DE10334061B4

DE10334061B4 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Diagnose einer Antennenschaltung

Info

Publication number: DE10334061B4
Application number: DE10334061A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Förstl; Scott Lake Orion Lucy; Michael Probst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: DE10334061B8; DE10334061A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Antennenschaltung (1), insbesondere für ein Zugangskontrollsystem in Kraftfahrzeugen,
wobei die Antennenschaltung (1) zumindest eine induktive Antenne (2) zum Senden und/oder Empfangen aufweist, die in einem Normalbetrieb über zumindest eine Zuleitung (3, 4) von einer Wechselsignalquelle mit einem Wechselsignal versorgbar ist,
mit einer ersten Diagnoseschaltung (20) zur statischen Diagnose der Antennen (2) und Zuleitungen (3, 4), welche mit einer Gleichsignalquelle (VCC, GND) verbunden ist, die ein Diagnose-Gleichsignal bereitstellt, das in einem Diagnosebetrieb den Zuleitungen (3, 4) sowie den Antennen (2) zugeführt wird, und welche zumindest ein Diagnoseausgang (35, 36) aufweist, über welches jeweils ein Diagnosesignal (37, 38) abgreifbar ist,
wobei zumindest eine in jeweils einer Zuleitung (3, 4) angeordnete Schaltereinrichtung (21, 22) vorgesehen ist, welche im Normalbetrieb das Wechselsignal der Wechselsignalquelle auf die Antennen (2) schaltet und welche im Diagnosebetrieb das Diagnosegleichsignal auf die Antennen (2) sowie die Zuleitungen (3, 4) schaltet,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Antennenschaltung, insbesondere für ein Zugangskontrollsystem in Kraftfahrzeugen, sowie ein Verfahren zur Diagnose der Antennenschaltung.
Moderne Zugangskontrollsysteme für Kraftfahrzeuge arbeiten mit einer so genannten passiven Zugangsberechtigung ("Passive Access"), bei der die Zugangsberechtigung kontaktlos überprüft wird. Bei der passiven Zugangskontrolle wird, wenn sich ein Benutzer seinem Fahrzeug nähert und einsteigen möchte, beispielsweise durch Betätigen des Türgriffes ein Frage-Antwort-Dialog ausgelöst. Dabei wird ein Anfragesignal von einer Antennenvorrichtung im Fahrzeug zu einem von dem Benutzer getragen Transponder (ID-Geber) gesendet. Dieser sendet für den Fall, dass er das Fragesignal empfängt, ein verschlüsseltes Antwortsignal. Im Kraftfahrzeug wird dieses Antwortsignal über eine Antenne aufgenommen und mit einem erwarteten Sollsignal verglichen. Falls Antwortsignal und Sollsignal übereinstimmen (erfolgreiche Authentifikation), werden die Türen entriegelt.
Ein passives Zugangskontrollsystem weist fahrzeugseitig ein elektronisches Steuergerät sowie im Fahrzeug verteilte induktive Antennen auf. Über diese induktiven Antennen, können Daten induktiv unter Zuhilfenahme einer Trägerfrequenz an den jeweiligen ID-Geber gesendet werden. Das Steuergerät ist mit den Antennen über zumindest eine Verbindungsleitung, im Regelfall über zwei Verbindungsleitungen, verbunden. Für die Ansteuerung dieser induktiven Antennen weist das Steuergerät typischerweise ein Hochsetzsteller auf, wobei die Sekundärwicklung des Transformators des Hochsetzstellers mit den induktiven Antennen verbunden ist. Sowohl die Antennen als auch die Zuleitungen zu diesen Antennen können aber fehlerbehaftet sein, mit der Folge, dass das passive Zugangsberechtigungssystem in seiner Funktionsweise eingeschränkt ist bzw. im Extremfall sogar nicht mehr funktionsfähig ist.
Aus diesem Grund weisen Zugangsberechtigungssysteme eine Diagnoseeinrichtung auf, die es ermöglichen, die Antennen inklusive deren Zuleitungen im Servicefall diagnostizierbar zu machen. Grundsätzlich sind bei der Antennendiagnose folgende Zustände zu unterscheiden:

– Antenne und Zuleitungen funktionsfähig;
– Kurzschluss der Antenne oder der Zuleitungen gegen ein Versorgungspotenzial;
– Kurzschluss der Antennenwicklung;
– nicht gesteckte Antenne

Die Diagnose des Zustandes bzw. der Funktionsfähigkeit der externen Antennen erfolgt derzeit ausschließlich dynamisch unter Verwendung eines frequenzmodulierten Trägersignals. Dabei erfolgt die Diagnose durch Messung des an den Sekundärwicklungen des Transformators fließenden Stroms. Der gemessene Strom lässt Rückschlüsse zu, ob die Antenne inklusive der Zuleitungen funktionsfähig ist oder ob ein Kurzschluss oder Leerlauf (open end) an der Antenne vorliegt. Allerdings ist diese Art der Diagnose sehr unzuverlässig, da sie resistive Anteile in den Zuleitungen und Antennen unberücksichtigt lässt.
