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Stand der
Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur drahtlosen Übertragung
von Signalen und/oder Energie von der Primärseite eines Übertragers
auf die Sekundärseite
des Übertragers,
wobei die Signale bzw. die Energie über mindestens zwei Leitungen
auf der Primärseite
in den Übertrager
eingespeist werden und Diagnosemittel zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit
von sekundärseitig
angeordneten Modulen vorgesehen sind.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
100 46 695 wird eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung eines Auslösesignals
für ein
Rückhaltesystem in
einem Kraftfahrzeug beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst einen
induktiven Übertrager.
Zur Primärseite
des Übertragers
gehört
ein als Auswerteeinheit dienender Prozessor, der an einen Fahrzeugbus
angeschlossen ist. Der Fahrzeugbus ist außerdem an einen Datenein-/ausgang
eines Steuergeräts für das Rückhaltesystem
angeschlossen. Dieses Airbag-Steuergerät ist außerdem über eine Zündleitung direkt mit dem Prozessor
verbunden. Bei Sensierung eines Aufpralls des Fahrzeugs überträgt das Airbag-Steuergerät über die
Zündleitung
einen Auslösebefehl
für das
Rückhaltesystem
an den Prozessor. Dieser interpretiert den Auslösebefehl in ein Auslösesignal
um, das dann auf der Primärseite
in den Übertrager
eingespeist wird und so zum sekundärseitig angeordneten Rückhaltesystem übertragen
wird. Dazu ist der Prozessor über
zwei Leitungen an die primärseitige
Spulenwicklung des Übertragers
angeschlossen. Mit Hilfe des Airbag-Steuergeräts kann die Funktionsfähigkeit
des gesamten Moduls überprüft werden
und insbesondere auch, ob die Signaleinspeisung auf der Primärseite des Übertragers
gestört
ist.
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Aus der Praxis ist des Weiteren bekannt,
neben Signalen auch Energie mit Hilfe eines induktiven Übertragers
zu übertragen.
Die Energie wird dazu ebenfalls über
zwei Leitungen in den Übertrager
eingespeist.
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Wie bereits erwähnt, werden derartige Vorrichtungen
beispielsweise in Kraftfahrzeugen im Rahmen von Rückhaltesystemen
eingesetzt, um Signale und Energie zwischen Lenksäule und
Lenkrad oder Chassis und Fahrzeugsitz zu übertragen.
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In der deutschen Patentanmeldung
102 317 13 wird ebenfalls eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art beschrieben, die speziell für
die Übertragung
von Signalen und Energie zwischen Chassis und Fahrzeugsitz ausgelegt
ist. Die Übertragung
erfolgt hier ebenfalls induktiv. Die primäre Seite des Übertragers
ist in Form einer Leiterschleife für die Signalübertragung
und einer Leiterschleife für
die Energieübertragung
realisiert und in der Gleitschiene für den Fahrzeugsitz angeordnet.
Die beiden Primärspulen
weisen also jeweils nur eine Wicklung auf. Die Sekundärspulen
des Übertragers
sind sitzseitig angeordnet. Mit diesem Aufbau lassen sich sowohl
eine bidirektionale Signalübertragung
zwischen Chassis und Fahrzeugsitz als auch eine Spannungsversorgung
der Module im Fahrzeugsitz realisieren, wie z.B. automatische Kindersitzerkennung,
Benutzerklassifizierung, Gurtschlossabfrage, Gurtstraffer und Airbags.
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Bedingt durch die Vibrationen beim
Betrieb des Fahrzeugs, den Ein- und Ausbau der Fahrzeugsitze oder
durch Umwelteinflüsse,
wie Verschmutzung und Korrosion, können bei diesen Anwendungen Übertragungsprobleme
zwischen der primärseitig
angeordneten Elektronik und dem Übertrager
auftreten, die beispielsweise auf Steckprobleme, ungenügende Lötverbindungen,
einen zu hohen Leitungswiderstand oder auch einen Leitungsbruch
zurückzuführen sind.
Im Extremfall ist die Signal- bzw. Energieübertragung so gestört, dass
die sekundärseitig angeordneten
Module gänzlich
ausfallen, also beispielsweise Rückhaltemittel
nicht gezündet
werden können.
