DE4131341A1 - Einrichtung zur radiofrequent-drahtlosen uebertragung von messdaten von einem fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur radiofrequent- drahtlosen Übertragung von Meßdaten von einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Systeme zur radiofrequent-drahtlosen Übertragung von Meßdaten von Fahrzeugen sind bekannt. So ist es bei­ spielsweise bekannt, eine Vielzahl von fortlaufend sich ändernden Daten zu digitalisieren und in serielle Daten­ pakete umzusetzen und aus einer Vielzahl solcher Daten­ pakete einen seriellen Datenstrom zu erzeugen, mit letzt­ welchem dann ein AM-, FM- oder PM-Sender moduliert wird, und auf der Seite eines entsprechenden Empfängers mittels einer umgekehrt verlaufenden Disassemblierung eines ent­ sprechend demodulierten Signals die einzelnen Daten und deren Zeitverläufe wiederzugewinnen. Vielfach werden da­ bei auch störungsunterdrückende PCM-Techniken angewandt.

Diese Systeme weisen jedoch einige Nachteile auf. Die seriell-vielkanalige Übertragung bedingt zunächst hohe Modulationsfrequenzen. Infolgedessen belegt das modulierte Hochfrequenzsignal, d. h. der Träger und die je nach Modu­ lationsart und Übertragungsgenauigkeit mehr oder weniger vollständig mitzuübertragenden Seitenbänder, ein relativ breites Frequenzband. Treten innerhalb dieses Frequenzban­ des selektive Übertragungsstörungen auf, sind im Ergeb­ nis alle Datenkanäle betroffen und insoweit in der Regel immer alle empfangsseitig wiedergewinnbaren Meßdaten ent­ sprechend verfälscht. Da entsprechende Übertragungsstrecken um so breitbandiger vorgesehen werden müssen, je mehr Meßdaten und/oder je genauer solche übertragen werden sol­ len und vorgenannte Störungen um so wahrscheinlicher wer­ den, je größer die Übertragungsbandbreite gewählt wird, gibt es für den Störabstand solch herkömmlicher Übertra­ gung eine auch mit hohem technischem Aufwand nicht über­ schreitbare, natürliche Grenze, sofern die Sendeleistung aus energetischen Gründen nicht (beliebig) hoch gewählt werden kann. Dieser Fall liegt aber bei den meisten An­ wendungen vor, bei denen Meßdaten von einem bewegten Objekt, etwa einem Fahrzeug, übermittelt werden sollen. Bei PCM-Übertragung kommt hinzu, daß eine auch nur ge­ ringfügige Störung des Datenrahmencodes zur Fehlüber­ tragung sämtlicher Daten führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur radio­ frequent-drahtlosen Übertragung von Meßdaten von einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welche eine störungsarme viel­ kanalige Übertragung von Meßdaten erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Ein­ richtung nach der Gattung des Anspruchs 1 gelöst.

Diese Einrichtung erlaubt in vorteilhafter Weise eine extrem störungsarme Übertragung von Meßdaten, indem zum einen nicht Kanaldaten, sondern mit Kanaldaten schmalban­ dig modulierte Träger ("Trägerkanäle") sequentiell gemul­ tiplext übertragen und empfangen werden und andererseits sowohl sende- als auch empfangseits der Kanalbezug durch eine echtzeitgesteuerte Kanalaufschaltung bzw. -abfrage erfolgt. Der Echtzeitbezug, und dadurch die exakte Kanal­ zuordnung, kann dabei mittels eines sowohl im Sender als auch im Empfänger vorhandenen Normalzeitempfänger sicher­ gestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind nach Lehre der darauf rückbezogenen Ansprüche 2 bis 9 gegeben.

Dabei erlaubt die gemäß dem abhängigen Anspruch 4 und fol­ genden ausgebildete Einrichtung eine optimale Anpassung an wechselnde Übertragungsbedingungen und -strecken.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Funktionsblockschaltbild des fahrzeugseiti­ gen Teils einer Einrichtung zur radiofrequent-draht­ losen Übertragung von Meßdaten von einem Fahrzeug;

Fig. 2 das Funktionsblockschaltbild des ortsfesten Teils einer Einrichtung zur radiofrequent-draht­ losen Übertragung von Meßdaten von einem Fahrzeug;

Fig. 3 das Funktionsblockschaltbild eines erweiterten fahrzeugseitigen Teiles einer solchen Einrich­ tung, die zusätzlich z. B. die Möglichkeit einer bedarfsangepaßt intelligenten Datenreduktion bietet.