Ein mit dieser Form der dynamischen Diagnose einhergehendes Problem besteht ferner darin, dass mit zunehmender Länge der Zuleitungen auch die Kapazität sowie die Induktivität der Zuleitungen steigt, wodurch deren elektrische Eigenschaften nicht mehr vernachlässigt werden können. Neben dieser Eigenkapazität und der Eigeninduktivität ist auch noch ein kapazitiver Anteil zu berücksichtigen, der sich aus der Art der Verlegung der Zuleitungen im Kraftfahrzeug, beispielsweise der Einfluss der Fahrzeugkarosserie auf diese Zuleitungen, ergibt. Es ergibt sich dadurch ein Phasenunterschied zwischen dem Strom und der Spannung an den Antennen. Da nun aber die Impedanzen dieser induktiven und kapazitiven Anteile schwer messbar sind bzw. nicht bekannt sind, kann auch nicht auf die Größe dieses Phasenunterschieds geschlossen werden, so dass die Phasenlage zwischen Stromvektor und Spannungsvektor an der Antenne undefiniert ist. Dies macht aber die Diagnose zusätzlich schwierig.
Durch diesen Phasenunterschied ändert sich auch der Betrag des Stromes. Beträgt beispielsweise die kapazitive Leitungsimpedanz genau die Hälfte der induktiven Antennenimpedanz, so ist der Betrag des Stromes mit und ohne angeschlossener Antenne zwar der gleiche, jedoch ist er um 180 Grad phasenverschoben. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die Diagnoseeinrichtung Strom- und Spannungswerte diagnostiziert, die eine eindeutige Fehlerzuweisung über unterschiedliche Fahrzeugplattformen hinweg nicht zulässt.
Die DE 196 27 349 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Prüfen von Fahrzeugantennen, bei der zum Überwachen des Vorhandenseins und der Funktionsbereitschaft der Fahrzeugantennen diese über die Antennenzuleitungen mit einem Prüfstrom beaufschlagt werden, dessen Frequenz signifikant verschieden ist zu der Frequenz der bei der Informationsübertragung in den Fahrzeugantennen fließenden Signalströme. Insbesondere ist vorgesehen, hierzu einen Gleichstrom zu verwenden. Dabei wird das Gleichstromsignal zusammen mit dem Wechselstromsignal überlagert und den Antennen zugeführt. Um eine Diagnose vornehmen zu können, muss der Wechselstromanteil in einer eigens dafür vorgesehenen Vorrichtung ausgeblendet werden. Gleichermaßen muss im Normalbetrieb der für die Diagnose verwendete Prüfstrom ausgeblendet werden.
Die DE 199 23 729 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Überprüfen der Funktionsbereitschaft mindestens einer Anten ne. Diese Antennen sind zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzsignalen ausgeprägt. Die Antennen sind dabei mit einem Ende offen, dass heißt es handelt sich hier um Dipolantennen, also nicht um induktive Antennen. Zur Diagnose der Zuleitungen und Antennen wird dem Wechselsignal ein Prüfstrom überlagert, wobei an jeder Antenne zum Rückführen des separaten Prüfstromes ein mit einer Impedanz ausgestatteter Nebenpfad parallel geschaltet ist. Dies ist erforderlich, da die Dipolantenne keinen geschlossenen Kreis, wie eine induktive Antenne, aufweist und daher zur Auswertung des Prüfstromes eine entsprechende zusätzliche Diagnoseschaltung bereitgestellt werden muss.
Die DE 100 59 179 C1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Verbinden einer Antennenanordnung eines Zugangskontrollsystems mit einer Spannungsquelle. Ferner sind dort Doppelrelais beschrieben, an denen beliebig viele Antennenpaare angeschlossen werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren bereitzustellen, die eine bessere, insbesondere zuverlässigere Diagnose ermöglichen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine genauere Aufschlüsselung der Fehlerarten zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser Aufgaben durch eine Schaltungsanordndung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, neben der dynamischen Diagnose zusätzlich auch eine statische Diagnose einer induktiven Antenne sowie deren Zuleitungen vorzunehmen. Bei der dynamischen Diagnose erfolgt die Auswertung unter Verwendung eines sinusförmigen Trägersignals. Mittels dieses sinusförmigen Wechselspannungssignal ist eine Auswertung der induktiven sowie kapazitiven Elemente möglich. Resistive Elemente sowie Kurzschlüsse und Leerläufe lassen sich damit allerdings nicht feststellen. Zu diesem Zwecke wird ergänzend zu der dynamischen Diagnose eine statische Diagnose vorgenommen, bei der somit ein Gleichspannungssignal für die Auswertung verwendet wird.
Bei dieser statischen Diagnose ist in Serie zu jeder induktiven Antenne ein Vorwiderstand mit definiertem, d. h. bekanntem Widerstandswert angeordnet. Der Vorwiderstand ermöglicht bei parallel geschalteten Antennen eine gezielte Unterscheidung einer fehlerhaften bzw. einer defekten Antenne im Falle eines Leerlaufes (open load), das heißt für den Fall, dass eine Antennenwicklung keine durchgehende elektrische Verbindung mehr aufweist. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, dass der unerwünschte Einfluss der Eigenkapazität und Eigeninduktivität der Zuleitung durch diese statische Diagnose weitestgehend eliminiert werden kann. Aufgrund der Wechselspannungseigenschaften ist der Einfluss der Antennenvorwiderstände auf den Betrag der über den Antennen abfallenden Spannung im Falle der dynamischen Diagnose minimal und kann daher vernachlässigt werden.
Typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, wird die statische Diagnose vorgenommen, bevor die dynamische Diagnose erfolgt.
