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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
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Es ist bekannt, zur Verarbeitung von Brückenspannungen in Drucksensoren integrierte Messwertwandler einzusetzen. Bei entsprechenden integrierten Messwertwandlern handelt es sich beispielsweise um elektronische Bauelemente, in denen kundenspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC) zur Verarbeitung der Brückenspannungen enthalten sind. In bekannten Drucksensoranordnungen für Kraftfahrzeuge ist jeweils ein Messwertwandler für jedes Drucksensorelement vorgesehen, welches unter anderem dazu dient, die Messbrückenspannungen der Drucksensoren zu verstärken und in analoge Signale zu wandeln, welche zur Übertragung der an eine zur Auswertung der Druck- und/oder Temperaturinformation vorgesehene elektronische Einheit (z.B. ein Bremsensteuergerät, ECU) übertragen werden.
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Die
US 5,070,732 A weist ein Displaymodul 72 mit Schalttasten 34 auf, die ein Steuergerät bilden. Über die Schalttasten 34 können Benutzereingaben entgegengenommen werden können
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Die
WO 00/30909 A1 offenbart einen Mikroprozessor, welcher von einem Drucksensorcluster (PSC) verarbeitete Signale über eine bidirektionale Verbindung 127 empfängt.
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Die
US 4,493,210 A bezieht sich auf ein ABS System mit einem Sicherheitsregelkreis zur Überwachung des Systems.
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Es besteht nun zum einen das Problem, dass in einer Vorrichtung, in der mehrere Druckkanäle von mehreren Drucksensoren, die in einem Modul zusammengefasst sein können, ausgewertet werden sollen, eine Drucksensoranordnung, die jeweils einen integrierten Messwertwandler für jedes Drucksensorelement vorsieht, zu kostenintensiv ist. Es hat daher bereits Überlegungen gegeben, die Brückenspannungen der einzelnen Drucksensorbaugruppen über einen Multiplexer einer einzigen Messverarbeitungsschaltung zuzuführen, welche einen Analog/ Digitalwandler und eine Kompensationsschaltung zur Beseitigung von bei der Herstellung der einzelnen Messbrücken auftretenden Toleranzen umfasst. Eine entsprechend ausgeführte Schaltungsanordnung umfasst außerdem digitale Speicherstellen, die mit Werten zur Kompensation dieser Toleranzen gefüllt werden können. Im Falle mehrere Drucksensorbrücken sind mehrere Sätze von Kompensationsdaten erforderlich, die in Abhängigkeit von dem aktuellen Messkanal bei jedem Messvorgang erneut in die Speicherstellen übertragen werden. Allerdings besitzt eine solche Lösung immer noch den Nachteil, dass eventuelle Fehler, die innerhalb des Messwertwandlers auftreten, durch das angeschlossene Steuergerät nicht in ausreichendem Maße feststellbar sind. Es besteht daher der Wunsch, einen Messwertwandler zur Verfügung zu haben, welcher zusätzlich von außen steuerbar zu Testroutinen veranlasst werden kann.
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Die Erfindung betrifft zur Lösung dieser Aufgabe daher eine Anordnung gemäß Anspruch 1.
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Die Anordnung nach der Erfindung zeichnet sich neben einer hohen Integrationsdichte unter anderem durch eine redundante Messwertverarbeitung und eine gegen Fehler abgesicherte Datenverarbeitung aus. Durch die Erhöhung der Integrationsdichte gelingt es, die Fertigungskosten erheblich zu senken.
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Die Anordnung ist besonders geeignet für sicherheitskritische Regelungen in elektronischen Kraftfahrzeugbremssystemen, wie z.B. ABS, ESP, ASR, EHB etc., bei denen aus den gewonnenen Drucksignalen wichtige Parameter für die Regelungsvorgänge des Bremssystems abgeleitet werden.
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Der in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendete integrierte Messwertwandler ist zur Umwandlung von mehreren analogen Sensorsignalen vorgesehen. Als Sensorsignale kommen insbesondere Spannungssignale von Messbrücken in Betracht. Die Sensorsignale werden in Digitalsignale umgewandelt und können an ein externes Steuergerät übermittelt werden. Es ist aber ebensogut möglich, die erzeugten Digitalsignale ausgangsseitig in Analogsignale umzuwandeln. Der Messwertwandler besitzt Schaltungsteile, mit denen auf an sich bekannte Weise relativ grobe Abweichungen der eingangsseitigen Analogsignale des Messwertwandlers zur Beseitigung toleranzbedingter Sensorunterschiede im Analogteil ausgeglichen werden können. Die hierzu verwendeten Kompensationsdaten können in einem oder mehreren mehrfach löschbaren Speicherelementen abgelegt sein, wobei die hierzu benötigten Speicherelemente im Messwertwandler außerhalb, z.B. in Form eines oder mehrerer separater Bausteine, oder bevorzugt in der Schaltungsanordnung integriert angeordnet sind. Die Integration innerhalb des Messwertwandlers ist insofern vorteilhaft, da sich hierdurch Kostenvorteile bei der Massenfertigung ergeben.
