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Allgemeiner
Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektronische Schaltungen für den Einsatz
in Automobilen und insbesondere eine Vorrichtung und Verfahren zum Verarbeiten
elektronischer Automobilsignale während der Perioden niedriger
Systemspannung.
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In
den letzten Jahren hat die Anzahl der elektronischen Signale in
einem Automobil drastisch zugenommen. Diese große Anzahl von Signalen wird durch
die Verwendung von Signalintegrationshubs verwaltet, die Steckverbinder
zum Aufnehmen von Leitern von verschiedensten Sensoren und Aktuatoren
und einen Mikroprozessor zum Verarbeiten derartiger Signale aufweisen.
Die Automobilinstrumentengruppe wird einerseits als ein Signalintegrationshub
oder -knoten verwendet, weil eine große Anzahl von Aktuatoren, wie
zum Beispiel elektronische Messelemente, Lampen und Signaltöne, dort
vorkommen, und weil sie an einem geschützten Ort im Armaturenbrett
in der Nähe
des Motorraums ist. Andere Stellen für die Einbauorte des Signalintegrationshubs sind
ebenfalls möglich.
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Während des
Anlassens des Automobilmotors oder zu anderen Zeiten von hohem Strombedarf kann
sich die Standardsystemspannung von ungefähr zwölf Volt verringern. Eine niedrige
Systemspannung kann die digitalen Eingangsschaltungen und das Ausgangssignal
von Automobilsensoren beeinflussen, die sich auf diese Spannung
als eine implizite Referenz verlassen. In diesen Eingangsschaltungen
und Sensoren kann sich der Zustand des digitalen Ausgangssignals
oder des Ausgangssignals vom Sensor ändern, wenn die Systemspannung
abnimmt. Die durch die Systemspannung verursachten Änderungen
können
von einem Mikrocontroller an dem Signalintegrationshub als eine Änderung
des Zustands der erfassten Größe interpretiert
werden und können zur
falschen Steuerung der Aktuatoren führen.
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Die
elektronischen Signale in einem Automobil können frei in "Gerätesignale", die bestimmt sind, um
den Betrieb des Automobils zu erweitern oder zu vereinfachen oder
seine Nutzung angenehmer zu machen, und in "notwendige Funktionssignale", die mit der Sicherheit
oder gesetzlich verbindlichen Ausrüstungen verbunden sind, unterteilt
werden. Wohingegen die Gerätesignale
die momentane Unterbrechung während
der Bedingungen niedriger Systemspannung tolerieren können, passen
sich die notwendigen Funktionssignale der Unterbrechung weniger
an und sind bestimmt, um sogar bei niedrigen Systemspannungen zu
arbeiten.
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Gewöhnlich sind
die Kosten des Bereitstellens des fehlerfreien Niederspannungsbetriebs
für Gerätesignale
nicht gerechtfertigt. Nichtsdestoweniger, weil sowohl die Gerätesignale,
als auch die notwendigen Funktionssignale in der Regel an einem einzelnen
Integrationshub gemischt werden, richten die Hersteller den Blick
entweder auf das Bereitstellen der Schaltungsanordnung zur Kompensation niedriger
Spannung für
alle Arten von Signalen oder das Akzeptieren gelegentlicher falscher
Signale von ungeschützten
Gerätesignalen
während
der Perioden niedriger Systemspannung. Diese Störsignale können ungefährliche, aber falsche Aktivierungen von
Signaltönen,
Glühlampen,
Messelementen und dergleichen erzeugen.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
betreffenden Erfinder haben erkannt, dass der Mikrocontroller an
dem Integrationshub oder -knoten (hiernach Integrationshub) einbezogen werden
kann, um zwischen Gerätesignalen
und notwendigen Funktionssignalen zu unterscheiden und um die erstgenannten
gegen Änderungen
während der
Perioden niedriger Systemspannung zu verriegeln, ohne dass eine
zusätzliche
Schaltungsanordnung erforderlich ist. Der Mikroprozessor kann die Systemspannung überwachen,
um eine niedrige Systemspannung zu erkennen. Durch "Verriegeln" der Signale von
Gerätesensoren
oder ihren Eingangskreisen während
der Perioden niedriger Systemspannung wird der letzte zulässige Wert
dieser Signale bewahrt.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die Ansprüche 1 und 8 definiert.
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Speziell
stellt die vorliegende Erfindung einen Integrationshub bereit, der
Anschlüsse
aufweist, die Sensorsignale und elektrische Leistung von dem Batterie-/Ladersystem
eines Kraftfahrzeugs empfangen. Ein Spannungssensor kommuniziert
mit dem Anschluss zu der elektrischen Leistung, um einen Messwert
der Spannung der elektrischen Leistung an die Sensoren bereitzustellen.