Durch einen Diagnoseabgriff, der zwischen einem Versorgungspotenzial und der induktiven Antenne angeordnet ist, können verschiedene Zustände dieser Antenne bzw. der Zuleitungen bestimmt werden. Beispielsweise kann dadurch bestimmt werden, ob die Antenne voll funktionsfähig ist oder einen Leerlauf aufweist bzw. auch ob die Zuleitungen mit einem der Versor gungspotenziale kurzgeschlossen sind. Für die Diagnose kann wahlweise ein Versorgungspotenzial zugeschaltet sein. Aus dem gemessenen Signal und der Kenntnis darüber, welches Versorgungspotenzial gerade durchgeschaltet wurde, kann auf den jeweiligen Fehlertyp geschlossen werden.
Ein Kurzschluss in der Antenne bzw. den Zuleitungen kann mit der statischen Diagnose aber nicht erkannt werden. Um diesen Fehlerfall dennoch abzudecken, wird eine Wechselstrommessung unter Verwendung eines sinusförmigen Trägersignals durchgeführt. Die Messung des Stroms erfolgt vorteilhafterweise, jedoch nicht notwendigerweise, an der Primärwicklung des Transformators. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Stromänderungen auf der Sekundärseite des Transformators mit dem Wicklungsverhältnis der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung übersetzt werden. Die Schaltung für die dynamische Diagnose ist vorteilhafterweise galvanisch von dem Sendeempfangskreis getrennt.
Erfindungsgemäß ist ferner eine weitere Schaltung vorgesehen, welche eine Bestimmung der Phasenlage zwischen der über der Antenne abfallenden Spannung sowie des durch die Antenne fließenden Strom ermöglicht. Die Messung der Phase erfolgt typischerweise am Ende des zu übertragenden Datentelegramms zwischen Antenne und ID-Geber bzw. zu einem definiertem Zeitpunkt während der Datenübertragung im eingeschwungenen Zustand von Spannung und Strom.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 eine Schaltungsanordnung mit einem fahrzeugseitigen Zugangberechtigungssystem mit erfindungsgemäßer Diagnoseeinrichtung;
2 einen Ausschnitt der Diagnoseeinrichtung für die statische Diagnose der induktiven Antennen;
3 ein Blockschaltbild der Diagnoseeinrichtung zur Bestimmung der Phasenverschiebung;
4 ein Signal-Zeit-Diagramm zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung.
In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Signale – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
1 zeigt eine mit Bezugszeichen 1 bezeichnete Schaltungsanordnung mit erfindungsgemäßer Diagnoseeinrichtung für ein Zugangsberechtigungssystems im Kraftfahrzeug. Die Schaltungsanordnung 1 enthält ein induktives Antennenelement 2, das mindestens eine induktive Antenne aufweist, welches über Zuleitungen 3, 4 mit einem nicht dargestellten Steuergerät verbunden ist. Das Antennenelement 2 dient der Datenkommunikation mit einem in 1 ebenfalls nicht dargestellten Transponder, wobei diese induktiven Antennen sowohl zum Senden als auch zum Empfangen codierter Daten ausgelegt sein können. Die Steuerung der Datenkommunikation erfolgt über das Steuergerät.
Das Steuergerät enthält einen Transformator 6, welcher Bestandteil eines Hochsetzstellers ist. Im vorliegenden Fall weist der Transformator 6 jeweils zwei primärseitige und zwei sekundärseitige Wicklungen 7, 8 auf. Die primärseitigen Wicklungen 7 des Transformators 6 sind mit der Quelle verbunden. Als Quelle kann beispielsweise in an sich bekannter Weise ein Sinusgenerator vorgesehen sein, der einen Leistungstransistor, welcher von der Batteriespannung versorgt wird, sinusförmig ansteuert. Der Sinusgenerator erzeugt zwei gegenphasige Sinussignale, die an den primärseitigen Wicklungen 7 des Transformators 6 zusammengeführt werden. Die Quelle ist so ausgelegt, dass sie beispielsweise Trägersignale mit einer Frequenz von 125 KHz (LF-Frequenz) bereitstellt. Diese Trägersignale werden über den Transformator 6 auf die Sekundärwicklungen 8 übertragen.
Bei Ansteuerung des Antennenelements 2 mit dem Trägersignal sendet dieses entsprechend der Codierung des Trägersignals elektromagnetische Wellen aus, die von dem Transponder aufgenommen und decodiert werden können.
Die erfindungsgemäße Schaltung 1 in 1 weist ferner eine Diagnoseeinrichtung auf. Die Diagnoseeinrichtung ist dazu ausgelegt, sowohl eine statische Diagnose als auch eine dynamische Diagnose der Zuleitungen 3, 4 und der induktiven Antennen 2 vorzunehmen. Unter einer statischen Diagnose wird nachfolgend eine Messung unter Zuhilfenahme eines Gleichspannungssignals verstanden, wohingegen bei der dynamischen Diagnose ein Wechselspannungssignal (Sinussignal) für die Messung verwendet wird.