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Innerhalb des Messwertwandlers wird im Analogteil bevorzugt eine erste Kompensation der von den Messbrücken abgegriffenen Spannungen bzw. der zugeführten elektrischen Versorgungssignale vorgenommen. Hierdurch lassen sich Einflüsse von Fertigungsunterschieden der Drucksensorelemente auf das Messsignal zu wesentlichen Teilen beseitigen. Die Kompensation erfolgt insbesondere im Analogteil mittels Kompensationsdaten, die in mehreren Registern gespeichert sind. Die in den Registern gespeicherten Daten können unmittelbar nach der Herstellung des weiter unten beschriebenen Sensormoduls, welches den/die Sensor/en in einer Baueinheit aufnimmt, ermittelt und in einem Speicher abgelegt werden, so dass die Daten bei der späteren Endfertigung im Kraftfahrzeug und während des Betriebs des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen. Zusätzlich zu diesen Kompensationsdaten erster Art werden außerdem weitere „Kalibrierdaten“ bzw. Kompensationsdaten zweiter Art für den Messwertwandler zur Verbesserung der weiteren Erhöhung der Genauigkeit der Drucksensormesswerte ermittelt. Die Ermittlung der Kalibrierdaten kann dabei ebenfalls bei der Herstellung des Sensormoduls erfolgen, jedoch erfolgt die Bereinigung des Sensorsignals von Abweichungen mit den Kalibrierdaten durch den Mikrorechner des Steuergeräts.
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Es ist in einigen Anwendungsfällen bevorzugt, ebenfalls aus Kostengründen genau ein wiederbeschreibbares Speicherelement zum Speichern von Kalibrierdaten zu verwenden. Wenn allerdings die Betriebssicherheit bei einer Anwendung im Vordergrund steht, ist es bevorzugt, zwei oder mehrere Speicherelemente vorzusehen. Im Fall von lediglich einem Speicherelement ist es zweckmäßig, die Daten mehrfach im Speicher abzulegen und/oder Redundanzinformationen, wie etwa Paritätsdaten etc., gemeinsam mit den Daten im Speicher abzulegen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,
- 2 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung und
- 3 den Aufbau eines integrierten Messwertwandlers zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung.
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In 1 ist sind an Messwertwandler 2 übliche Drucksensoren 23 für Kraftfahrzeugbremssysteme angeschlossen. Diese weisen eine Membran auf, auf die piezoresistive Widerstandselemente aufgebracht sind. Die Widerstandselemente, deren Widerstand sich in Abhängigkeit des Drucks ändert, sind üblicherweise in Form von Wheatstone-Brücken angeordnet, welche in der Regel zwei Halbbrücken enthalten. Messwertwandler 2 kann zur Verarbeitung der Signale mehrerer Messbrücken mehrere Signalverarbeitungskanäle umfassen.
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In 3 ist lediglich ein solcher Kanal dargestellt, welcher seinerseits zwei weitere redundante analoge Signalvorverarbeitungskanäle 1 und 1' umfasst, mit denen die elektrischen Signale von zwei Halbrücken eines Drucksensorelements verarbeitet werden können. Neben der zuvor beschriebenen Möglichkeit, dass der Messwertwandler mehrere Kanäle umfasst, kann nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Messwandler eingangsseitig mindestens einen, insbesondere zwei Analogmultiplexer aufweist, welcher die Ausgänge mehrerer Sensoren bündelt und den Eingängen der Kanäle 1 und 1' zuführt. Hierdurch lassen sich, allerdings auf Kosten der Laufzeit, die Herstellungskosten der Anordnung verringern.
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In der Anordnung gemäß 1 ist der Messwertwandler 2 über eine serielle Peripherieschnittstelle 14 mit einem als getrennte Baueinheit ausgeführten Kraftfahrzeugbremsensteuergerät 8 verbunden. Bremsensteuergerät 8 umfasst eine Mikrorecheneinheit 13 und ein Leistungsbauelement 3. Bausteine 13 und 3 können auch in einem gemeinsamen Bauelement integriert sein. Dabei kontrolliert Steuergerät 8 den Buszugriff der Schaltungsanordnung als Busmaster der seriellen Peripherieschnittstelle. 22 bezeichnet den internen Datenbus des Steuergeräts, welcher die Hauptfunktionen kontrolliert. Zur Kontrolle des Busses werden durch Mikrorecheneinheit 13 entsprechend geeignete Software-Algorithmen abgearbeitet. Die für die Drucksensorik notwendigen Kalibrierdaten werden in einem externen Speicherbaustein 4 (EEPROM) gespeichert. Speicher 4 und Messwertwandler 2 teilen sich einen gemeinsamen Datenbus. Zur Aufrechterhaltung der Betriebsicherheit von Steuergerät 8 ist der Bus durch Puffer 5 vom Bus des Messwertwandlers abgekoppelt. Die physikalische Verbindung des Steuergeräts mit der Einheit der Drucksensoren erfolgt über eine Steckverbindung, die elektrische Kontakte 6 aufweist. Bei diesen Kontakten handelt es sich bevorzugt um Federn, die zur Herstellung einer leitfähigen Verbindung auf gegenüberliegende Kontaktflächen gedrückt sind. Durch die Steckverbindung wird das Drucksensormodul 7 mit dem Steuergerätegehäuse 8 des Bremssystems verbunden.
