Werte kann dann die Variante und damit die Position bestimmt werden.
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Für die Positionserkennung müssen somit individuell für jede der baugleichen Komponenten für jeden zu kontaktierenden Masseanschluss der Komponente Masseleitungen des Kabelbaums mit dem bereits erwähnten Schweißverbinder (manchmal auch als Schweißknoten bezeichnet) verbunden werden. Um den Schweißverbinder gegen Feuchtigkeit und Längswasser abzudichten, ist es erforderlich, diesen mit einer Schrumpfkappe oder einem Schrumpfschlauch, jeweils mit Innenkleber, zu versehen. Um eine Zugentlastung für den verschweißten Leitungsstrang des Kabelbaums zu realisieren, ist ein Zurückbinden und Umschlagen erforderlich.
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Je nachdem, wie viele unterschiedliche Positionen mittels der Massekodierung kodiert werden müssen, kann die Anzahl an zusätzlichen Leitungen erheblich sein. Die zusätzlichen Masseleitungen zum Schweißverbinder, der Schweißverbinder selbst einschließlich seiner zur Dichtung vorgesehenen Schrumpfkappe sowie die Zugentlastung tragen über die gesamte Länge im Kabelbaumdurchmesser auf, was zu Platzproblemen führen kann. Das Material für die Masseleitungen sowie für die Längswasserabdichtung verursachen Gewicht und Kosten im Kabelbaum für jede zu verbauende elektrische oder elektronische Komponente mit Positionserkennung über Massekodierung.
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Diese Probleme werden insbesondere dadurch verstärkt, dass eine vollautomatische Kabelbaumfertigung, welche Schweißverbinder umfasst, bislang nicht möglich ist. Für eine automatisierungstaugliche Lösung müssen daher entweder teure Verbindungsstecker anstelle des Schweißverbinders eingesetzt werden. Alternativ kann eine direkte Verdrahtung zwischen der elektrischen oder elektronischen Komponente und einem Masseknoten, z.B. einem Kammverbinder, erfolgen. Auch dies erfordert zusätzliche Modifikationen und insbesondere die Bereitstellung von verhältnismäßig großen Massekammverbindern.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Positionskodierung einer elektronischen Komponente eines Kraftfahrzeugs baulich und/oder funktionell zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Komponente gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Komponente gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird eine elektronische Komponente mit Positionskodierung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Unter einer elektronischen Komponente mit Positionskodierung ist im Folgenden eine solche elektrische oder elektronische Komponente zu verstehen, die in einem Kraftfahrzeug in baugleicher Form mehrfach verbaut werden soll. Eine solche Komponente kann beispielsweise ein Radar-Sensor, ein Lidar, eine Kamera, ein Lichtmodul, ein Sitzmodul zur elektrischen Sitzverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes, ein Sitzheizungssteuergerät, ein Sitzpneumatikmodul, ein Fondmonitor oder eine Ablage zum drahtlosen Laden eines Nutzerendgeräts sein. Die Aufzählung ist als beispielhaft, jedoch nicht abschließend zu betrachten. Mehrere der elektronischen Komponenten mit Positionskodierung werden an jeweils unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug verbaut.
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Um eine positionsrichtige Ansteuerung der elektronischen Komponente oder eine positionsrichtige Verarbeitung der von der elektronischen Komponente gelieferten Signale zu ermöglichen, wird eine jeweilige elektronische Komponente, wenn sie in dem Kraftfahrzeug verbaut ist, in nachfolgend beschriebener Weise im Zusammenspiel mit einem Kabelbaum identifiziert. Hierzu umfasst die elektronische Komponente eine Mehrzahl an ersten Positionsanschlüssen, die zur Verbindung mit einer entsprechenden Mehrzahl an korrespondierenden zweiten Positionsanschlüssen, die an einem komponentenseitigen Ende eines Kabelbaums des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, ausgebildet ist. Die ersten Positionsanschlüsse und die dazu korrespondierenden zweiten Positionsanschlüsse können beispielsweise als Pins zur Herstellung einer Steckverbindung ausgebildet sein. Auch andere Verbindungsarten sind denkbar.