Die Diagnoseeinrichtung weist einen ersten Schaltungsteil 10 auf. Über den ersten Schaltungsteil 10 ist eine Spitzenweggleichrichtung des primärseitigen Transformatorstroms möglich. Die nicht mit der Quelle verbundenen primärseitigen Wicklungen 7 sind über Shuntwiderstände 11 mit einem Bezugspotenzial GND verbunden. An den Shuntwiderständen 11 erfolgt somit eine Strommessung des primärseitigen Transformatorstroms. Dieser Strom wird an jeweils einem Abgriff 12 zwischen Primärwicklungen 7 und Shuntwiderständen 11 abgegriffen. Die so abgegriffenen Stromsignale 13 werden über gleichrichtende Elemente 14, beispielsweise Gleichrichterdioden 14, gleichgerichtet. Die so gleichgerichteten Stromsignale werden summiert und einem Tiefpass bestehend aus einem Widerstand 15 und einem kapazitiven Element 16 zugeführt. Das Spitzenweg gleichgerichtete und tiefpassgefilterte Signal 18 ist an einem Ausgang 17 des ersten Schaltungsteils 10 abgreifbar. Zur Auswertung wird dieses Signal 18 einer (nicht dargestellten) Auswerteschaltung zugeführt. Dazu kann das analoge Signal 18 zunächst einem AD-Wandler zugeführt werden, der daraus ein digitalisiertes Signal erzeugt. In bekannter Weise kann anschließend ein Zähler vorgesehen sein, der den Wert dieses digitalisierten Signals ermittelt. Damit lässt sich die Spitzenwert-Amplitude des primärseitigen Stromsignals ermitteln.
Jeweils ein Anschluss der sekundärseitigen Wicklung 8 ist mit einer Zuleitung 3, 4 verbunden, die anderen Anschlüsse sind kurzgeschlossen. Die Zuleitungen 3, 4 zwischen den induktiven Antennen 2 und dem Steuergerät sind vorzugsweise verdrillt ausgebildet, um dadurch einen Einfluss ggf. extern eingekoppelter Signale auf diese Zuleitungen 3, 4 zu eliminieren bzw. weitestgehend zu minimieren.
Die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung weist einen zweiten Schaltungsteil 20 auf. Der zweite Schaltungsteil 20 dient der statischen Diagnose. Die Schaltungsanordnung 1 weist einen ersten Betriebsmodus (Normalbetrieb) auf, in dem unter Verwendung von Steuergerät 5, Zuleitungen 3, 4 und Antennenelement 2 eine Datenkommunikation mit einem Transponder stattfinden kann. Ferner ist ein zweiter, so genannter Diagnosebetrieb vorgesehen. Im Diagnosebetrieb werden die Zuleitungen 3, 4 sowie das Antennenelement 2 auf ihren Zustand hin untersucht.
Damit die Schaltungsanordnung 1 in beiden Betriebsmodi betrieben werden kann, ist eine Schalteinrichtung 21, 22 vorgesehen, welche im Normalbetrieb die Zuleitungen 3, 4 und das Antennenelement 2 mit dem Transformator 6 bzw. dem Steuergerät 5 verbindet. Im Diagnosebetrieb wird mittels der Schalteinrichtung 21, 22 die Verbindung zu dem Steuergerät 5 bzw. dem Transformator 6 unterbrochen und der zweite Schaltungsteil 20 wird den Zuleitungen 3, 4 und dem Antennenelement 2 zugeschaltet.
Diese Schalteinrichtungen 21, 22 können als steuerbare Leistungsschalter, zum Beispiel als MOSFETs oder IGBTs, ausgebildet sein. Wesentlich für die Wahl dieses steuerbaren Schalters ist, dass er eine sekundärseitige Spannung im Bereich von einigen hundert Volt schalten kann. In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung sind diese steuerbaren Schalter 21, 22 allerdings durch so genannte Doppelkontaktrelais, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 100 59 179 C1 beschrieben sind, ausgebildet. Die DE 100 59 179 C1 wird hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise solcher Doppelkontaktrelais vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung mit einbezogen.
Der Aufbau und die Funktionsweise des zweiten Schaltungsteils zur Vornahme einer statischen Diagnose wird nachfolgend anhand der Schaltungsanordnung in 2 näher beschrieben, welche einen Ausschnitt der Schaltung aus 1 im Detail zeigt.
Das zwischen den Zuleitungen 3, 4 angeordnete Antennenelement 2 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus der Parallelschaltung zweier Impedanzen. Jede Impedanz enthält ein induktives Element 23, 24 sowie jeweils einen in Reihe dazu geschalteten Vorwiderstand 25, 26. Die Vorwiderstände 25, 26 weisen einen definierten, genau bekannten Widerstandswert RV1, RV2 auf. Wenngleich in 2 das Antennenelement 2 aus der Parallelschaltung zweier Impedanzen mit induktiven Anteil besteht, versteht es sich, dass ein solches Antennenelement 2 lediglich auch ein einziges induktives Element oder auch mehr als zwei induktive Elemente aufweisen kann. Diese induktiven Elemente fungieren als Sende- bzw. Empfangsantennen.
Der zweite Schaltungsteil 20 der Diagnoseeinrichtung weist ferner einen Diagnosekreis auf. Dieser Diagnosekreis ist zwischen einem ersten Versorgungsanschluss 27 und einem zweiten Versorgungsanschluss 28 angeordnet. Der erste Versorgungsanschluss 27 weist ein erstes Versorgungspotenzial VCC, im vor liegenden Ausführungsbeispiel ein positives Batteriepotenzial VCC, auf, während der zweite Versorgungsanschluss 28 ein zweites Versorgungspotenzial GND, vorliegend das Potenzial der Bezugsmasse GND, aufweist. Der Diagnosekreis 20 weist einen Widerstand 29, das Antennenelement 2 und einen weiteren Widerstand 30 auf, die in Reihe zueinander angeordnet sind. Die Widerstände 29, 30 weisen ebenfalls einen definierten, genau bekannten Widerstandswert R auf.