Im Allgemeinen kann dieser Messwert ein digitalisierter analoger
Wert oder ein einzelnes digitales Bit sein, das die relativen Werte
der Spannung und einen Schwellwert anzeigt. Ein Mikrocontroller
wertet den Messwert einer Spannung aus, um zu bestimmen, ob die
Spannung über
einem vorbestimmten Schwellwert ist, und wenn sie es ist, benutzt
er die Sensorsignale für
Steuerungsfunktionen und speichert die Werte der Sensorsignale. Wenn
der Messwert der Spannung nicht über
dem vorbestimmten Schwellwert ist, benutzt der Mikrocontroller die
gespeicherten Werte der vorherigen Sensorsignale für die Steuerungsfunktionen.
Ein entsprechendes Verfahren wird ebenfalls bereitgestellt.
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Daher
ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Einfluss von falschen Signalen
von Sensoren oder ihren Eingangskreisen zu verringern, die durch
Bedingungen niedriger Spannung verursacht werden. Einbegriffen in
der vorliegenden Erfindung ist die Erkennung, dass der wahre Wert
des Sensors wahrscheinlich sein letzter Wert vor der Bedingung niedriger Spannung
sein muss.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verringern
des Einflusses eines falschen Signals bereitzustellen, das in einem
Mikrocontroller ohne den Preis einer zusätzlichen Schaltungsanordnung
realisiert werden kann und welches jedoch selektiv auf die Gerätesignale
und nicht auf die notwendigen Funktionssignale angewendet werden
kann.
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Der
Mikrocontroller kann die Sensorsignale "entprellen", bevor sie für Steuerungsfunktionen verwendet
werden oder ihre Werte gespeichert werden. Prellen bezieht sich auf
eine Bedingung eines schwankenden Zustands, der sofort nach einer Änderung
des Zustands eines Sensors auftritt, der in der Regel, aber nicht
immer, mit mechanischer Vibration in einer Einheit zum Herstellen
und Unterbrechen der Kontakte verbunden ist. Das Entprellen kann
periodische Abtastwerte der Sensorsignale ermitteln und auf eine
vorbestimmte Anzahl von Folgeabtastwerten eines konsistenten Wertes
prüfen.
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Daher
ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, ein System bereitzustellen,
das ohne weiteres mit herkömmlichen
Entprellverfahren und -algorithmen integriert werden kann.
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Der
Mikrocontroller kann die gespeicherten Werte der Sensorsignale auf
vorbestimmte Werte initialisieren. Die vorbestimmten Werte können Werte sein,
welche Fehlauslösungen
unter den meisten Umständen
minimieren.
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Daher
ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, effektiv zwei Schätzwerte
des Zustands der Signale von Gerätesensoren
bereitzustellen, die während
der Bedingungen niedriger Systemspannung verwendet werden können, einen
Schätzwert
auf der Basis des letzten Messwertes des Signals und einen Standardschätzwert,
wenn noch kein Messwert auf der Basis eines Standardsignals bestimmt
wurde.
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Die
vorhergehenden und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung ersichtlich. In der Beschreibung
wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, welche einen
Teil hiervon bilden und in welchen als Beispiel eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung dargestellt ist. Eine derartige Ausführungsform
stellt jedoch nicht zwangsläufig
den ganzen Anwendungsbereich der Erfindung dar und es muss Bezug
auf die Ansprüche
hierin zum Interpretieren des Anwendungsbereichs der Erfindung genommen
werden.
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Kurzbeschreibung
der mehreren Ansichten der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen zeigen:
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1 – eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Instrumentengruppe
und ihre zugeordnete Leiterplatte, die als ein Signalintegrationshub
verwendet wird;
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2 – ein
schematisches Schaubild der Schaltungsanordnung des Integrationshubs
von 1, das einen Mikrocontroller mit
Eingangskreisen zeigt, die Signale von verschiedene Gerätesensoren
und notwendigen Funktionssensoren empfangen, um Steuersignale an
verschiedene Aktuatoren bereitzustellen;
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3 – ein
Ablaufdiagramm eines Programms, das durch den Mikrocontroller von 1 und 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt wird.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Bezug
nehmend nun auf 1, kann ein Signalintegrationshub 10 auf
einer Leiterplatte 12 bereitgestellt werden, der einen
Teil der Instrumentengruppe 14 des Fahrzeugs bildet. Die
Leiterplatte 12 kann hinter einer Verkleidung 28 der
Instrumentengruppe unterstützt
werden, die Öffnungen 30 zum Aufnehmen
und Anzeigen von Messelementen 22 und Lampen 26 aufweisen.
