Beschreibung
Anordnung mit einem Registriergerät
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Registrierge¬ rät, insbesondere mit einem Fahrtschreiber für ein Kraftfahrzeug, mit einer Spannungsquelle, die das Registriergerät mit Energie versorgt, mit einem Sensor, der ein Signal an das Re¬ gistriergerät sendet, auf Basis dessen das Registriergerät Aufzeichnungen speichert, wobei verschiedene Module des Re¬ gistriergerätes Energie verbrauchen und abschaltbar sowie einschaltbar ausgebildet sind.
Anordnungen der eingangs genannten Art sind bereits aus der Verordnung der EWG 3821/85 über Kontrollgeräte im Straßenverkehr bekannt. Diese Geräte werden mittels der in dem Kraft¬ fahrzeug zum Betrieb elektrischer Vorrichtungen vorgesehenen Batterie betrieben. Da bei einer derartigen Energiequelle nicht die gleichen Voraussetzungen wie bei einem Netzan- Schluss hinsichtlich Stabilität und Ausfallsicherheit gegeben sind, muss ein Registriergerät besondere Vorkehrungen für Spannungs Schwankungen oder einen vollständigen Ausfall der Stromversorgung aufweisen, damit es in dem verhältnismäßig häufigen Fall derartiger Unregelmäßigkeiten nicht jedes mal zu einem Verlust bisheriger Aufzeichnungen oder gar zu einem Defekt des Gerätes kommt. Des Weiteren ist es wünschenswert, dass auch bei weit reichenden Schwankungen der Betriebsspannung nicht nur bisherige Aufzeichnungen erhalten bleiben, sondern auch solange wie möglich der Registrierbetrieb auf- rechterhalten wird. Hierbei ist darüber hinaus jedoch zu be¬ rücksichtigen, dass die stromversorgende Fahrzeugbatterie nicht primär die Funktion des Registriergerätes gewährleisten soll, sondern in erster Linie diejenige des Kraftfahrzeuges sicherzustellen hat. Daher darf insbesondere im Falle einer sich leerenden Batterie das Registriergerät nicht als leis¬ tungsintensiver Verbraucher den geschwächten Stromkreislauf belasten.
Angesichts dieser vielfältigen Problematik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Anordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzubilden, dass einerseits Spannungs Schwankungen und Unterbrechungen der Energieversor- gung den Betrieb der Anordnung im geringst möglichen Maße beeinträchtigen und andererseits eine nur instabile Energiever¬ sorgung nicht zu stark durch die Anordnung belastet wird.
Diese Aufgabe wird mittels einer Anordnung nach Anspruch 1 erfindungsgemäß gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vor¬ teilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt zum einen darin, dass im Falle einer Schwankung der Betriebsspannung, bei- spielsweise einer Absenkung derselben unter einen definierten Schwellwert, Module des Registriergerätes abgeschaltet werden und auf diese Weise der Betrieb des Registriergerätes die in¬ stabile Stromversorgung nicht zusätzlich belastet. Das Ab¬ schalten nur eines Teiles aller Module des Registriergerätes hat daneben den Vorteil, dass besonders wichtige Funktionen aufrechterhalten bleiben können. Auf diese Weise kann ein erfindungsgemäßes Registriergerät auch im Falle des Absinkens der Betriebsspannung die eigentliche Aufgabe des Registrie- rens bei nur geringer Leistungsaufnahme solange wie möglich fortsetzen. Gleichermaßen kann im Falle einer Überspannung, die bei einem Kraftfahrzeug häufig durch äußere Umstände ver¬ ursacht sein kann, eine Abschaltung eines Teiles der Module erfolgen, so dass zumindest besonders empfindliche Bauelemen¬ te keinen Defekt erleiden. Im Falle der Spannungsabsenkung ist es zweckmäßig, die besonders leistungsintensiven Verbrau¬ cher unter den Modulen des Registriergerätes abzuschalten, beispielsweise ein Anzeigemodul des Registriergerätes oder eine Beleuchtung einer Anzeige oder von Bedienelementen.
Hierbei ist es sinnvoll, wenn unter den Modulen, die jeweils einen unterschiedlichen Energieverbrauch aufweisen, die Module, die über einer bestimmten Grenzverbrauchsleistung liegen,
bei einem Abfall der Betriebsspannung abzuschalten. Diese besonders einfache Vorgehensweise kann mit Ausnahmen versehen werden für Module, deren Betrieb für die besonders wichtigen Aufgaben des Registriergerätes, beispielsweise der Speiche- rung von Aufzeichnungen, unentbehrlich ist. Im Einzelnen kann es zweckmäßig sein, wenn bestimmten Spannungsbereichen der Betriebsspannung bestimmte Betriebsmodi zugeordnet sind, die Module bestimmten Betriebsmodi zugeordnet sind, so dass dem aktuellen Betriebsmodus zugeordnete Module eingeschaltet und nicht zugeordnete Module abgeschaltet werden. In direkter Ab¬ hängigkeit von der Betriebsspannung erfolgt auf diese Weise das Wechseln des Betriebsmodus mit einer Optimierung in der Weise, dass bei sinkender Betriebsspannung unter einen bestimmten Schwellwert sequentiell energiesparendere Betriebs- modi aktiviert werden und bei steigender Betriebsspannung verbrauchsleistungsintensivere . Steigt die Betriebsspannung über die normale Betriebsspannung hinaus, kann in einem Überspannungsmodus die Abschaltung bestimmter elektronischer Komponenten erfolgen. Damit es hierbei nicht zu instabilen Zu- ständen infolge häufigen Wechseins des Betriebsmodus kommt, ist es sinnvoll, wenn die Spannungsbereiche, die bestimmten Betriebsmodi zugeordnet sind, von oberen und unteren Span¬ nungsschwellwerten begrenzt werden, die jeweils für eine ansteigende Spannung und eine sinkende Spannung im Sinne einer Hysterese einen jeweils anderen Wert aufweisen. Beispielswei¬ se kann dies bedeuten, dass der Übergang von dem normalen Betriebsmodus in einen Überspannungsbetriebsmodus bei steigen¬ der Spannung einen höheren Spannungsschwellwert aufweist als bei sinkender Spannung.