Im Diagnosekreis 20 ist ferner ein erster steuerbarer Schalter 31 und ein zweiter steuerbarer Schalter 32 vorgesehen. Der erste steuerbare Schalter 31 ist mit seiner gesteuerten Strecke zwischen dem Versorgungsanschluss 27 und dem Widerstand 29 angeordnet. Der erste steuerbare Schalter 31 ist somit als High-Side-Schalter ausgebildet. Über den Steueranschluss 33 ist der erste steuerbare Schalter 31 steuerbar, so dass je nach Ansteuerung die Zuleitung 3 mit dem ersten Versorgungspotenzial VCC beaufschlagbar ist oder nicht. Der zweite steuerbare Schalter 32 ist mit seiner gesteuerten Strecke zwischen dem zweiten Widerstand 30 und dem zweiten Versorgungsanschluss 28 angeordnet. Der zweite steuerbare Schalter 32 ist somit als Low-Side-Schalter ausgebildet und lässt sich über seinen Steueranschluss 34 steuern. Je nach Ansteuerung ist somit die Zuleitung 4 mit dem zweiten Versorgungspotenzial GND beaufschlagbar.
Als steuerbare Schalter 31, 32 sind in 1 und 2 Bipolartransistoren vorgesehen. Jedoch kann hier auch ein MOSFET, JFET oder dergleichen verwendet werden.
Zwischen dem Antennenelement 2 und dem ersten Widerstand 29 ist ein Abgriff vorgesehen, der mit einem Diagnoseanschluss 35 verbunden ist. Zwischen dem Antennenelement 2 und dem zweiten Widerstand 30 ist ein weiterer Abgriff vorgesehen, der mit einem weiteren Diagnoseanschluss 36 verbunden ist. Über die Diagnoseanschlüsse 35, 36 lassen sich somit nach Maßgabe der Ansteuerung der steuerbaren Schalter 31, 32 Messsig nale 37, 38 abgreifen, die Aufschluss über den Zustand der Zuleitungen 3, 4 sowie der Antennen 2, 23, 24 geben.

Nachfolgend sei die Funktionsweise des zweiten Schaltungsteils 20 der Diagnoseeinrichtung anhand der Tabellen 1 und 2 näher erläutert.

Schalter 31	Schalter 32	Diagnoseausgang 35	Antennenzustand
geschlossen	geschlossen	a·VCC	Anntennen funktionsfähig
geschlossen	geöffnet	GND = OV	GND-Kurzschluss auf Zuleitung 3 oder 4
geöffnet	geöffnet	VCC = 5 V	VCC-Kurzschluss auf Zuleitung 3 oder 4
geschlossen	geschlossen	VCC = 5 V	Leerlauf

Tabelle 1
Die zweite Zeile in Tabelle 1 zeigt den Fall, dass das Antennenelement 2 funktionsfähig ist. In diesem Falle ergibt sich bei geschlossenem ersten und zweiten Schalter 31, 32 am Diagnoseausgang 35 ein Messsignal a·Vcc. a ist kleiner als 1. Ist der erste Schalter 31 geschlossen und der zweite Schalter 32 geöffnet und beträgt das Messsignal 37 am Diagnoseausgang 35 etwa 0 Volt, dann kann auf einen Kurzschluss der Zuleitungen 3, 4 gegen das zweite Versorgungspotenzial GND geschlossen werden. Umgekehrt kann bei sowohl geschlossenem ersten und zweiten Schalter 31, 32 und einem Messsignal 37, welches dem ersten Versorgungspotenzial VCC entspricht, auf einen Kurzschluss der Zuleitungen 3, 4 mit dem ersten Versorgungspotenzials VCC geschlossen werden. Für den Fall, dass beide Schalter 3, 4 durchgeschaltet sind, am Diagnoseausgang 35 aber ein positives Versorgungspotenzial VCC anliegt, liegt ein Leerlauf (open load) des Antennenelementes 2 vor.
Eine detaillierte Unterscheidung der Fehlerarten zwischen Zuleitung 3 und Zuleitung 4 (siehe Zeile 3 und 4) ist möglich, wenn die entsprechenden Messsignale auch am Diagnoseausgang 36 abgegriffen werden.
Allerdings ist es dadurch noch nicht möglich, einen Fehler einer speziellen Antenne 23, 24 zuzuordnen. Es kann hier lediglich darauf geschlossen werden, dass eine oder beide der Antennen 23, 24 fehlerbehaftet bzw. defekt sind. Welche dieser Antennen 23, 24 nun tatsächlich defekt ist, kann mittels der Schaltungsanordnung 20 in 2 erfindungsgemäß ebenfalls ermittelt werden. Dafür ist allerdings eine genaue Kenntnis der Widerstandswerte R, RV1, RV2 erforderlich. Dabei wird ausgenutzt, dass durch geeignete Rufsteuerung der steuerbaren Schalter 31, 32 sich eine individuelle Impedanz ergibt, die aber augrund der definierten Widerstandswerte bekannt ist. Daraus kann auf den jeweiligen Fehler geschlossen werden. Dies sei nachfolgend anhand eines Rechenbeispiels in Tabelle 2 beschrieben.

Im Beispiel in Tabelle 2 bzw. 2 beträgt das erste Versorgungspotenzial VCC = 5 V und das zweite Versorgungspotenzial GND = 0 V. Die Widerstände 25, 26, 29, 30 weisen hier die folgenden Widerstandswerte auf: R = 75 Ohm, RV1 = 100 Ohm, RV2 = 50 Ohm.