Der fahrzeugseitige Einrichtungsteil gemäß Fig. 1 umfaßt mehrere Meßkanäle 11.1 . . . 11.m bis 12.1 . . . 12.m, die zu n Gruppen 10.1 bis 10.n zusammengefaßt sind; der Einfachheit halber sind hier nur zwei Gruppen 10.1 und 10.n figürlich gezeigt. Die Ausgänge der Meß­ kanäle sind an einen m-kanaligen Meßstellenumschalter 13 geführt, welcher den eingangsseitigen Gruppenfächer n aufweist. Dessen m Ausgänge sind auf die Modulations­ eingänge je eines sehr schmalbandigen FM/PM-Quarzoszil­ lators 14.1 . . . 14.m geführt. Die Ausgänge 15.1 . . . 15.m sind an ein Summiermittel 16, etwa in Form eines breitbandigen Power-Combiners geführt, dem eine Lei­ stungsverstärkerstufe 17 mit Antenne 18 folgt.

Zur Anwahl der Schaltverbindungen zwischen den Meßkanä­ len 11.1 . . . 12.m und den FM/PM-Quarzoszillatoren 14.1 . . . 14.m ist der Meßstellenumschalter 13 über einen Steuerpfad 22 mit einer Echtzeitlogik 21 verbunden, die entsprechende Schaltbefehle echtzeitverkettet erzeugt und ausgibt. Hierfür enthält diese ein Frequenz- bzw. Zeitnormal, das von einem Normalzeitempfänger 20, wel­ cher von einer Normalzeit-Empfangsantenne 19 gespeist wird (z. B. in Form einer Empfangsspule), durch ein Echtzeit-Kontrollsignal gesteuert werden kann. Ein in diesem Zusammenhang geeigneter Normalzeitsender ist z. B. der Normalzeitsender DCF 77.

Die einzelnen FM/PM-Quarzoszillatoren werden nur mit ge­ ringem Hub moduliert, so daß die Abstände ihrer Mitten­ frequenzen z. B. nur das Fünffache des maximalen Modula­ tionshubes betragen können. Grundsätzlich kann die Zahl der FM/PM-Quarzoszillatoren 14.1 . . . 14.m - und insoweit die Zahl m der Meßstellen pro Gruppe - beliebig groß sein.

Der ortsfeste Einrichtungsteil gemäß Fig. 2 umfaßt u. a. eine Antenne 23, einen nachfolgenden Bandpaßverstärker 24, welcher nur das durch die Sendefrequenzen des Einrichtungsteils gemäß Fig. 1 belegte Frequenzband passieren läßt, eine Frequenzweiche 25 mit Ausgängen 26.1 . . . 26.m, sowie m an letztere angeschlossene Schmal­ bandempfänger 27.1 . . . 27.m. Die Ausgänge besagter m Em­ pfänger sind an einen m-kanaligen Meßkanalumschalter 28 mit einem Ausgangsgruppenfächer von n, hier veranschau­ licht mit n = 2, geführt, der Kanalausgänge 33.1 . . . 34.m speist.

Entsprechend dem Einrichtungsteil gemäß Fig. 1 steht der Meßkanalumschalter 28 über einen Steuerpfad 32 mit einer Echtzeitlogik 31 in Verbindung, die ebenfalls ein Frequenz bzw. Zeitnormal enthält und entsprechende Schaltbefehle insoweit echtzeitverkettet erzeugt und ausgibt, um damit die Schaltverbindungen zwischen den Ausgängen der m Schmalbandempfänger und den Meßkanal­ ausgängen 33.1 . . . 34.m zu steuern. Auch das Zeitnormal der Echtzeitlogik 31 kann vorteilhafterweise von einem Normalzeitempfänger 30, welcher von einer Normalzeit-Empfangs­ antenne 29 gespeist wird (z. B. in Form einer Empfangsspule), durch ein Echtzeit-Kontrollsignal gesteuert werden.

Die Einrichtung funktioniert wie folgt.

Die beiden Logiken 19 und 29 geben an ihren Ausgängen zeitlich koinzidente, und insoweit zu jeder Zeit in eindeutiger Weise den Gruppen 10.1 . . . 10.n exakt zuge­ ordnete Einstellbefehle an den Meßstellenumschalter 13 bzw. den Meßkanalumschalter 28 ab. Nach Maßgabe dieser Einstellbefehle werden die Umschalter 13 und 28 in zyk­ lischer Weise synchron betätigt, und zwar unabhängig davon, ob Störungen welcher Art auch immer oder gar ein Abreißen der drahtlosen Datenübertragung zwischen Anten­ nen 18 und 23 stattfindet. Diese Funktion ist bei Gleich­ lauf der Echtzeitlogiken 21 und 31 gewährleistet. Wer­ den zur Erhöhung der Stabilität zusätzlich Normalzeitem­ pfänger 20 und 30 vorgesehen, sind entsprechende separa­ te Antennen 19 und 29 vorzugsweise so realisiert, daß sie im Fernfeld eines Normalzeitsenders bei jeder be­ liebigen Position einen ausreichenden Pegel an die die Empfänger 20 und 30 abgeben.