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Eine mit den ersten Positionsanschlüssen gekoppelte Auswerteschaltung der elektronischen Komponente ist dazu ausgebildet die nachfolgend beschriebenen Schritte durchzuführen, jedoch nur dann, wenn eine Verbindung zwischen der Mehrzahl an ersten Positionsanschlüssen und der Mehrzahl an korrespondierenden zweiten Positionsanschlüssen des Kabelbaums hergestellt ist. Mit anderen Worten ist das komponentenseitige Ende des Kabelbaums mit der elektronischen Komponente mechanisch verbunden, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten Positionsanschlüssen hergestellt ist.
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Die Auswerteschaltung ist dazu ausgebildet, für jeden der ersten Positionsanschlüsse einen ersten oder zweiten elektrischen Verbindungszustand zu bestimmen. Der Verbindungszustand eines jeden der ersten Positionsanschlüsse ist abhängig davon, ob und welche der zweiten Positionsanschlüsse des Kabelbaums über eine Kabelbrücke miteinander verbunden sind. Unter einem Verbindungszustand ist dabei nicht der mechanische Zustand der Verbindung zwischen einem ersten und einem mit diesem verbundenen zweiten Positionsanschluss zu verstehen, sondern vielmehr ein elektrischer Verbindungszustand. Als Verbindungszustände werden insbesondere ein erster Verbindungszustand, der als „offen“ oder „nicht verbunden“ bezeichnet sein kann und ein zweiter Verbindungszustand, der als „verbunden“ bezeichnet werden kann.
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Die Auswerteschaltung ist weiter dazu ausgebildet, aus dem Muster der, den ersten oder zweiten Verbindungszustand aufweisenden, ersten Positionsanschlüssen auf eine Kodierung der Komponente zu schließen. Die Kodierung kann z.B. an ein zentrales Steuergerät übertragen werden. Die Kodierung kann auch innerhalb der elektronischen Komponente weiterverarbeitet werden. Auch eine Kombination der beiden genannten Varianten ist möglich.
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In welcher Weise die Auswerteschaltung ausgebildet ist, ist für das Prinzip der vorliegenden Erfindung unerheblich. Beispielsweise kann die Auswerteschaltung einen Mikrocontroller mit sog. GPIO (General Purpose Input-Output)-Anschlüssen als erste Positionsanschlüsse umfassen, welche wahlweise als Eingang oder Ausgang genutzt werden können, um für jeden der ersten Positionsanschlüsse einen ersten oder zweiten elektrischen Verbindungszustand zu bestimmen. Die Auswerteschaltung kann auch einen Analog-/Digital-Wandler (A/D-Wandler) umfassen, der ein an den ersten Positionsanschlüssen anliegendes Potential bestimmt. Die Auswertung und Bestimmung des Musters der ersten Positionsanschlüsse, um auf die Kodierung der Komponente zu schließen, kann einmalig bei der Herstellung des Fahrzeugs oder bei jedem Neustart des Fahrzeugs oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen elektronischen Komponente kann die Position von baugleichen elektronischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug über eine Mehrzahl an ersten Positionsanschlüssen an der elektronischen Komponente und eine entsprechende Mehrzahl an korrespondierenden zweiten Positionsanschlüssen eines Kabelbaums zuverlässig bestimmt werden. Die Positionskodierung wird dabei durch die elektronische Komponente bestimmt, wobei durch die kabelbaumseitig bestehende „Verschaltung“ der zweiten Positionsanschlüsse die Kodierung ermöglicht wird.