Fehler	Gemessener Diagnosewert am Diagnoseausgang 35
Antenne 23 und 24 funktionsfähig	VCC·[R + RV2/RV1]/[2R + RV2/RV1] = 2,95V
Antenne 24 offen	VCC·(RV2 + R)/(RV2 + 2R) = 3,12V
Antenne 23 offen	VCC·(RV1 + R)/(RV1 + 2R) = 3,5V
Antenne 23 und Antenne 24 offen	VCC = 5V

Tabelle 2
Beträgt das Messpotenzial 37 am Diagnoseausgang 35 mit 2,95V, dann sind beide induktiven Antennen 23, 24 funktionsfähig.
Beträgt das Messpotenzial 3,12V, dann ist die Antenne 24 defekt (open load). Beträgt das Messpotenzial 3,5V, dann ist die Antenne 23 defekt. Sofern am Diagnoseausgang 35 das zweite Versorgungspotenzial VCC anliegt, dann sind beide Antennen 23, 24 defekt.
Mittels der Schaltung 20 der Diagnoseeinrichtung lassen sich somit defekte Antennen 23, 24 sowie Kurzschlüsse in den Versorgungsleitungen 21, 22 ermitteln.
Prinzipiell sind die Werte für R, RV1 und RV2 aber so zu wählen, dass ein großer Spannungsbereich am Diagnoseausgang 35 ausgenutzt wird und dadurch eine hohe Auflösungsgenauigkeit erzielbar ist.
Ein Kurzschluss in den Antennen 23, 24, beispielsweise ein Wicklungskurzschluss, sowie ein Kurzschluss in deren Zuleitungen 3, 4 kann allerdings mit der statischen Diagnose unter Verwendung der Schaltung 20 nicht erkannt werden. Um diesen Fehlerfall dennoch abzudecken, wird eine dynamische Diagnose mittels des ersten Schaltungsteils 10 unter Verwendung eines Wechselstromsignals durchgeführt. Die Messung des Stromes erfolgt dabei an der primärseitigen Wicklung 7 des Transformators 6 (siehe 1).
3 zeigt eine Diagnoseeinrichtung zur Ermittlung des Phasenunterschieds zwischen dem durch das Antennenelement 2 fließenden Strom und der über ein Antennenelement 2 abfallenden Spannung. 4 zeigt anhand zweier Signal-Zeit-Diagramme die Gewinnung des Phasenunterschieds β zwischen Spannung U und Strom I.
Zur Bestimmung der Phasenlage weist die Diagnoseeinrichtung einen dritten Schaltungsteil 40 auf. Der dritte Schaltungsteil 40 ist vorteilhafterweise Bestandteil der Schaltungsanordnung 1 in 1. Der besseren Übersicht halber wurde der dritte Schaltungsteil dort aber nicht dargestellt. Der dritte Schaltungsteil 40 soll dabei eine Phasenunterschied β des durch das Antennenelement 2 fließenden Stroms 41 gegenüber der darüber abfallenden Spannung 42 ermitteln, wobei für den Strom I(t) gilt: I(t) = I'·sin(w ± β).
Dabei ist mit I(t) der durch das Antennenelement 2 fließende Strom 41 bezeichnet und mit I' der Spitzenwert dieses Stromes. w ist ein Maß für die Frequenz. β = w·t bezeichnet den Phasenunterschied und t die Zeit.
Der zweite Schaltungsteil 40 weist einen Shunt-Widerstand 43 auf. Der Shunt-Widerstand 43 ist zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklungen 8, die im Beispiel in 1 kurzgeschlossen sind, geschaltet. Der Shunt-Widerstand 43 greift eine Spannung 44 an den sekundärseitigen Wicklungen 8 des Transformators 6 ab. Diese abgegriffene Spannung 44 ist ein Maß für den Strom 41 durch das Antennenelement 2. Dem Shunt-Widerstand 43 ist ein Operationsverstärker 45 nachgeschalteten, dessen differentiellen Eingängen die Ströme der beiden sekundärseitigen Wicklungen 8 zugeführt werden. In Abhängigkeit von dieser Stromdifferenz erzeugt der Operationsverstärker 45 ausgangsseitig ein Spannungssignal U2, welches also ein Maß für den Strom I(t) durch das Antennenelement 2 ist. Weist das sinusförmige Stromsignal I(t) einen Nulldurchgang (I(t) = 0Ampere) auf, dann verändert sich das Vorzeichen des Ausgangssignals U2 des Operationsverstärkers 45. Dem Operationsverstärker 45 ist eine programmgesteuerte Einrichtung 46 nachgeschaltet, welcher das Signal U2 zugeführt wird.
Ferner ist ein Sinusgenerator 48 vorgesehen. Dieser Sinusgenerator ist gemäß den Ausführungen in 1 Bestandteil der Quelle und steuert primärseitig die (nicht dargestellten MOS-FETs) der Quelle zur Erzeugung der sinusförmigen Trägerspannung U(t). Der Sinusgenerator 48 weist ferner ein 8-Bit Schieberegister 49 auf. Dieses Schieberegister 49 wird dabei von jedem Nulldurchgang (U(t) = 0) des sinusförmigen Spannungssignals U(t) auf Null gesetzt. Der Sinusgenerator 48 erzeugt ausgangsseitig ein Spannungssignal U1, dessen Wert im Falle eines Nulldurchgangs des sinusförmigen Spannungssignals U(t) ebenfalls Null beträgt.