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Die Sensorsignale, insbesondere für Druck und Temperatur, werden vom Messwertwandler 2 digital über entsprechende Signalleitungen 17...20 und Kontakte 6 an das Steuergerät 8 übertragen. Das Datenprotokoll bzw. die gewählte Modulation zur digitalen Übertragung der Sensorsignale kann dabei auf an sich bekannte Weise gestaltet sein. Vorzugsweise handelt es sich um ein an sich bekanntes SPI-Protokoll.
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Die Verfügbarkeit des Systems und die Fehlersicherheit wird dadurch erhöht, dass bei der Datenspeicherung der Kompensationsdaten oder insbesondere der Kalibrierdaten Prüfinformationen (Checksummen, Parity, CRC etc.) gebildet werden. Vorzugsweise werden diese Prüfinformationen im Speicher gemeinsam mit den Daten abgelegt. Es ist jedoch genausogut möglich, dass die Daten zur Vermeidung von Speicherfehlern mehrfach abgelegt werden oder eine Mehrfachspeicherung von Daten mit einem entsprechenden Prüfdatenverfahren kombiniert wird.
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Hierzu werden bevorzugt für jeden Speicherblock (Segment) Spaltenprüfdaten erzeugt, insbesondere nach dem an sich bekannten CRC-Verfahren. Es können aber auch Zeilenprüfdaten erstellt werden, zum Beispiel Paritätsbits oder Paritätsworte.
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Ganz besonders bevorzugt wird jedem Speichersegment des Speichers 4 eine Halbbrücke oder ein Signaleingang zugeordnet. Wenn ein Datensegment durch Vergleich mit den Blockprüfinformationen wegen eines Speicherfehlers fehlerhaft ist, bleiben die übrigen Segmente weiterhin gültig. Hierdurch bleibt die sensorische Information weiterhin für alle angeschlossenen nicht von dem Fehler betroffenen Sensoren im System verfügbar.
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Speicherelement 4 wird durch ein Auswahlsignal (Chipselect) ausgewählt. Die Auswahl kann durch ein vom Messwertwandler über ein Bus-Kommando erzeugtes Signal erfolgen. Nachdem das Speicherelement durch das Auswahlsignal ausgewählt wurde, reagiert der Messwertwandler nicht mehr auf Buszugriffe von außen (z.B. auf Signale des Steuergerätes). Dieser Zustand kann durch Änderung des Zustands des Auswahlsignals wieder zurückgesetzt werden. Grundsätzlich kann die Anordnung so ausgelegt sein, dass der Messwertwandler nicht auf das Speicherelement zugreifen (Lesen/Schreiben) kann. Ein Zugriff über den Bus kann dann nur durch die Steuergerätesoftware erfolgen.
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Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass diese so ausgelegt ist, dass der Mikrorechner 13 des Steuergeräts stets den Messwertwandler unter Kontrolle hat. Der Messwertwandler kann hierzu verschiedene Betriebsarten oder Einstellmöglichkeiten umfassen, die eine Systemprüfung durch die Software des Steuergeräts ermöglichen. Hierdurch ist es möglich, zur Vermeidung von Fehlern den verwendeten Messwertwandler zu testen. Die Software des Steuergeräts kontrolliert dabei alle Zugriffe auf den Bus. Hierdurch besteht insbesondere die Möglichkeit, die Funktion der im Messwertwandler enthaltenen Statusmaschinen, welche selbsttätig mittels in Hardware ausgeführter Logik eine Abarbeitung der zur Messwertwandlung notwendigen Schritte durchführt, durch das Steuergerät zu unterbrechen. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, eine durch Software (also über den Bus) ausgelöste Initialisierung durchzuführen (Reset). Weiterhin kann im Messwertwandler ein Testmodus vorgesehen sein, welcher einen Test des Messwertwandlers ermöglicht.