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Die Mehrzahl an ersten Positionsanschlüssen und die entsprechende Mehrzahl an korrespondierenden zweiten Positionsanschlüssen dient dabei ausschließlich dem Zweck, die Positionskodierung von baugleichen elektronischen Komponenten zu ermöglichen. Die ersten und zweiten Positionsanschlüsse werden weder für eine Signalübertragung noch als Potentialleitungen genutzt. Durch das vorgeschlagene Vorgehen können Schweißverbinder inklusive Längswasserabdichtung für die Positionserkennung eliminiert werden. Dies erlaubt es, den Kabelbaum wesentlich einfacher, mit geringerem Gewicht und zu geringeren Kosten bereitzustellen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Mehrzahl an ersten Positionsanschlüssen in einem ersten Steckverbinder der Komponente angeordnet. Wie oben bereits beschrieben, sind die ersten Positionsanschlüsse beispielsweise als Pins zur Herstellung einer Steckverbindung ausgebildet.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Mehrzahl an zweiten Positionsanschlüssen in einem zu dem ersten Steckverbinder korrespondierenden zweiten Steckverbinder des Kabelbaums angeordnet ist. Mit anderen Worten stellen der erste und der zweite Steckverbinder die Hälften eines einzigen Steckers, von denen eine als männliche Seite und die andere als weibliche Seite ausgebildet ist. Hierdurch wird eine mechanische Verbindung des Komponentenseitigen Endes des Kabelbaums mit der elektronischen Komponente ermöglicht. Die zweiten Positionsanschlüsse können als zu den Pins korrespondierende Hülsen ausgebildet sein. Hierdurch wird der bevorzugte Steckvorgang ermöglicht.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der erste und der zweite Steckverbinder jeweils zusätzlich zu der Mehrzahl an ersten Positionsanschlüssen und der Mehrzahl an zweiten Positionsanschlüssen einen oder mehrere Anschlüsse für Datenübertragung und/oder einen oder mehrere Anschlüsse für Versorgungspotentiale umfasst. Die Anschlüsse für Datenübertragung und/oder Anschlüsse für Versorgungspotentiale können jeweils in dem ersten Steckverbinder bzw. dem zweiten Steckverbinder integriert sein. Sie können auch in von diesen getrennten Steckverbindern angeordnet sein.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Mehrzahl an ersten Positionsanschlüssen und korrespondierenden zweiten Positionsanschlüssen drei oder größer ist. Die genaue Zahl der Mehrzahl an ersten und zweiten Positionsanschlüssen liegt die Anzahl der möglichen Kodierungen fest. Bevorzugt beträgt die Mehrzahl an ersten und zweiten Positionsanschlüssen vier.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn genau zwei zweite Positionsanschlüsse über jeweiligen Enden der Kabelbrücke elektrisch miteinander verbunden sind. Eine Kabelbrücke verbindet somit immer genau zwei zweite Positionsanschlüsse. Bevorzugt beträgt die Anzahl der Kabelbrücken eins. Die Anzahl der Kabelbrücken kann auch größer als eins sein. Die Anzahl der Kabelbrücken in Verbindung in der Anzahl der ersten bzw. zweiten Positionsanschlüsse legt fest, wie viele verschiedene Kodierungen für baugleiche elektronische Komponenten möglich sind. Bei einer Anzahl von z.B. vier ersten und zweiten Positionsanschlüssen und der Verwendung genau einer Kabelbrücke ergeben sich sechs verschiedene Kodierungen. Die Anzahl der Kodierungen kann durch das Hinzunehmen einer weiteren Kabelbrücke erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Anzahl der ersten und zweiten Positionsanschlüsse erhöht werden, wenn eine größere Anzahl an Kodierungen erforderlich ist.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass diejenigen zweiten Positionsanschlüsse, die mit keinem Ende der Kabelbrücke verbunden sind, keine elektrische Verbindung zu einem Leiter aufweisen. Solche zweiten Positionsanschlüsse, die mit keinem Ende der Kabelbrücke verbunden sind, stellen „offene“ oder „nicht verbundene“ Positionsanschlüsse dar, so dass bei der oben beschriebenen Ausbildung der Auswerteschaltung derjenige Verbindungszustand bestimmt wird, der „offen“ oder „nicht verbunden“ entspricht. Demgegenüber ist ein zweiter Positionsanschluss, der mit einem Ende der Kabelbrücke verbunden ist, wenn das andere Ende der Kabelbrücke mit einem anderen zweiten Positionsanschluss verbunden ist, in einem Verbindungszustand, welcher als „verbunden“ bezeichnet werden kann, da über die Kabelbrücke ein Kurzschluss zwischen den betreffenden ersten Positionsanschlüssen hergestellt wird.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die jeweiligen Enden der Kabelbrücke mittels einer Crimpverbindung mit den genau zwei zweiten Positionsanschlüssen verbunden sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl an wie oben beschriebenen elektronischen Komponenten beschrieben, die jeweils gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ausgebildet sind. Die Mehrzahl an elektronischen Komponenten ist dann als Gleichbauteil, wie beschrieben, an unterschiedlichen Positionen in dem Kraftfahrzeug angeordnet.