Die programmgesteuerte Einrichtung 46 enthält nun einen Zeitgeber 47 (Timer), dem die Signale U1 und U2 zugeführt werden. Weist die Spannung U(t) einen Nulldurchgang auf, dann erzeugt das Schieberegister 49 abhängig von diesem Nulldurchgang das Signal U1, welches dem Zeitgeber 47 zugeführt wird. Das Signal U1 startet daraufhin den Zeitgeber 47. Der Differenzverstärker 45 erzeugt ausgangsseitig ein Signal U2, welches einen Nulldurchgang des Stromes I(t) signalisiert. Dieses Signal U2 stoppt den Zeitgeber 47. Die Zeitdifferenz t(β) zwischen der Einkopplung des Signals U1, über welches der Zeitgeber 47 gestartet wird, und der Einkopplung des Signals U2, über welchen der Zeitgeber 47 gestoppt wird, bezeichnet somit die Dauer der Zeitverschiebung t zwischen den beiden Nulldurchgängen. Aus der Frequenz w und dieser Zeitverschiebung t(β) lässt sich dann die Phasenverschiebung β = w·t berechnen.
Aufgrund der genauen Kenntnis des Phasenunterschieds kann der genaue Betrag des Stromes errechnet werden. Damit ist eine eindeutige Fehlerzuweisung über unterschiedliche Fahrzeugplattformen, die unterschiedliche Längen der Zuleitungen sowie verschiedene Arten der Verlegung dieser Zuleitungen im Kraftfahrzeug aufweisen, möglich.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
So sei die Erfindung, wie bereits oben erwähnt wurde, nicht auf die angegebenen Zahlenangaben beschränkt, da diese lediglich beispielhaft angegeben wurden. Darüber hinaus sei die Erfindung auch nicht auf die konkreten Schaltungsanordnungen gemäß der vorstehenden Figuren beschränkt. Es versteht sich, dass durch Austauschen einzelner Bauelemente die Schaltungsanordnung beliebig modifizierbar bzw. veränderbar ist, ohne dass von dem grundsätzlichen Prinzip der Diagnoseeinrichtung abgewichen wird. So kann beispielsweise statt lediglich einzelner Vorwiderstände auch ein Widerstandsnetzwerk, das darüber hinaus auch kapazitive Elemente aufweisen kann, verwendet werden. Auch müssen die steuerbaren Schalter nicht notwendigerweise als MOSFETs oder Relais ausgebildet sein, sondern es können hier auch beliebig andere steuerbare Schalter, beispielsweise JFETs, Bipolartransistoren, Thyristoren, etc., verwendet werden. Die Auswerteeinheit muss auch nicht notwendigerweise als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildet sein, sondern es könnte selbstverständlich auch eine fest verdrahtete Logikschaltung diese Funktion übernehmen.
Die vorliegende Erfindung sei auch nicht auf Zugangsberechtigungssysteme beschränkt, sondern lässt sich vorteilhafterweise für die Diagnose sämtlicher Antennenschaltungen, die induktiven Antennen, welche über Zuleitungen versorgt werden, erweitern. Auch sei die Erfindung nicht auf Kraftfahrzeuganwendungen beschränkt.

Claims

Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Antennenschaltung (1), insbesondere für ein Zugangskontrollsystem in Kraftfahrzeugen, wobei die Antennenschaltung (1) zumindest eine induktive Antenne (2) zum Senden und/oder Empfangen aufweist, die in einem Normalbetrieb über zumindest eine Zuleitung (3, 4) von einer Wechselsignalquelle mit einem Wechselsignal versorgbar ist, mit einer ersten Diagnoseschaltung (20) zur statischen Diagnose der Antennen (2) und Zuleitungen (3, 4), welche mit einer Gleichsignalquelle (VCC, GND) verbunden ist, die ein Diagnose-Gleichsignal bereitstellt, das in einem Diagnosebetrieb den Zuleitungen (3, 4) sowie den Antennen (2) zugeführt wird, und welche zumindest ein Diagnoseausgang (35, 36) aufweist, über welches jeweils ein Diagnosesignal (37, 38) abgreifbar ist, wobei zumindest eine in jeweils einer Zuleitung (3, 4) angeordnete Schaltereinrichtung (21, 22) vorgesehen ist, welche im Normalbetrieb das Wechselsignal der Wechselsignalquelle auf die Antennen (2) schaltet und welche im Diagnosebetrieb das Diagnosegleichsignal auf die Antennen (2) sowie die Zuleitungen (3, 4) schaltet, wobei die erste Diagnoseschaltung (20) zwischen einem ersten Anschluss (27) mit einem ersten Versorgungspotenzial (VCC) und einem zweiten Anschluss (28) mit einem zweiten Versorgungspotenzial (GND) angeordnet ist und zumindest ein steuerbarer Schalter (31, 32), über welchem zumindest eines der Versorgungspotenziale (VCC, GND) auf die Zuleitungen (3, 4) und Antennen (2) aufschaltbar ist, angeordnet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Schaltereinrichtungen (21, 22) als Doppelkontaktrelais ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schaltereinrichtung (21, 22) als Leistungsschalter, insbesondere als IGBT oder als Leistungs-MOSFET, ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zu jeder Antenne (2) sowie zwischen den Zuleitungen (21, 22) ein resistives Element (25, 26) angeordnet ist, welches einen definierten, genau bekannten Widerstandswert (RV1, RV2) aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Diagnoseschaltung (20) zwischen dem ersten und zweiten Anschluss (27, 28) zumindest ein weiteres resitives Element (29, 30), welches einen definierten, genau bekannten Widerstandswert (R) aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochsetzsteller vorgesehen ist, der einen Transformator (6) aufweist, der eine galvanische Trennung zwischen der Antenne (2) und der Wechselsignalquelle sowie einem Steuergerät der Antennenschaltung (1) vornimmt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Antennenpaar vorgesehen ist, wobei die zumindest zwei Antennen (23, 24) parallel zueinander angeordnet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Diagnoseschaltung (10) zur dynamischen Diagnose der Antennen (2) vorgesehen ist, welche primärseitig einen Messstrom (13) an einem Transformator (6) abgreift und einer Spitzenwerterkennungsschaltung (14, 15, 16) zuführt, die aus dem abgegriffenen Messstrom (13) den Betrag des durch die Antenne fliesenden Wechselstroms ermittelt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Diagnoseschaltung (10) einen Spitzenweggleichrichter aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Diagnoseschaltung (40) vorgesehen ist, die die Nulldurchgänge von Antennenspannung (U(t)) und Antennenstrom (I(t)) detektiert und die daraus eine Phasenunterschied (β) bestimmt.
