DE19742170A1 - Verfahren zur Erzeugung des Arbeitstaktes in einem Modul eines Datenübertragungssystems, und entsprechend ausgestattetes Datenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung des Ar­ beitstakts in einem Modul eines Datenübertragungssystems, insbesondere in einem Insassenschutzsystem eines Kraftfahr­ zeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Datenübertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Üblicherweise erfolgt bei gattungsgemäßen Verfahren die Er­ zeugung des Arbeitstakts in dem Modul durch einen eigenen Resonator, zum Beispiel einen in dem Modul angeordneten Kera­ mikresonator. Insassenschutzsysteme, zum Beispiel Airbag- Steuergeräte weisen hierbei oftmals ein zentrales Steuergerät (ECU) sowie ausgelagerte, Beschleunigungssensoren enthaltende Module (Satelliten) auf, wobei die ausgelagerten Module zum Beispiel die Beschleunigungen im Fall eines Seitenaufpralls melden oder Unfallfrüherkennungsinformationen erzeugen.

Das zentrale Steuergerät ist ebenfalls mit einer eigenen Zeitbasis in Form eines Resonators ausgestattet. Die ausgela­ gerten Module senden häufig in einem festgelegten Raster Er­ kennungssignale zum zentralen Steuergerät, um diesen ihren korrekten, aktiven Betriebszustand zu melden. Das Senderaster ist aber von der eigenen, durch den Resonator erzeugten Zeit­ basis des Satelliten abhängig, so daß die Kommunikation asyn­ chron verläuft und deshalb störanfällig ist. Auch muß die im Satelliten verwendete Zeitbasis hohe Genauigkeit für die Si­ cherstellung der korrekten digitalen Signalverarbeitung in dem Modul aufweisen und ist damit technisch aufwendig.

Weiterhin ist es wichtig, daß der Arbeitstakt des oder der Module und der Arbeitstakt des zentralen Steuergeräts über­ einstimmen. Wenn diese Arbeitstakte nicht exakt synchroni­ siert sind, können bei der Auswertung der vom Modul gemesse­ nen und an das zentrale Steuergerät übertragenen Beschleuni­ gungssignale Fehler, insbesondere Aliasing-Fehler auftreten, so daß die Frequenz der tatsächlich gemessenen Beschleuni­ gungssignale von der im Steuergerät ermittelten Frequenz der Steuersignale nach deren Auswertung abweichen kann. Diese Fehlauswertungen können z. B. zur unerwünschten, nicht not­ wendigen Einleitung von Schutzmaßnahmen führen und sind daher kritisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß die Erzeugung des Arbeitstakts in dem Modul mit geringem Aufwand erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Maß­ nahmen gelöst.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein Datenübertragungssystem gemäß dem Patentanspruch 4 geschaffen, bei dem der Ar­ beitstakt im Modul mit geringem Aufwand zuverlässig erzeugbar ist.

Bei der Erfindung erzeugt das Steuergerät somit ein Synchro­ nisationstaktsignal, das dem Modul zugeführt wird und auf dessen Basis das Modul seinen eigenen Arbeitstakt mit Hilfe eines Frequenz- und/oder Phasenregelkreises generiert. Da der Einsatz eines Frequenz- und/oder Phasenregelkreises nur sehr viel geringeren Aufwand erfordert als die Verwendung eines eigenen Resonators, ist die Generierung des Arbeitstakts im Modul mit geringem technischen Aufwand möglich.

Ferner wird der Vorteil erzielt, daß der im Modul gebildete Arbeitstakt ständig mit dem vom Steuergerät zugeführten Syn­ chronisationstaktsignal korreliert ist, so daß ein synchrones Arbeiten des Steuergeräts und des Moduls erreichbar ist. Da­ mit ist eine synchrone Verbindung zwischen dem Steuergerät und dem Modul ermöglicht, die eine deutlich höhere Übertra­ gungsgeschwindigkeit und Übertragungssicherheit, verglichen mit einer asynchronen Kommunikation, besitzt.