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Ein derartiges Kraftfahrzeug weist den Vorteil eines vereinfachten Kabelbaums auf, welcher insbesondere für die erfindungsgemäßen Komponenten keine Schweißverbinder mehr benötigt. Hierdurch kann der Kabelbaum mit geringerem Gewicht und zu geringeren Kosten bereitgestellt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1a bis 1d jeweils eine herkömmliche elektronische Komponente, die für eine Positionserkennung über Massekodierung ausgestaltet ist;
- 2 eine erfindungsgemäße elektronische Komponente gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante;
- 3 eine erfindungsgemäße elektronische Komponente gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante;
- 4 eine erfindungsgemäße elektronische Komponente gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante; und
- 5 eine erfindungsgemäße elektronische Komponente gemäß einer vierten Ausgestaltungsvariante.
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In sämtlichen Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der Vereinfachung und verbesserten Darstellung sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße elektronische Komponente 10 in einer allgemeinen Form, bei der eine Positionserkennung mittels kabelbaumseitig bestehender oder nicht bestehender Verbindung von komponenteneigenen Positionsanschlüssen untereinander realisiert ist. Die 3 bis 5 zeigen detaillierte Ausführungsbeispiele, bei denen die Positionserkennung durch unterschiedliche Ausgestaltung einer nachfolgend näher beschriebenen Auswerteschaltung 40 realisiert ist.
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Die elektronische Komponente 10 ist in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug in baugleicher Form mehrfach verbaut. Eine solche Komponente kann beispielsweise ein Sensor, Aktuator oder allgemein ein Steuergerät sein. Beispiele hierfür sind ein Radar-Sensor, ein Lidar, eine Kamera, ein Lichtmodul, ein Sitzmodul für elektrische Sitzverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes, ein Sitzheizungssteuergerät, ein Sitzpneumatikmodul, ein Fondmonitor oder eine Ablage zum drahtlosen Laden eines Nutzerendgeräts. Die elektronischen Komponenten 10 werden an jeweils unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug verbaut.
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Die hier gezeigte elektronische Komponente 10 weist beispielhaft vier erste Positionsanschlüsse 31-34 auf, die in einem ersten Steckverbinder 30 der elektronischen Komponente angeordnet sind. Die ersten Positionsanschlüsse 31-34 können beispielsweise als Pins zur Herstellung einer Steckverbindung ausgebildet sein. Die in dem ersten Steckverbinder 30 angeordneten extern zugänglichen ersten Positionsanschlüsse 31-34 sind über optionale, und nicht näher ausgeführte, Schutzschaltungen 35-38 mit dritten Positionsanschlüssen 41-44 einer Auswerteschaltung 40 elektrisch gekoppelt.