Schaltungsanordnung Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Diagnoseschaltung (40) ein Schieberegister (49) aufweist, der eingangsseitig ein von der Antennenspannung (U(t)) abgeleitetes Signal zugeführt wird, das mit jedem Nulldurchgang zurückgesetzt wird und das im Falle eines Nulldurchgangs ein Startsignal (U1) ausgibt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Diagnoseschaltung (40) ein Differenzverstärker, insbesondere ein Operationsverstärker (45), aufweist, dem eingangsseitig ein von dem Antennenstrom (I(t)) abgeleitetes Signal zugeführt wird, dessen Ausgangssignal mit jedem Nulldurchgang des Antennenstroms (I(t)) sein Vorzeichen ändert und der im Falle einer Vorzeichenänderung ein Stoppsignal (U2) ausgibt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Diagnoseschaltung (40) eine Auswerteschaltung (46, 47) aufweist, die einen Zeitgeber (47) aufweist, in dessen Eingänge das Startsignal (U1) und das Stoppsignal (U2) eingekoppelt wird und der daraus eine Zeitdauer (t(β)) bestimmt, wobei die Auswerteschaltung (46, 47) aus der Zeitdauer (t(β)) den Phasenunterschied (β) bestimmt.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Antennenschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Normalbetrieb, bei dem die Antennenschaltung (1), die zumindest eine induktive Antenne (2) zum Senden und/oder Empfangen aufweist, über zumindest eine Zuleitung (3, 4) von einer Wechselsignalquelle mit einem Wechselsignal versorgt wird, mit einem Diagnosebetrieb, bei dem die Antennen (2) und Zuleitungen (3, 4) statisch mittels eines Diagnosegleichsignals auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft werden, wobei über eine zumindest in jeweils einer Zuleitung (3, 4) angeordnete Schaltereinrichtung (21, 22) im Normalbetrieb das Wechselsignal der Wechselsignalquelle auf die Antennen (2) geschaltet wird und im Diagnosebetrieb das Diagnosegleichsignal auf die Antennen (2) sowie die Zuleitungen (3, 4) geschaltet wird, wobei im Diagnosebetrieb über die steuerbaren Schalter (31, 32) wechselseitig ein erstes Versorgungspotenzial (VCC) und/oder ein zweites Versorgungspotenzial (GND) der Gleichsignalquelle auf die Antennen (2), Zuleitungen (3, 4) aufgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetrieb die Antennen (2) und Zuleitungen (3, 4) dynamisch mittels eines Diagnosewechselsignals auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetrieb die statische Diagnose zeitlich vor der dynamischen Diagnose vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beaufschlagung der Antennen (2) und Zuleitungen (3, 4) mit dem Diagnosegleichsignal bzw. dem Diagnosewechselsignal ein Auswertsignal (14, 37, 38) in Abhängigkeit des Zustands der Antennen und/oder Zuleitungen erzeugt wird, welches von einer Auswerteschaltung abgegriffen wird und welches hinsichtlich des Zustands der Antennen (2) und/oder Zuleitungen (3, 4) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der dynamischen Diagnose ein Betrag eines Stromes (I(t)) durch die Antennen (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der dynamischen Diagnose der Phasenunterschied (β) zwischen dem durch die Antennen (2) fließenden Strom (I(β)) und der über den Antennen (2) abfallenden Spannung (U(t)) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nulldurchgänge des durch die Antennen (2) fließenden Stroms (I(t)) und der über den Antennen (2) abfallenden Spannung (U(t)) verwendet werden, um ein Start- und ein Stoppsignal (U1, U2) zu erzeugen, aus welchen eine Zeitdifferenz (t(β)) ermittelt wird, mittels der der Phasenunterschied (β) errechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei der statischen Diagnose die Antennen (2) und Zuleitungen (3, 4) von der Wechselsignalquelle getrennt werden und mit einer Gleichsignalquelle verbunden werden, wobei die Antennen (2) in Reihe mit zumindest einem resistiven Element (29, 30, 25, 26), welches jeweils einen definierten, genau bekannten Widerstandswert (R, RV1, RV2) aufweist, sowie einem steuerbaren Schalter (31, 32) angeordnet sind.