Der Frequenz- und/oder Phasenregelkreis des Moduls kann durch eine voll integrierbare kostengünstige Schaltung gebildet sein.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Syn­ chronisationstaktsignal vom Steuergerät in Form von Span­ nungsimpulsen erzeugt, wohingegen das Modul die zu übertra­ genden Daten in Form von Stromimpulsen zum Steuergerät über­ trägt. Die Schnittstelle zwischen dem Steuergerät und dem Modul ist somit als bidirektionale Schnittstelle ausgelegt, die in der Richtung vom Steuergerät zum Modul als Spannungs­ schnittstelle wirkt und in der Richtung vom Modul zum Steuer­ gerät als Stromschnittstelle arbeitet. Hierdurch läßt sich sicherstellen, daß das vom Steuergerät zum Modul übertragene Synchronisationstaktsignal völlig unabhängig von einer even­ tuell gleichzeitig in Gegenrichtung erfolgenden Datenübertra­ gung gesendet werden kann. Zwischen dem Steuergerät und dem Modul besteht somit eine synchrone und bidirektionale, voll duplexfähige Übertragungsstrecke. Das Steuergerät kann hier­ bei selbstverständlich nicht nur das Synchronisationstaktsi­ gnal zum Modul übertragen, sondern auch zusätzliche Daten senden, zum Beispiel Steuerdaten für Programmierungszwecke des Moduls.

Vorzugsweise ist das von dem Steuergerät gesendete Synchroni­ sationstaktsignal ein niederfrequentes Signal, das zum Bei­ spiel eine Frequenz unterhalb von 10 Kilohertz, zum Beispiel bei 1 bis 2 Kilohertz aufweist. Auf der Basis dieses Synchro­ nisationstaktsignals erzeugt der Frequenz- und/oder Phasenre­ gelkreis im Modul ein frequenz- und/oder phasenstarres inter­ nes Signal, das dann durch Frequenzvervielfachung auf den Arbeitstakt des Moduls, zum Beispiel auf 10 bis 16 Megahertz, vervielfacht wird. Der Einsatz eines niederfrequenten Syn­ chronisationstaktsignals bringt den Vorteil, daß die Bela­ stung des zentralen Steuergeräts durch die Erzeugung dieses Signals entsprechend reduziert ist und auch eine eventuell gleichzeitig erfolgende, sehr viel höherfrequente Datenüber­ tragung klar von dem Synchronisationstaktsignal unterscheid­ bar ist, d. h. keine Störungen dieses Signals und somit der Frequenzstabilität des Arbeitstakts im Modul hervorruft.

Das erfindungsgemäße Datenübertragungssystem läßt sich in vorteilhafter Ausgestaltung noch weiter dadurch vereinfachen, daß die Datenübertragungsleitung nicht nur zur Datenübertra­ gung und Synchronisationstaktsignalübertragung benutzt wird, sondern zugleich als Spannungsversorgungsleitung für das Mo­ dul dient. Dieses benötigt daher keinen separaten Spannungs­ anschluß, sondern kann von dem Steuergerät ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand mit der Versorgungsspannung gespeist wer­ den. Das Modul ist in diesem Fall vorzugsweise mit einem Spannungsregler zur Erzeugung einer konstanten Modul- Versorgungsspannung versehen.

Die Erfindung läßt sich nicht nur bei Insassenschutzsystemen wie Airbag-Systemen oder Gurtstraffer-Systemen einsetzen, sondern auch zur Datenübertragung zwischen für andere Zwecke vorgesehenen Steuergeräten und zugehörigen ausgelagerten Schaltungen insbesondere in Kraftfahrzeugen einsetzen. Wei­ terhin können an das Steuergerät auch mehrere Module ange­ schlossen sein, deren interner Arbeitstakt jeweils auf der Basis des vom zentralen Steuergerät zugeführten Synchronisa­ tionstaktsignals synchronisiert generiert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher beschrieben.

In Fig. 1 ist schematisch der Schnittstellenbereich eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Datenübertragungs­ systems dargestellt.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Datenübertragungssystems ist als Airbag- Insassenschutzsystem ausgebildet, das ein zentrales, die Aus­ lösung des oder der nicht gezeigten Airbags steuerndes Steu­ ergeräts 1 und ein oder mehrere ausgelagerte Module (Satelliten) 2 aufweist. Das Modul 2 enthält einen oder meh­ rere nicht gezeigte Beschleunigungssensoren zur Erfassung eines Seitenaufpralls und/oder Früherkennungssensoren zur Unfallfrüherkennung. Das Steuergerät 1 und das Modul 2 sind über eine Datenübertragungsleitung 3 miteinander verbunden, die nicht nur zur Datenübertragung, sondern auch zur Span­ nungsspeisung des Moduls 2 dient und hierzu eine vom Steuer­ gerät 1 aufgeprägte Ruhespannung führt.