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Die Auswerteschaltung 40 kann beispielsweise ein Mikrocontroller sein. Die prinzipielle Funktionsweise der Auswerteschaltung 40 wird später anhand der Ausführungsbeispiele gemäß den 3 bis 5 näher erläutert, wobei Details der Ausgestaltung der Auswerteschaltung 40 für das Prinzip der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind.
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Die Ausgestaltung der Schutzschaltung 35-38 ist für das Verständnis der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ebenfalls von untergeordneter Bedeutung, so dass darauf nicht im Detail eingegangen wird. Durch die optionalen Schutzschaltungen 35-38 soll verhindert werden, dass bei der Beaufschlagung eines der ersten Positionsanschlüsse 31-34 mit einem Potential die in der Auswerteschaltung 40 vorgesehenen Schaltkreise nicht beschädigt oder zerstört werden.
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Der erste Positionsanschluss 31, der über die Schutzschaltung 35 mit dem dritten Positionsanschluss 41 elektrisch gekoppelt ist, wird als „Pin 1“ bezeichnet. Der erste Positionsanschluss 32, der über die Schutzschaltung 36 mit dem dritten Positionsanschluss 42 elektrisch gekoppelt ist, wird als „Pin 2“ bezeichnet. Der erste Positionsanschluss 33, der über die Schutzschaltung 37 mit dem dritten Positionsanschluss 43 gekoppelt ist, wird als „Pin 3“ bezeichnet. In entsprechender Weise wird der erste Positionsanschluss 34, der über die Schutzschaltung 38 mit dem dritten Positionsanschluss 44 elektrisch gekoppelt ist, als „Pin 4“ bezeichnet.
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Die Anzahl n der ersten Positionsanschlüsse 31-34 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft zu n = 4 gewählt. Die Anzahl n könnte grundsätzlich auch anders gewählt sein, wobei gilt: n ≥ 2. Die Anzahl n der ersten Positionsanschlüsse bemisst sich allgemein an der benötigten Anzahl an unterschiedlichen Kodierungen.
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Mit dem Bezugszeichen 50 ist ein komponentenseitiges Ende eines Kabelbaums des Kraftfahrzeugs bezeichnet. Der Kabelbaum 50 umfasst an seinem komponentenseitigen Ende eine Anzahl an zweiten Positionsanschlüssen 61-64, deren Anzahl der Anzahl n der ersten Positionsanschlüsse 31-34 entspricht, d.h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier. Die zweiten Positionsanschlüsse 61-64 sind in einem zweiten Steckverbinder 60 angeordnet. Die Anordnung und Ausgestaltung des zweiten Steckverbinders 60 und der zweiten Positionsanschlüsse 61-64 korrespondiert dabei zu der Gestalt und Anordnung des ersten Steckverbinders 30 und der darin befindlichen ersten Positionsanschlüsse 31-34, so dass eine Steckverbindung einander zugeordneter erster und zweiter Positionsanschlüsse ermöglicht wird. Hierzu können die zweiten Positionsanschlüsse 61-64 beispielsweise als die Pins aufnehmende Hülsen ausgestaltet sein.
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In Analogie zur Bezeichnung der ersten Positionsanschlüsse 31-34 stellt der zweite Positionsanschluss 61 den „Pin 1“, der zweite Positionsanschluss 62 den „Pin 2“, der zweite Positionsanschluss 63 den „Pin 3“ und der zweite Positionsanschluss 64 den „Pin 4“ dar.
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Über die ersten und zweiten Positionsanschlüsse 31-34, 61-64 werden keine Datensignale übertragen. Ebenso werden keine Spannungspotentiale oder Massepotentiale übertragen. Die ersten Positionsanschlüsse 31-34 sowie die zweiten Positionsanschlüsse 61-64 dienen ausschließlich zur Positionskodierung der elektronischen Komponente 10. Die zur Übertragung von Datensignalen und/oder Spannungssignalen erforderlichen Anschlüsse der elektronischen Komponente 10 sowie des Kabelbaums 50 sind in den Ausführungsbeispielen der 2 bis 4 nicht explizit dargestellt.