Ein solcher Funktionsausfall wird in der Regel im Zuge einer automatisch
durchgeführten
Funktionsüberprüfung durch
das Airbag-Steuergerät
diagnostiziert und dem Fahrer signalisiert. Bis zur Behebung des
Fehlers müssen
die Fahrzeuginsassen allerdings auf die Funktionalität der betroffenen Module verzichten,
was insbesondere im Fall der Rückhaltemittel
fatale Folgen haben kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung wird
eine Möglichkeit
vorgeschlagen, die Funktionsfähigkeit der
sekundärseitig
angeordneten Module zu gewährleisten,
auch wenn die Signal- bzw. Energieeinspeisung primärseitig
gestört
ist.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art dazu mit mindestens einer weiteren Leitung zur Signal-
bzw. Energieeinspeisung ausgestattet. Außerdem sind Schaltmittel vorgesehen, über die
alle Leitungen zur Signal- bzw. Energieeinspeisung wahlweise mit
dem Übertrager
verbindbar sind. Diese Schaltmittel sind von den Diagnosemitteln
ansteuerbar, so dass eine Umschaltung auf mindestens zwei ungestörte Leitungen
erfolgt, wenn die Diagnosemittel eine Leitungsverbindung als gestört erkannt
haben.
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Erfindungsgemäß werden die Diagnosemittel
bzw. die Diagnosefunktion eines primärseitig angeordneten Steuergeräts also
nicht nur zum Erkennen und Signalisieren einer Funktionsbeeinträchtigung
genutzt sondern auch zum automatischen Wiederherstellen der Funktionsfähigkeit
bis zur Behebung der Fehlerursache, wenn die Funktionsbeeinträchtigung
auf eine gestörte
Leitungsverbindung zwischen Signal- bzw. Energiequelle und Übertrager zurückzuführen ist.
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Grundsätzlich gibt es verschiedene
Möglichkeiten
für die
Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
insbesondere der Schaltmittel und des Übertragers.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Schaltmittel in Form einer Matrixschaltung realisiert, die
bei entsprechender Ansteuerung von einer gestörten Leitung auf die redundante
Leitung umschaltet. Die einzelnen Schaltelemente einer solchen Matrixschaltung
können
beispielsweise durch Power-MOS-FET-Schalter gebildet sein.
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Wie bereits erwähnt, wird im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein Übertrager
eingesetzt, der eine drahtlose Übertragung
von Signalen bzw. Energie ermöglicht.
Die Art des Übertragers, d.h.
nach welchem physikalischen Prinzip der Übertrager arbeitet, wird in
erster Linie durch die Art der Anwendung bestimmt. Für den Kfz-Bereich
eignen sich besonders kapazitiv oder induktiv arbeitende Übertrager.
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In einer besonders vorteilhaften
Variante umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen induktiven Übertrager
mit mindestens zwei Leiterschleifen oder Spulenwicklungen zur Einspeisung
von Signalen oder Energie. Im Falle einer gestörten Anschlussleitung können die
Leiterschleifen bzw. Spulenwicklungen dann mit Hilfe der ansteuerbaren
Schaltmittel alternativ oder in Reihe geschaltet zur Signaleinspeisung
bzw. Energieeinspeisung genutzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der der induktive Übertrager
mindestens eine Leiterschleife oder Spulenwicklung für die Signaleinspeisung
und mindestens eine Leiterschleife oder Spulenwicklung für die Energieeinspeisung
umfasst, ist mindestens eine dritte Leiterschleife oder Spulenwicklung
vorgesehen, die mit Hilfe der ansteuerbaren Schaltmittel je nach
Bedarf zur Signaleinspeisung oder Energieeinspeisung genutzt werden
kann.
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Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt
es verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche
und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
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1 zeigt
das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung
von Signalen und Energie für
ein Rückhaltesystem
in einem Kraftfahrzeug,
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Realisierung
der Primärseite
des Übertragers
und der Schnittstellen zur Signal- und Energieeinspeisung bei einer
Vorrichtung, wie sie in 1 dargestellt
ist,
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3 zeigt
den Stromverlauf bei einer Unterbrechung der Leitungsverbindung
zwischen der Primärseite
des Übertragers
und der primärseitig
angeordneten Elektronik für
das in 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel
und
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
die insbesondere zur drahtlosen Übertragung
von Signalen und Energie zwischen dem Chassis eines Kraftfahrzeugs
und einem Fahrzeugsitz eingesetzt werden kann.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die in 1 dargestellte
Vorrichtung umfasst einen – hier
nur schematisch dargestellten – induktiven Übertrager 1,
mit dem Signale und Energie von der auf der Primärseite 13 angeordneten
Elektronik zu dem auf der Sekundärseite 7 angeordneten Rückhaltesystem 5 übertragen
werden. Die primärseitige
Elektronik umfasst eine Auswerteeinheit 8, die an einen
Fahrzeugbus 10 angeschlossen ist. Ebenfalls an den Fahrzeugbus 10 angeschlossen
ist das Airbag-Steuergerät 9.