Eine selektive Störung, etwa aufgrund einer vorüber­ gehenden frequenzselektiven Auslöschung oder aber einer Träger-Überdeckung durch ein externes Störsignal, stört insoweit nur vorübergehend einen oder allenfalls wenige nahe beieinander liegende Kanäle, während die Datenüber­ tragung über die restlichen Kanäle ungestört bleibt. Da die Umschalter 13 und 28 echtzeitverkettet und insoweit synchron in einander entsprechende Schaltstellungen ge­ steuert werden, bleibt auch bei längerer vollständiger Unterbrechung der Übertragung - etwa wenn der fahrzeug­ seitige Sendeteil der Einrichtung vorübergehend außer Reichweite des ortsfesten Empfangsteils gerät - eine sende- und empfangseitig exakte Kanalzuordnung erhalten. Dies gilt insbesondere auch bei Kontrolle der Echtzeit­ logiken 21 und 31 durch Normalzeitempfänger 20 bzw. 30, da in der Regel Normalzeitsender innerhalb eines im Ver­ gleich zur Übertragungsstrecke viel größeren Raumes gleichmäßig empfangen werden können.

Es gibt Anwendungsfälle, bei denen die vorerwähnte zyklische Kanalzuweisung in festem Raster stört, etwa wenn einem augenblicklich sich ändernden Meßwert in einem nicht vorhersehbaren Kanal eine erhöhte Bedeutung zukommt und deshalb eine augenblicklich zu erhöhende Meßgenauigkeit oder höhere Abtastrate im betreffenden Meßkanal erwünscht ist.

Eine Übertragungseinrichtung mit gemäß Fig. 3 weiter­ gebildetem fahrzeugseitigem Teil wird auch solchen An­ forderungen gerecht.

Sie stützt sich auf einen Mikrocomputer 35 mit EPROM und RAM-Bereichen 38 bzw. 39 sowie auf einen Analog/Digital-Kon­ verter 36 mit einer Vielzahl von Eingängen, an welche Meßstellen 11.1 bis 11.m anschließbar sind. Es kann sich hierbei also auch um einen die vorgenannten Teile ein­ stückig umfassenden Single-Chip-Mikro-Controller mit on-chip EPROM handeln.

Eine von einem Zeitnormal angetriebene Taktaufberei­ tungsstufe 21′ ist mit dem Mikrocomputer 35 verbunden und liefert an diesen ein echtzeitverkettetes Taktsig­ nal. Der Speicher des Mikrocomputers 35 ist vorzugsweise in einen als Festwertspeicher fungierenden EPROM-Bereich 38 und einen als Arbeitsspeicher fungierenden RAM-Be­ reich 39 aufgeteilt. Außerdem ist ein bidirektional be­ treibbarer Ein-/Ausgangsport 37 vorgesehen. Wenigstens ein Ausgang ist mit einer auf eine Sendeantenne 42 wirkenden Sendeeinrichtung 40 verbunden, die aus einem vorzugsweise gemäß Fig. 1 konfigurierten Mehrkanalsender 40.1 und einem Modulator 40.2 besteht. Sofern es sich um einen digitalen Modulator handelt, kann dieser z. B. ein schnell ladbares Schieberegister mit verschiedenen Os­ zillatoren zugeteilten Segmenten umfassen und/oder eben­ falls mit der Taktaufbereitungsstufe 21′ verbunden sein, wie durch gestrichelte Linien 45.1 und 45.2 angedeutet.

Des weiteren ist eine besondere Befehlsempfangseinrich­ tung 41 mit Antenne 43 vorgesehen. Sie besteht aus einem eigentlichen Empfänger 41.1 und einer Auswertstufe 41.2, aus der der Mikrocomputer 35 über den Ein-/Ausgangsport 37 einen empfangenen Befehl abholen kann. Das Frequenznormal der Taktaufbereitungsstufe 21′ kann sinngemäß von einem Normalzeitempfänger 20, dem von einer Empfangsantenne 19 hochfrequente Normalzeitsignale zugeführt werden, kon­ trolliert werden. Schließlich können noch Mittel oder Wege 44 vorgesehen sein, um am fahrzeugseitigen Teil der Einrichtung direkt, z. B. manuell, Befehle einzu­ geben bzw. ein laufendes Übertragungsprogramm zu verändern oder auszuwechseln.