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Die Positionskodierung erfolgt mit Hilfe einer Kabelbrücke 65, deren beide Enden beispielhaft die zweiten Positionsanschlüsse 61, 62 (Pin 1 und Pin 2) kurzschließen. Hierzu sind die jeweiligen Enden der Kabelbrücke 65, auch als Jumper bezeichnet, mit den zweiten Positionsanschlüssen 61, 62 vercrimpt.
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Mit Hilfe der Auswerteschaltung 40 kann dann eine Auswertung der Positionskodierung erfolgen, wenn eine Verbindung zwischen dem komponentenseitigen Ende des Kabelbaums 50 und der elektronischen Komponente 10 hergestellt ist, d.h. wenn eine Verbindung zwischen den zugeordneten ersten und zweiten Positionsanschlüssen 31 und 61, 32 und 62, 33 und 63 und 34 und 64 hergestellt ist.
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Die Auswerteschaltung 40 ist allgemein dazu ausgebildet, für jeden der ersten Positionsanschlüsse 31-34 zu bestimmen, ob ein erster Verbindungszustand („offen“ oder „nicht verbunden“, nachfolgend als „n.c.“ bezeichnet) oder ein zweiter elektrischer Verbindungszustand („verbunden“, nachfolgend als „contd.“ bezeichnet) vorliegt. Der Verbindungszustand eines jeden der ersten Positionsanschlüsse 31 bis 34 ist dabei davon abhängig, ob und welche der zweiten Positionsanschlüsse 61-64 des Kabelbaums über die Kabelbrücke 65 miteinander verbunden sind. Bei Nutzung einer (einzigen) Kabelbrücke 65 und vier ersten und zweiten Positionspins ergeben sich insgesamt sechs verschiedene Steckpositionen und somit ein charakteristisches Muster, welches die Positionskodierung der elektronischen Komponente ermöglicht.
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In den folgenden Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass mittels einer Kabelbrücke 65 die Verbindung von Pin 1 mit Pin 2 hergestellt ist („contd“), während Pin 3 und Pin 4 den Verbindungszustand „n.c.“ aufweisen.
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In dem in
3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteschaltung 40 als Mikrocontroller mit sog. GPIO (General Purpose Input-Output)-Anschlüssen 41-44 ausgestaltet, die der Reihe nach mit GPIO 1, GPIO 2, GPIO 3 und GPIO 4 bezeichnet sind. Diese Anschlüsse zeichnen sich dadurch aus, dass sie durch die Auswerteschaltung 40 wahlweise als Eingang oder Ausgang geschaltet werden können. Hierdurch besteht die Möglichkeit, sequentiell an die die Positionsanschlüsse Pin 1, Pin 2 oder Pin 3 ein Signal mit dem Signalwert „high“ anzulegen (in der Tabelle mit „Out H“ gekennzeichnet) und die Signalwerte der darauffolgenden Pins Pin 2, Pin 3, Pin 4 bzw. Pin 3, Pin 4 bzw. Pin 4 auszulesen (in der Tabelle mit „R H“ für einen Signalwert „high“ oder „R L“ für einen Signalwert „low“. Hieraus ergeben sich die in der nachfolgend dargestellten Tabelle gezeigten Messergebnisse „MMR“ mit den folgenden Fällen 1 bis 9, aus denen sich die Positionskodierung ergibt:
| | Pin 1 | Pin 2 | Pin 3 | Pin 4 | | MR |
| Fall 1: | Out H | R L | R L | R L | → | Pin 1 n. c. |
| Fall 2: | Out H | R H | R L | R L | → | Pin 1 - Pin 2 contd |
| Fall 3: | Out H | R L | R H | R L | → | Pin 1 - Pin 3 contd |
| Fall 4: | Out H | R L | R L | R H | → | Pin 1 - Pin 4 contd |
| Fall 5: | | Out H | R L | R L | → | Pin 2 n. c. |