Des Weiteren ist auf der Primärseite 13 eine
Freigabeeinheit 11 angeordnet, die über eine Zündleitung 28 mit dem
Airbag-Steuergerät 9 verbunden
ist. Die Zündleitung 28 ist
außerdem
mit einem Dateneingang der Auswerteeinheit 8 verbunden.
Die Ausgangssignale der Auswerteeinheit 8 werden über einen
Treiber 26 verstärkt
und primärseitig
in den Übertrager 1 eingespeist.
Schließlich umfasst
die Primärseite 13 noch
einen Treiber 12, der für
den Energietransfer von der Primärseite 13 auf die
Sekundärseite 7 des Übertragers 1 vorgesehen ist
und über
den außerdem
die Ausgangssignale der Freigabeeinheit 11 in den Übertrager 1 eingespeist werden.
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Quasi spiegelbildlich zur Primärseite 13 ist auf
der Sekundärseite 7 ein
Treiber 27 angeordnet, über
den die Ausgangssignale der Auswerteeinheit 8 verstärkt werden
und einer sekundärseitig
angeordneten Auswerteeinheit 2 zugeleitet werden.
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Umgekehrt können auch Signale von der sekundärseitigen
Auswerteeinheit 2 über
den Treiber 27, den Übertrager 1 und
den Treiber 26 zur primärseitigen
Auswerteeinheit 8 übertragen
werden. Ein Signalausgang der Auswerteeinheit 2 ist mit
einer Auslöseschaltung 4 für die Rückhaltemittel 5 verbunden.
Für den
Energietransfer von der Primärseite 13 auf
die Sekundärseite 7 ist
sekundärseitig
ein Treiber 6 vorgesehen, der auch die übertragenen Ausgangssignale
der Redundanzeinheit 11 verstärkt. Diese werden dann einer
Freigabeeinheit 3 zugeführt.
Die Freigabeeinheit 3 steht sowohl mit der Auswerteeinheit 2 als
auch mit der Auslöseschaltung 4 in
Verbindung.
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Bei Sensierung eines Aufpralls des
Fahrzeugs erzeugt das Airbag-Steuergerät 9 einen Auslösebefehl
für das
Rückhaltesystem 5,
der dann über die
Zündleitung 28 einerseits
an die Auswerteeinheit 8 und andererseits an die Redundanzeinheit 11 übertragen
wird. Die Auswerteeinheit 8 interpretiert den Auslösebefehl
in ein Auslösesignal
um, das über
den Treiber 26 und den Übertrager 1 auf
die Sekundärseite 7 übertragen
wird und dort über
den Treiber 27 der Auswerteeinheit 2 zugeleitet
wird. Die Redundanzeinheit 11 formt aus dem Auslösebefehl
mindestens ein Redundanzsignal, das über den Treiber 12 und den Übertrager 1 auf
die Sekundärseite 7 übertragen wird
und dort über
den Treiber 6 der Freigabeeinheit 3 zugeleitet
wird.
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Wenn die sekundärseitig angeordnete Freigabeeinheit 3 ein
Redundanzsignal empfangen und erkannt hat, wird ein entsprechendes
Freigabesignal an die Auslöseschaltung 4 übertragen.
Wenn die Auswerteeinheit 2 ein Auslösesignal empfangen hat, wird
ein Aktivierungssignal an die Auslöseschaltung 4 übertragen.
Diese wird aber nur dann aktiviert, wenn sie ein entsprechendes
Freigabesignal von der Freigabeeinheit 3 empfangen hat.
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Wie bereits erwähnt, zeigen die 2 und 3 die primärseitige Schnittstelle zwischen
dem Übertrager 1 und
den Komponenten der Primärseite 13,
die in der Regel in einem Gehäuse
angeordnet sind. Der Übertrager 1 umfasst
primärseitig
zwei Spulenwicklungen 31 und 32 für die Informationsübertragung, insbesondere
die Übertragung
der Auslösesignale, und
zwei Spulenwicklungen 33 und 34 für den Energietransfer
und die Übertragung
von Redundanzsignalen. Mit Hilfe einer Matrixschaltung 40 kann
der Treiber 26 entweder an die Spulenwicklung 31 – über Leitungen 41 und 42 – angeschlossen
werden oder an die Spulenwicklung 32 – über Leitungen 42 und 43 – oder an
die in Reihe geschalteten Spulenwicklungen 31 und 32 – über die
Leitungen 41 und 43. Entsprechend kann der Treiber 12 mit
Hilfe einer Matrixschaltung 50 entweder an die Spulenwicklung 33 – über Leitungen 51 und 52 – angeschlossen
werden oder an die Spulenwicklung 34 – über Leitungen 52 und 53 – oder an
die in Reihe geschalteten Spulenwicklungen 33 und 34 – über die
Leitungen 51 und 53. Die beiden Matrixschaltungen 40 und 50 sind über das
Airbag-Steuergerät 9 ansteuerbar,
was hier nicht näher
dargestellt ist.