Die so fortgebildete Einrichtung funktioniert insge­ samt wie folgt.

Die an Meßstellen 11.1 . . . 11.m anstehenden Signale werden vom Mikrorechner nach Maßgabe wenigstens eines im EPROM 38 abgelegten Programms zyklisch eingelesen, digitalisiert, seriell gewandelt und entweder uni-se­ riell oder parallel-seriell an den Modulator 40.2 über­ tragen, je nachdem, wie der Modulator 40.2 beschaffen ist und wie viele Kanäle im Sinne von Fig. 1 der Sender 40.1 aufweist.

Wesentlich ist, daß der Mikrorechner 35 auf drahtlose Anforderung seitens einer ortsfest kooperativen Empfangs­ einrichtung außer aktuellen Meßwerten auch wenigstens einen Verifikationsdatensatz zur Übertragung bringen kann, welcher z. B. die augenblickliche oder künftige Sequenz der Abfrage der Meßstellen 11.1 bis 11.m und deren Bezug zur Normalzeit beschreibt.

Auf diese Weise kann im ortsfesten Einrichtungsteil jedem empfangenen Augenblickswert eindeutig der augen­ blicklich gültige Kanal zugeordnet werden. Hierfür kann der figürlich nicht dargestellte ortsfeste Teil der Einrichtung ebenfalls mit einem entsprechenden Mikro­ rechner ausgestattet sein, welcher von einem in gleicher Weise gewonnenen, normalzeitverketteten Taktsignal an­ getrieben wird.

Vermöge der Echtzeitverkettung können auch bei vorüber­ gehend vollständiger Unterbrechung der Übertragung her­ nach wieder empfangbare Signale sofort und eindeutig den richtigen Kanälen zugeordnet werden, d. h., auch bei sehr geringem Signal-Rauschabstand.

Zur Reduktion der Übertragungsbandbreite zum orts­ festen Teil der Übertragungseinrichtung können im Mikro­ rechner 35 zusätzlich entweder Einzelmeßwerte miteinander verknüpft werden (etwa Drehzahl · Drehmoment = Leistung), oder es können Daten vorverarbeitet werden (z. B. Lastkol­ lektive), oder es können laufend jeweils nur relevante oder kohärente Daten (z. B. nur Änderungen einer Meßgröße bzw. zusammengehörige Daten) übertragen werden. In welcher Art und Weise die Datenreduktion jeweils geschehen soll, bestimmen beispielsweise im EPROM 38 abgelegte Programm-Mo­ dule. Auch die Übertragungsgeschwindigkeit des seriel­ len Datenstromes kann so aus dem EPROM software-gestützt den aktuellen Erfordernissen angepaßt werden.

Beispielsweise kann so bei der Verknüpfung zusammenge­ höriger Daten durch einen entsprechenden Funkbefehl sei­ tens des ortsfesten Teils der Übertragungseinrichtung ein im RAM 39 abgewickelter Verknüpfungsalgorithmus verändert, aktualisiert bzw. ausgewechselt werden.

Über die Empfangseinrichtung 41 können vermittels eines kooperierenden Befehlssenders in einem als "Leitstation" wirkenden Teil der Einrichtung Befehle an den Mikrorechner 35 übertragen werden, etwa zur Auswahl geeigneter Programm-Mo­ dule zur Datenreduktion, zur Anpassung der Übertra­ gungsgeschwindigkeit, zur Änderung der Zahl bzw. Auswahl der Meßstellen, zur Umbelegung von Frequenzen, wenn der Sender 40.1 als Vielkanalsender gemäß Fig. 1 ausgelegt ist, oder zur Wiederholung einer Messung. Oder es kann während der Übertragung ein aus dem EPROM 38 geladenes Standard-Übertragungsprogramm modifiziert oder komplett ersetzt werden. Beispielsweise kann auch die Sequenz der Abfrage der Meßstellen verändert werden, wenn z. B. die Auswertung im ortsfesten Teil der Einrichtung ergibt, daß eine Erhöhung der Signalauflösung oder der Meß­ rate bezüglich eines speziellen Kanals wünschenswert ist.

Entsprechende Befehle können in der ortsfesten "Leit­ station" entweder programmgesteuert generiert oder von Hand eingegeben werden. Es versteht sich von selbst, daß im Zuge einer solchen Anwendung die Empfangsein­ richtung 41 und der Ein-/Ausgabeport 37 auch dazu mit­ benutzt werden können, um Informationen an den Fahrer des entsprechenden Fahrzeugs kodiert zu übermitteln.