| Fall 6: | | Out H | R H | R L | → | Pin 2 - Pin 3 contd |
| Fall 7: | | Out H | R L | R H | → | Pin 2 - Pin 4 contd |
| Fall 8: | | | Out H | R L | → | Pin 3 n. c. |
| Fall 9: | | | Out H | R H | → | Pin 3 - Pin 4 contd |
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In den Fällen 1 bis 4 wird an das Pin 1 ein Signal „high“ angelegt („Out H“). In jedem Fall 1 bis 4 wird dann an den Pins Pin 2, Pin 3 und Pin 4 der entsprechende Signalwert gelesen, nämlich „R L“ oder „R H“. Im Fall 1, in dem an den Pins 2, 3 und 4 ein niedriger Signalwert ausgegeben wird („R L“) hat dies zur Folge, dass keine elektrische Verbindung zwischen dem Pin 1 und einem der anderen Pins 2, 3 oder 4 besteht (MMR = „Pin 1 n.c.“). Im Fall 2 wird am Pin 2 ein hoher Signalwert „high“ („R H“) gelesen, während an den Pins 3 und 4 ein niedriger Signalwert („R L“) gelesen wird. Dies bedeutet, Pin 1 und Pin 2 sind über die Kabelbrücke 65 miteinander verbunden (MMR = „Pin 1-Pin 2 contd“). Im Fall 3 besteht eine Verbindung zwischen Pin 1 und Pin 3 (MMR = „Pin 1-Pin 3 contd“), während im Fall 4 eine Verbindung zwischen Pin 1 und Pin 4 (MMR = „Pin 1-Pin 4 contd“) besteht.
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In den Fällen 5 bis 7 wird ein Signal „high“ an Pin 2 angelegt („Out H“). In entsprechender Weise werden dann Signalwerte an den nachfolgenden Pins Pin 3 und Pin 4 ausgelesen. Je nachdem, ob eine Verbindung des Pins 2 mit einem der Pins 3 oder 4 oder auch nicht vorliegt, ergibt sich im Fall 5 das Ergebnis: Pin 2 weist keine Verbindung auf (MMR = „Pin 2 n.c.“), im Fall 6 weist Pin 2 eine Verbindung zu Pin 3 auf (MMR = „Pin 2-Pin 3 contd“) und im Fall 7 weist Pin 2 eine Verbindung zu Pin 4 auf (MMR = „Pin 2-Pin 4 contd“). In den Fällen 8 und 9 wird dieses Vorgehen analog für Pin 3 wiederholt, wobei dann der Signalwert bei Pin 4 ausgelesen wird.
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Wie aus der Tabelle ohne Weiteres ersichtlich ist, ergeben sich sechs verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten, die in Spalte „MMR“ für die Fälle 2, 3, 4, 6, 7 und 9 dargestellt sind.
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Optional besteht auch die Möglichkeit, eine zweite Kabelbrücke 65 zur Erzielung einer höheren Anzahl an Positionskodierungen zu ermöglichen.
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Jedem der unterschiedlichen Fälle kann dann eine Positionskodierung zugewiesen werden, z.B. Fall 2: vorne rechts, Fall 3: vorne links, Fall 4: hinten rechts, Fall 6: hinten links, Fall 7: rechts, Fall 9: links. Diese Interpretation kann durch die Auswerteschaltung oder eine zentrale Steuereinheit, welcher die verschiedenen Signalmuster zugeführt werden, erstellt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung zeigt 4, in der die Auswerteschaltung 40 einen AD-Wandler aufweist. Die dritten Positionsanschlüsse 41-44 stellen Anschlüsse ADC1-ADC4 des Analog-/Digital-Wandlers dar. Zudem ist ein Spannungsteiler, umfassend fünf Widerstände R mit gleichem Widerstandswert, vorgesehen. Ein Widerstand R ist jeweils zwischen den dritten Positionsanschlüssen 41 und 42, 42 und 43, 43 und 44 sowie zwischen einem Versorgungspotentialanschluss Vref und dem dritten Positionsanschluss 41 und dem dritten Positionsanschluss 44 und einem Bezugspotentialanschluss GND verschaltet.