Das Steuergerät 1 umfaßt eine gesteuerte Spannungsquelle 4, die durch einen im Steuergerät 1 vorhandenen, nicht gezeigten Resonator getaktet wird. Der Resonator erzeugt den Ar­ beitstakt zur Steuerung der Betriebsweise des Steuergeräts 1, der beispielsweise eine Frequenz von 10 bis 16 Megahertz be­ sitzt. Dieser Arbeitstakt wird zur Steuerung der gesteuerten Spannungsquelle 4 stark herabgeteilt und beispielsweise auf einen Wert von 1 bis 2 Kilohertz verringert. Die Spannungs­ quelle 4 erzeugt daher auf der Datenübertragungsleitung 3 Spannungsimpulse mit der entsprechenden Frequenz von 1 bis 2 Kilohertz, die als Synchronisationstaktsignal an das Modul 2 angelegt werden. Weiterhin können über die Datenübertragungs­ leitung 3 Datensignale vom Steuergerät 1 zum Modul 2 übertra­ gen werden, die im Steuergerät durch nicht gezeigte Komponen­ ten erzeugt und auf die Datenübertragungsleitung 3 als Span­ nungsimpulse eingespeist werden. Im Modul 2 ist für diese Datenauswertung ein nicht gezeigter Datenempfänger vorhanden, der auf diese hochfrequenten Spannungsimpulse anspricht und entsprechende Ausgangssignale an eine Auswerteschaltung an­ legt.

Im Modul 2 ist ein Komparator 8 an die Datenübertragungslei­ tung 3 angeschlossen, der das von dem Steuergerät 1 erzeugte Synchronisationstaktsignal mit einer voreingestellten Schwel­ le vergleicht und über seinen Ausgang mit einem Frequenz- und/oder Phasenregelkreis, vorzugsweise in Form einer PLL- Schaltung 9, verbunden ist. Der Frequenz- und/oder Phasenre­ gelkreis erzeugt intern ein mindestens frequenzstarr, vor­ zugsweise aber auch phasenstarr mit dem Ausgangssignal des Komparators 8, und damit mit dem Synchronisationstaktsignal, gekoppeltes Zwischensignal mit einer dem Synchronisations­ taktsignal entsprechenden Frequenz (vorzugsweise 1 bis 2 kHz), das über interne Frequenzvervielfacher auf den vom Mo­ dul 2 benötigten Arbeitstakt von beispielsweise 10 bis 16 MHz umgewandelt wird. Dieser Modul-Arbeitstakt wird am Ausgang der PLL-Schaltung 9 abgegeben und an den im Modul 2 vorhande­ nen Mikroprozessor oder Microcontroller als Arbeitstakt ange­ legt. Da der Arbeitstakt des Moduls 2 streng auf der Grundla­ ge des Synchronisationstaktsignals des Steuergeräts generiert wird und das Synchronisationstaktsignal seinerseits streng auf der Grundlage des Resonator-Arbeitstakts des Steuergeräts 1 erzeugt wird, ist erfindungsgemäß eine sehr gute Synchroni­ sation zwischen den Arbeitstakten der Mikroprozessoren oder Microcontroller des Steuergeräts 1 und des Moduls 2 sicherge­ stellt. Dadurch ergibt sich zwangsweise auch ein synchrones Arbeiten beim Datensenden und Datenempfang, so daß hohe Da­ tenübertragungssicherheit und Übertragungsgeschwindigkeit erzielbar ist.

Die PLL-Schaltung 9 ist voll integrierbar und kostengünstig herstellbar, so daß eine gute Synchronisation mit geringem technischen Aufwand ohne eigenen Modul-Resonator erzielt wird.

Zur Datenübertragung zum Steuergerät 1 weist das Modul 2 eine gesteuerte Stromquelle 10 auf, die durch ein an ihren Steuer­ eingang angelegtes Datensendesignal gesteuert wird und ent­ sprechende Stromimpulse auf die Datenübertragungsleitung 3 legt. Diese eingeprägten Ströme fließen nahezu unabhängig von der aktuellen Spannung im Steuergerät 1 zu diesem und werden dort durch eine Strommeßschaltung 5 in entsprechende Span­ nungssignale umgesetzt, die an einen Komparator 6 angelegt werden. Der Komparator 6 vergleicht die eingangsseitigen Spannungsimpulse mit einem festen Schwellwert und gibt an seinem Ausgang ein den gesendeten Daten entsprechendes Aus­ gangssignal ab, das an eine Auswerteschaltung des Steuerge­ räts 1 angelegt wird. Damit findet die Datenübertragung vom Modul 2 zum Steuergerät 1 unabhängig von dem durch die ge­ steuerte Spannungsquelle 4 erzeugten Synchronisationstaktsi­ gnal statt, das als Spannungsimpuls mit eingeprägter Spannung bereitgestellt wird. Somit ist auch die von der Spannungs­ quelle erzeugte Spannung (Synchronisationstaktsignal) unab­ hängig von dem aktuell im Modul 2 fließenden Strom.