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Mit
Bezug auf 2 kann die Leiterplatte 12 einen
Mikrocontroller 32 beinhalten, der über Leiterbahnen 20' mit verschiedenen
Aktuatoren 44, einschließlich Fahrzeugmesselementen 22,
elektronischen Signaltönen 24 und
Lampen 26 kommuniziert, welche auf der Leiterplatte 12 montiert
und direkt daran angeschlossen sein können. Der Mikrocontroller 32 kann
ebenfalls mit Gerätesensoren 34 und
der notwendigen Funktion 36, die sich außerhalb
der Leiterplatte 12 befindet, kommunizieren. Diese Sensoren 34 und 36 werden
mit dem Mikrocontroller 32 über Leiter 20 verbunden,
die mit den Steckverbindern 18 verbunden sind, die durch
entsprechende Steckverbinder 16 auf der Leiterplatte 12 aufgenommen
werden. Die Signale von Gerätesensoren 34 und
notwendigen Funktionssensoren 36 können durch die Eingangskreise 40 hindurchgehen,
bevor sie von dem Mikrocontroller 32 empfangen werden, der
Batteriespannungsreferenz, Grundfilterung oder Spannungsklemmung
bereitstellt, wie es auf dem Fachgebiet gut bekannt ist.
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Der
Mikrocontroller 32 beinhaltet im Allgemeinen einen Mikroprozessor 31 und
den zugeordneten Speicher 29 und kann verschiedene andere Bauelemente
wie Oszillatoren, Zeitgeber, Multiplexereingangsschaltungen und
Analog-Digital-Wandler und Digital-Analog-Wandler beinhalten, um ihm erlauben,
verschiedene elektrische Eingangssignale von den Gerätesensoren 34 und
notwendigen Funktionssensoren 36 zu empfangen und zu verarbeiten und
Ausgangssignale an die Aktuatoren 44 zu erzeugen. Für diesen
Zweck geeignete Mikrocontroller sind von mehreren Lieferanten kommer ziell
erhältlich.
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Sobald
durch den Mikrocontroller empfangen, werden die Eingangssignale
von den Gerätesensoren 34 und
notwendigen Funktionssensoren 36 gemäß einem Steuerprogramm 47,
das im Speicher 29 enthalten ist, verarbeitet. Das Steuerprogramm 47 kann
auf die Eingangssignale von Gerätesensoren 32 und
notwendigen Funktionssensoren 34 und seine eigene Steuerlogik
reagieren, um die Aktuatoren 44 zu betätigen. Eine zusätzliche
Ausgangssignal-Verarbeitungsschaltung, zum Beispiel Pufferverstärker 46,
können
längs der
Leiter 20 und 20' zwischen
dem Mikrocontroller 32 und den Aktuatoren 44 zwischengeschaltet
werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen Spannungsmesswert 48 bereit,
der an den Mikrocontroller 32 eingegeben wird, der eine
Systemspannung der Batterie 38, wie an die Leiterplatte 12 durch
einen Leiter 20 bereitgestellt wird, misst. Dieser Spannungsmesswert 48 kann
ein Mehrbitwert sein, der durch einen anwendungsspezifischen Analog-Digital-Wandler 50 (wie
dargestellt) extern oder intern an den Mikrocontroller 32 bereitgestellt
wird oder kann ein einzelnes Bit sein, das das Ergebnis eines Vergleichs
einer Spannungsreferenz mit der Batteriespannung angibt. Die Batteriespannung
wird ebenfalls an den Mikrocontroller 32 zum Speisen desselben
bereitgestellt, aber erst nach Regelung, Filterung und Klemmung,
die durch die auf dem Fachgebiet gut verstandene Schaltungsanordnung 51 bereitgestellt
werden. Die Spannung, die schließlich vom Mikrocontroller 32 zur
Speisung empfangen wird, wird getrennt und folglich oft zu der Systemspannung
nicht in Beziehung gesetzt.
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Die
Gerätesensoren 34 und
notwendigen Funktionssensoren 36 können die Systemspannung, wie
durch den Spannungsmesswert 48 gemessen wurde, empfangen
und sie als eine Referenz für
ihre Ausgänge
verwenden, wie an den Mikrocontroller 34 übertragen
wurde, oder können
die Systemspannung als eine Referenz für ihren Eingangskreis 40 verwenden.
Eine Erniedrigung der Systemspannung entweder durch Aufladungsmangel
der Batterie 38 oder hohen Strombedarf von anderen Vorrichtungen,
wie zum Beispiel dem Fahrzeuganlasser, kann folglich fälschlicherweise
niedrige Ausgangssignale an den Mikrocontroller 34 von
den Geräteeingangskreisen 40 oder
Sensoren 34 hervorrufen. Im Allgemeinen sind die notwendigen
Funktionssensoren 36 viel indifferenter gegenüber der
Systemspannung entweder durch die Konstruktion des Sensors oder
durch die spezielle Vorverarbeitungsschaltung 41, die mit den
Geräte- Sensoren 34 nicht
verwendet wird.