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Abhängig davon, zwischen welchen der zweiten Positionsanschlüssen 61-64 die Kabelbrücke 65 im Komponentenseitigen Ende des Kabelbaums 50 verschaltet ist, ergibt sich ein jeweils charakteristisches Signalmuster aus Spannungswerten, welche durch den AD-Wandler an seinen Eingängen ADC1-ADC4 ermittelt werden. In der nachfolgend gezeigten Tabelle sind die sich an den Eingängen ADC1-ADC4 des AD-Wandlers einstellenden Spannungsverhältnisse in Abhängigkeit einer „Verbindung“ der Kabelbrücke 65 zwischen den zweiten Positionsanschlüssen 61-62, 61-63, 61-64, 62-63, 62-64, 63-64 oder keiner Kabelbrücke („Keine“) dargestellt:
| Verbindung | ADC1 | ADC2 | ADC3 | ADC4 |
| Keine | 0.8*Vref | 0.6*Vref | 0.4*Vref | 0.2*Vref |
| 61-62 | 0.75*Vref | 0.75*Vref | 0.5*Vref | 0.25*Vref |
| 61-63 | 0.66*Vref | 0.66*Vref | 0.66*Vref | 0.33*Vref |
| 61-64 | 0.5*Vref | 0.5*Vref | 0.5*Vref | 0.5*Vref |
| 62-63 | 0.75*Vref | 0.5*Vref | 0.5*Vref | 0.25*Vref |
| 62-64 | 0.66*Vref | 0.33*Vref | 0.33*Vref | 0.33*Vref |
| 63-64 | 0.75*Vref | 0.5*Vref | 0.25*Vref | 0.25*Vref |
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Auswerteschaltung 40 zwei Ausgänge Out 1 und Out 2 an den dritten Positionsanschlüssen 41, 43 und zwei Eingänge In 1, In 2 an den dritten Positionsanschlüssen 42, 44 umfasst. An den Ausgängen Out 1 und Out 2 können durch die Auswerteschaltung 40 definierte Spannungen angelegt werden und an den Eingängen In 1, In 2 ausgelesen werden. Abhängig davon, welche Pins durch die Kabelbrücke 65 miteinander verbunden sind, ergibt sich auch hier ein charakteristisches Muster, welches eine Positionskodierung ermöglicht.
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Die vorgeschlagene elektronische Komponente eliminiert Schweißverbinder mit Längswasserabdichtung in einem Kabelbaum des Kraftfahrzeugs zwecks Positionserkennung. Insbesondere ist eine automatische Fertigung des Kabelbaums möglich. Über die Auswertung von kabelbaumseitig vorgesehenen elektrischen Verbindungen von komponenteneigenen Pins untereinander kann eine einfache Positionserkennung ermöglicht werden. Dabei können in Abhängigkeit der Anzahl der Positionsanschlüsse und der verwendeten Anzahl an Kabelbrücken theoretisch unbegrenzt viele Positionen definiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektronische Komponente (Sensor, Aktuator, Steuergerät)
- 11-13
- externe Masseanschlüsse
- 21
- interner Masseanschluss (Primärmasse)
- 22-23
- interne Masseanschlüsse (Codiermasse)
- 30
- erster Steckverbinder
- 31-34
- erste Positionsanschlüsse
- 35-38
- Schutzschaltung
- 40
- Auswerteschaltung
- 41-44
- dritte Positionsanschlüsse
- 50
- Kabelbaum
- 51
- Masseleitung
- 54
- Ultraschallschweißverbinder
- 55
- Sammelleitung
- 60
- zweiter Steckverbinder
- 61-64
- zweite Positionsanschlüsse
- 65
- Kabelbrücke