Claims (9)

1. Einrichtung zur radiofrequent-drahtlosen Übertragung von Meßdaten von einem Fahrzeug, bestehend aus einem fahr­ zeugseitigen, sendenden Teil und einem ortsfesten, empfan­ genden Teil, wobei in beiden Teilen Mittel zur zeitgemulti­ plexten Zuordnung von Daten und Kanälen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im fahrzeugseitigen und ortsfesten Teil Schalt- und Steuermittel zur Zuweisung von Datensignalen zu Kanälen (13, 21) bzw. von Kanälen zu Datensignalen (28, 31) vorhan­ den sind, die besagte Zuweisungen auch bei Unterbrechung der Übertragungsstrecke zwischen beiden Teilen im Gleichtakt aufrechterhalten, und daß besagte Schalt- und Steuermittel hierfür wenigstens ein autonomes Zeit- bzw. Frequenznormal (in 21, 31) beinhalten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß besagte Schalt- und Steuermittel je einen Nor­ malzeitempfänger (20, 30) umfassen, welcher auf ein die logische Kanalzuweisung zeitlich beeinflussendes Element (21, 31; 21′) im Sinne einer Steuerung oder Nachregelung einer Zeitgröße wirkt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der fahrzeugseitige Teil eine Mehrzahl von modu­ lierbaren Oszillatoren (14.1 . . . 14.m) umfaßt, deren Signale einem Summiermittel (16) zuführbar und wenigstens mittel­ bar über eine gemeinsame Antenne (18) abstrahlbar sind und daß jedem der Oszillatoren als Modulationssignal jeweils nur das Signal eines Meßkanals zeitabschnittsweise zuführ­ bar ist, und daß der ortsfeste Teil eine Frequenzweiche (25) und eine dieser nachgeschaltete Mehrzahl von schmal­ bandigen Empfängern (27.1 . . . 27.m) umfaßt, deren demodu­ lierte Ausgangssignale jeweils zeitabschnittsweise indi­ viduellen Meßkanalausgängen (33.1 . . . 34.m) aufschaltbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der fahrzeugseitige Teil einen Mikrorechner (35) und einen Analog/Digitalwandler (36) mit einer Mehrzahl von Eingängen umfaßt, von letztwelchen jeder mit einem festen Meßkanal (11.1 . . . 11.m) dauernd verbunden ist, daß sie ferner eine besondere Empfangseinrichtung (41) umfaßt, über welche wenigstens Befehlssignale vom orts- festen Teil empfangbar, auswertbar und über einen Ein-/ Ausgabeport (37) an den Mikrorechner (35) übertragbar sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zur Modulation einer Mehrzahl von Oszilla­ toren vorgesehenen Mittel (40.2) im wesentlichen digitale sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß besagten im wesentlichen digitale Mitteln (40.2) zur Modulation einer Mehrzahl von Oszillatoren außer digi­ talisierten Daten über wenigstens einen Pfad (45.1, 45.2) auch noch wenigstens ein echtzeitverkettetes Taktsignal vom Mikrorechner (35) oder von besagten Schalt- und Steuermitteln (21′; 21′, 20, 19) zuführbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß dem Mikrorechner (35) in einem Festwertspeicher (38) abgelegte Programm-Module zur Datenreduktion zuge­ ordnet sind, welche durch besagte Befehlssignale in den RAM-Bereich (39) des Mikrorechners ladbar bzw. dort modi­ fizierbar bzw. dort durch andere Programme überschreibbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im Mikrorechner (35) zur Verringerung radiofre­ quenten Signalbandbreite ein Programm abwickelbar ist für
• - eine Verknüpfung der Daten einzelner Kanäle mitein­ ander, bevor die Modulation erfolgt, und/oder
• - eine Vorverarbeitung von Daten im fahrzeugseitigen Teil, und/oder
• - die Auswahl relevanter Daten für die Übertragung, und/oder
• - die Übertragung kohärenter Daten.

9. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß über die besondere Empfangseinrichtung (41) wenigstens einer der folgenden Befehle empfangbar und zu deren Ausführung an den Mikroprozessor (35) übertrag­ bar ist:
• - Veränderung der Übertragungsgeschwindigkeit;
• - Veränderung der Zahl bzw. Auswahl von Meßstellen;
• - Veränderung der Abfragesequenz der Meßstellen;
• - Umbelegung von Übertragungs-Trägerfrequenzen;
• - Wiederholung wenigstens einer Messung;
• - Abgabe einer Information an den Fahrzeugführer.