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Das Airbag-Steuergerät 9 verfügt über eine Reihe
von Diagnosefunktionen, mit denen die Funktionsfähigkeit des Rückhaltesystems 5 regelmäßig überprüft wird.
Dabei werden auch Störungen
der Leitungsverbindungen 41, 42, 43 und 51, 52, 53 erkannt,
wie z.B. eine Leitungsunterbrechung. Dieser Fall ist in 3 dargestellt. Hier sind
die Leitungen 41 und 52 unterbrochen. Das Airbag-Steuergerät 9 sorgt
zum einen dafür,
dass dieser Defekt beispielsweise optisch signalisiert wird, so
dass der Fahrer eine Reparatur veranlassen kann. Zum anderen bewirkt
das Airbag-Steuergerät 9 ein
Umschalten der Matrixschalter 40 und 50, so dass
die Signaleinspeisung und die Energieeinspeisung in den Übertrager über funktionierende
Leitungsverbindungen erfolgt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Treiber 26 zunächst über die
Leitungen 41 und 42 an die erste Spulenwicklung 31 zur
Informationsübertragung
angeschlossen, was in 2 dargestellt
ist. Nach Auftreten einer Unterbrechung der Leitung 41 wird
die Matrixschaltung 40 automatisch umgeschaltet, so dass
der Treiber 26 nun über
die Leitungen 42 und 43 an die zweite Spulenwicklung 32 zur
Informationsübertragung
angeschlossen ist. Diese Situation ist in 3 dargestellt. Der Treiber 12 ist
zunächst über die
Leitungen 52 und 53 an die zweite Spulenwicklung 34 zur
Energieübertragung
angeschlossen (2). Nach
Auftreten einer Unterbrechung der Leitung 52 wird die Matrixschaltung 50 automatisch
umgeschaltet, so dass der Treiber 12 nun über die
Leitungen 51 und 53 an die beiden in Reihe geschalteten
Spulenwicklungen 33 und 34 zur Energieübertragung
angeschlossen ist (3).
Damit ist die Auslösefunktion
für das
Rückhaltesystem
auch bei Vorliegen eines Leitungsbruchs gewährleistet.
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4 zeigt
das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung
von Signalen und Energie von einer am Fahrzeugrahmen montierten
Elektronik 60 zu einem Rückhaltesystem 70,
das in einem Fahrzeugsitz angeordnet ist. Die Elektronik 60 ist
genauso konzipiert wie die primärseitige
Elektronik des voranstehend, in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterten
Ausführungsbeispiels
und hat auch dieselben Funktionen. Dementsprechend wird das Rückhaltesystem 70 genauso
aktiviert und ausgelöst
wie voranstehend beschrieben. Insbesondere werden primärseitig
die Auslösesignale über einen
Treiber 61 in einen induktiven Übertrager 100 eingespeist,
während
Energie und Redundanzsignale über
einen Treiber 62 eingespeist werden. Die Auslösesignale
werden sekundärseitig über einen
Treiber 71 und die Energie sowie die Redundanzsignale über einen
Treiber 72 zum Rückhaltesystem 70 übertragen.
Die Primärseite
des Übertragers 100 wird
hier durch drei Leiterschleifen 101, 102 und 103 gebildet.
Die Leiterschleifen 101, 102 und 103 können über eine
Matrixschaltung 80 wahlweise an den Treiber 61 oder 62 angeschlossen werden
und so wahlweise zur Informationsübertragung oder zum Energietransfer
genutzt werden. Die Matrixschaltung 80 wird – genauso
wie im voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel – vom Airbag-Steuergerät angesteuert,
wenn eine Leitungsstörung
detektiert worden ist, und schaltet in diesem Fall auf die dritte
intakte Leiterschleife um. Bei einer defekten Leitung kann mit Hilfe
der dritten Leiterschleife ein einwandfreies Arbeiten des Systems
gewährleistet
werden, bis der Fehler behoben worden ist.