Vom Steuergerät 1 wird weiterhin der Datenübertragungsleitung 3 eine Gleichspannung aufgeprägt, die an einen an die Daten­ übertragungsleitung 3 angeschlossenen Spannungsregler 7 im Modul 2 angelegt wird. Der Spannungsregler 7 erzeugt aus der eingangsseitigen Gleichspannung eine konstant geregelte Ver­ sorgungsgleichspannung, die zur Speisung der Komponenten und Verbraucher im Modul 2 dient. Damit ist für das Modul 2 keine eigene externe Spannungsversorgungsleitung erforderlich, was den insgesamt benötigten Verdrahtungsaufwand und Leitungsauf­ wand verringert.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung des Arbeitstakts in einem Modul (2) eines Datenübertragungssystems (1, 2, 3), insbesondere in einem Insassenschutzsystem eines Kraftfahrzeugs, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Steuergerät (1) des Daten­ übertragungssystems (1, 2, 3) ein Synchronisationstaktsignal zu dem Modul (2) überträgt und das Modul einen Frequenz- und/oder Phasenregelkreis (9) aufweist, dem das Synchronisa­ tionstaktsignal eingangsseitig zugeführt wird und der hierauf basierend den den Betrieb des Moduls (2) einschließlich des­ sen Sende- und Empfangsvorgänge steuernden Arbeitstakt er­ zeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuergerät (1) das Synchronisati­ onstaktsignal in Form von Spannungsimpulsen erzeugt und das Modul (2) die von ihm zu übertragenden Daten in Form von Stromimpulsen zum Steuergerät (1) überträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Taktsignal ein niederfre­ quentes Signal ist, das in dem Frequenz- und/oder Pha­ senregelkreis (9) einer Frequenzvervielfachung zur Bildung des Arbeitstakts unterzogen wird.

4. Datenübertragungssystem, insbesondere Insassenschutzsystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Steuergerät (1) und minde­ stens einem Modul (2), die über eine Datenübertragungsleitung (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuergerät (1) einen Synchronisationstaktsi­ gnalgenerator (4) aufweist, und daß das Modul (2) einen Fre­ quenz- und/oder Phasenregelkreis (9) enthält, dem das von dem Synchronisationstaktgenerator (4) erzeugte Synchronisati­ onstaktsignal eingangsseitig zugeführt wird und der hierauf basierend den den Betrieb des Moduls (2) einschließlich des­ sen Sende- und Empfangsvorgänge steuernden Arbeitstakt er­ zeugt.

5. Datenübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenz- und/oder Pha­ senregelkreis (9) einen Frequenzvervielfacher zur Frequenz­ vervielfachung des aus dem Synchronisationstaktsignal intern gebildeten Signals enthält.

6. Datenübertragungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisationstaktgene­ rator durch eine in Abhängigkeit von dem Steuergerät- Arbeitstakt angesteuerte Spannungsquelle (4) zur Erzeugung des Synchronisationstaktsignals gebildet ist.

7. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) eine an die Datenübertragungsleitung (3) angeschlossene Strommeßeinrichtung (5) zur Erkennung und Demodulation der von dem Modul (2) in Form von Stromimpulsen zugeführten Da­ tensignale enthält.

8. Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (2) eine gesteu­ erte Stromquelle (10) zur Erzeugung der Datensignale enthält.

9. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (2) einen Komparator (8) enthält, der eingangsseitig mit der Datenüber­ tragungsleitung (3) verbunden ist und ausgangsseitig an den Eingang des Frequenz- und/oder Phasenregelkreises (9) ange­ schlossen ist.

10. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) der Datenübertragungsleitung (3) eine Gleichspannung aufprägt und daß das Modul (2) einen eingangsseitig an die Daten­ übertragungsleitung (3) angeschlossenen Spannungsregler (7) enthält, der ausgangsseitig die Versorgungsspannung für das Modul (2) bereitstellt.