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Die
vorliegende Erfindung spricht das Problem der Fehlzustände vom
Eingangskreis 40 oder der fehlerhaften Ausgangssignale
von den Gerätesensoren 34 durch
eine Modifikation des Steuerprogramms 47 an, das im Speicher 29 enthalten
ist. Mit Bezug nun auf 3 werden in
einem Anfangsschritt des Steuerprogramms 47, der durch
den Prozessblock 49 dargestellt ist, Standardwerte in Variablen im
Speicher 29 angeordnet, die jedem der Gerätesensoren 34 entsprechen.
Diese Standardwerte werden im Allgemeinen so ausgewählt, um
keinen Alarmzustand für
Messelemente 22, Signaltöne 24 oder Lampen 26 bereitzustellen,
können
aber jeder Standardwert sein, der unter den erwarteten Umständen als
wünschenswert
angesehen wird, unter welchen eine niedrige Systemspannung auftreten
wird.
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An
einem ersten Entscheidungsblock 51 des Steuerprogramms 47 wird
der Spannungsmesswert 48 abgefragt und der Mikrocontroller 32 bestimmt,
ob die Systemspannung zu den verschiedenen Sensoren 34 und 36 über oder
unter einem vorbestimmten Schwellwert, in der Regel neun Volt, ist.
Wenn die Systemspannung unter dem Schwellwert ist, dann wird ein
Merker für
niedrige Spannung gesetzt, dargestellt durch den Prozessblock 52.
Der Merker für niedrige
Spannung besteht aus einem Bit im Speicher 29. Alternativ,
wenn die Spannung über
dem Schwellwert ist, wird der Merker für niedrige Spannung an dem
Prozessblock 54 gelöscht.
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In
jedem Fall fährt
das Steuerprogramm 47 dann mit dem Prozessblock 56 fort,
wo die Eingangssignale auf den Leitern 20 von den Gerätesensoren 34 und
notwendigen Funktionssensoren 36 abgetastet werden. Am
nachfolgenden Entscheidungsblock 58 wird der Merker für niedrige
Spannung abgefragt und wenn er nicht gesetzt ist, was angibt, dass
ausreichende Spannung an die Gerätesensoren 34 bereitgestellt
wird, fährt
das Steuerprogramm 47 mit dem Prozessblock 60 fort
und die Eingangssignale werden entprellt und gespeichert. Das Entprellen
erfordert das Ermitteln aufeinanderfolgender Abtastwerte von den
Eingängen,
bis eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtastwerten
einen konsistenten Wert zeigt, und das Annehmen dieses konsistenten
Wertes als das entprellte Eingangssignal.
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Andererseits,
wenn am Entscheidungsblock 58 der Merker für niedrige
Spannung gesetzt ist, der angibt, dass die Ausgangssignale von den
Gerätesensoren 34 fehlerhaft
sein können,
werden dann am nachfolgenden Prozessblock 62 die letzten
gespeicherten Werte für
jeden der Gerätesensoren 34 gelesen.
Im Idealfall sind die letzten gespeicherten Werte die Werte, die
im Prozessblock 60 in einem vorherigen Zyklus des Steuerprogramms 47 gesichert
wurden. Sie können
jedoch auch die Standardwerte sein, die im Prozessblock 49 festgelegt
werden, wenn sich kein vorheriger Zyklus des Programms ereignete.
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Am
nachfolgenden Prozessblock 64 werden die Eingangssignale
für die
Gerätesensoren 34 durch ihre
letzten gespeicherten entprellten Werte ersetzt. Wie durch den nächsten Prozessblock 66 für die notwendigen
Funktionssensoren 36 dargestellt, werden die aktuellen
entprellten Werte ihrer Signale unter der Voraussetzung verwendet,
dass die niedrige Systemspannung diese Eingangssignale aus den oben
beschriebenen Gründen
nicht beeinflusst.
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Am
Prozessblock 70 wird das normale Verarbeiten der Eingangssignale
von den Gerätesensoren 34 und
den notwendigen Funktionssensoren 36, wie oben modifiziert,
gemäß der normalen
Arbeitsweise des Steuerprogramms abgearbeitet. Während Bedingungen normaler
Systemspannung werden alle Eingangssignale entprellt und direkt
verwendet, wohingegen bei Bedingungen niedriger Systemspannung die
letzten entprellen Eingangssignale während eines Zustands normaler
Systemspannung verwendet werden, um die unverarbeiteten Eingangswerte
nur für
die Gerätesensoren 34 zu
ersetzen. Die Eingangssignale von den notwendigen Funktionssensoren 36,
welche direkt nach dem Entprellen verwendet werden.
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Die
obige Beschreibung war die einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Für
den Fachmann wird es erscheinen, dass viele Modifikationen durchgeführt werden
können,
ohne von der Erfindung abzuweichen.