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Der integrierte Messwertwandler wird bevorzugt durch das Steuergerät zur Vermeidung von Fehlfunktionen durch Anwendung unterschiedlichster Prüfverfahren überprüft. Folgende Varianten zur Fehlerprüfung sind dabei insbesondere einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander vorgesehen: Zur Prüfung des Speichers 10 werden Prüfdaten mit dem Speicherinhalt des Speichers 4 verglichen. Die Register 9 mit den Kompensationsdaten werden im Einkanalbetriebsmodus ausgelesen und mit den Daten in Speicher 10 oder den Daten in Speicher 4 verglichen. Es werden gezielt Registereinstellungen verändert, um den Einfluss der Veränderung auf den Signalpfad zu prüfen.
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In 2 werden im Gegensatz zur Anordnung in 1 zwei integrierte Messwertwandler 2 und 2' verwendet, wodurch eine redundante Messwertverarbeitung möglich wird. Es können ein, zwei, aber auch mehrere Messwertwandler gemeinsam in einem Bremssystem betrieben werden. Durch die mehrfache Ausführung z.B. in Form von separaten Bauelementträgern, Chips oder elektronischen Bausteinen kann ein besonders hohes Maß an Redundanz und Verfügbarkeit geschaffen werden. Die Kanäle für ein Sensorsignal werden zweckmäßigerweise auf die beiden Messwertwandler 2, 2' so aufgeteilt, dass in allen Fällen eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet ist. So lassen sich beispielsweise die Drucksensoren der Vorderachse auf Wandler 2 und die Drucksensoren der Hinterachse auf Wandler 2' legen. Bei Ausfall eines Wandlers stehen dann immer noch alle Druckdaten einer Achse dem System zur Verfügung. Die Kalibrierdaten für beide Messwertwandler werden bevorzugt in einem gemeinsamen Speicherbaustein 4 abgelegt. Jeder Messwertwandler besitzt dann eigene Mittel zur Ansteuerung von Speicher 4 über Signal 15.
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Der Aufbau des in den Anordnungen der 1 und 2 eingesetzten Messwertwandlers ist in 3 schematisch dargestellt. Messwertwandler 2 ist über nicht gezeichnete Datenleitungen mit Kompensationsdatenspeicher 10 verbunden, welcher insbesondere als RAM-Speicher ausgeführt ist und dessen Daten über Bus 14 gelesen bzw. geschrieben werden können. Die Daten in Speicher 10 werden durch das Steuergerät 8 aus dem externen Speicher 4 gelesen und in Speicher 10 geschrieben. Weiterhin sind Register 9 für Kompensationsdaten vorgesehen. Mit den in den Registern gespeicherten Werten können die Messwerte der beiden Signalpfade analog von toleranzbedingten Abweichungen weitestgehend, jedoch nicht vollständig bereinigt werden. Die Register 9 werden durch die Statusmaschine 12 aus dem Speicher 10 geladen. Durch Analog/DigitalWandler 11 werden die Analogsignale der Kanäle 1 und 1' in eine Digitalsignal gewandelt. A/D-Wandler 11 ist entsprechend dem gewünschten Funktionsmodus konfigurierbar. Die gewandelten Digitalsignale werden an Bus 14 ausgegeben, welcher mit A/D-Wandler 11 verbunden ist.
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Im Betrieb des Messwertwandlers lädt die Statusmaschine 12 Kalibrierdaten von dem internen Speicher 10 in die Register 9. Eine Besonderheit des Messwertwandlers ist, dass dabei die Kanäle durch die Software des Steuergerätes durch entsprechende Konfigurationsregister selektierbar sind. Analog/Digital-Wandler 12 wechselt zwischen den verwendeten Signalkanälen hin und her und wandelt die anstehenden Analogsignale nacheinander in Digitalsignale um. Die entsprechenden Ergebnisregister werden durch das Steuergerät 8 asynchron ausgelesen. Vorzugsweise wird bei der Abarbeitung der Kanäle dabei eine fest vorgegebene Kanalreihenfolge beibehalten.
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Neben dem zuvor beschriebenen Mehrkanalmodus ist ein Einkanalmodus vorgesehen. Im Einkanalmodus des Analog/DigitalWandlers 12 wird ständig lediglich ein Kanal durch den Analog/Digital-Wandler 12 gewandelt. Die Kompensationsdaten für den Analogkanal in den entsprechenden Registern werden nur internem Speicher 10 aktualisiert. Die Software des Steuergeräts kann dann die Einstellungen der Register zur Überprüfung eines ordnungsgemäßen Zustandes auslesen. Weiterhin sind die Register über die serielle Peripherieschnittstelle 14 (1) änderbar, damit der Einfluss auf den Analogkanal überprüft werden kann. Es lassen sich dadurch beispielsweise Aussteuergrenzen des Analogpfades ausmessen. Steuergerät 8 kann jederzeit über Bus 14 einen Mehrkanal- oder Einkanalmodus vom Messwertwandler anfordern oder auch laufende Messwertwandlungen unterbrechen.