Eine Möglichkeit des Abschaltens von Modulen bei unter einem bestimmten Spannungsschwellwert sinkender Betriebsspannung besteht darin, dass das Registriergerät ein als Microcontrol¬ ler ausgebildetes Modul ausschaltet. Hierbei kann es sich auch um einen Microcontroller handeln, der die Vorgänge zentral steuert. Hierbei ist es sinnvoll, wenn das Registrierge¬ rät neben dem Microcontroller auch eine Systemuhr aufweist
und während eines Inaktivmodus, bei welchem der Microcontrol¬ ler nicht aktiv ist, die Systemuhr an den Microcontroller in periodischen zeitlichen Abständen einen Weckbefehl sendet, der das Registriergerät in einen Stromsparvormodus ver- setzt .Während des Stromsparvormodus wechselt der Micro¬ controller zwischen kurzer Aktivität und Inaktivität. Aus der Inaktivität wechselt der Microcontroller initiiert durch ei¬ nen Weckimpuls von einer Systemuhr in die Aktivität. Das Sys¬ temprogramm wechselt in den Stromsparvormodus, wenn über ei- nen bestimmten Zeitraum bestimmte Bedingungen gelten, insbesondere kein Fahrbetrieb des Fahrzeugs vorliegt und keine Be¬ dienaktionen stattfinden. Einerseits kann auf diese Weise eine erhebliche Energieeinsparung erzielt werden und andererseits ist es möglich, die wesentlichen Funktionen des Regist- riergerätes mit einer nur etappenweisen Aktivität des Mikro- kontrollers aufrechtzuerhalten. Während der Phasen der Aktivität des Microcontrollers ist es sinnvoll, wenn dieser nur Aufgaben erledigt, die bestimmte Notwendigkeitskriterien erfüllen bzw. eine entsprechend hohe Priorität aufweisen und mit der Zielsetzung der Energieersparnis die niedrig priori- sierten Aufgaben unbearbeitet lässt. Nach Erledigung der hoch priorisierten Aufgaben ist es sinnvoll, wenn der Microcontroller in den Inaktivmodus geht, vorausgesetzt, die Be¬ triebsspannung liegt über einem bestimmten Spannungsschwell- wert. Der Übergang in den Inaktivmodus kann mit Vorteil von weiteren Bedingungen abhängig sein, hierzu können zählen: Zündung des Kraftfahrzeuges ist ausgeschaltet, keine Kommuni¬ kation auf externen Diagnoseschnittstellen zu einem Prüfgerät oder Diagnosegerät, keine eingehenden Impulse des Bewegungs- gebers, die Spannungsversorgung des Bewegungsgebers ist in Ordnung, keine Ereignisanzeige (z.B. Anzeige von Fehlern), keine Datenkarte in Bearbeitung, Abschluss von Datenaufzeichnungen (Schreib- / Löschvorgang in einen Speicher) , Betriebsspannung innerhalb der Spezifikation des Tachographen, Gehäu- se des Tachographen nicht geöffnet, Tachograph befindet sich nicht in einer Betriebsart zur Inspektion oder Wartung, eine Bewertung von Aktivitäten nach EWG 3821/85 ist abgeschlossen
(z.B. 3-Minutenregel, 120s-Regel gemäß EWG 3821/85), ein Aus¬ druckvorgang eines angesteuerten Druckers ist beendet oder ein Downloadvorgang ist beendet.
Wird im Stromsparmodus ein Mikrocontollerbefehl "Power Down" gegeben, so bleibt eine Hauptschleife diese Betriebsmodus an dieser Stelle stehen und fährt dort nach dem Weckbefehl fort. Der Stromsparmodus ist unterbrechbar, dass heißt er kann verlassen werden entweder durch einen Hardware-Reset oder ei- nen Interrupt (fast external Interrupt) . Dieser Interrupt kann zweckmäßig sein: Zündung eingeschaltet, Takt der System¬ uhr, Betätigen einer beliebigen Taste, Öffnen des Gehäuses, Abfall der Betriebsspannung des Sensors, Signale vom Sensor, Abfall der Betriebsspannung des Tachographen.
Sinnvoll ist ein Wechsel in den Stromsparvormodus, wenn die Betriebsspannung so hoch ist, dass keine Gefahr besteht, die ungesicherten Daten zu verlieren. Bei zu niedrieger Spannung ist der Microcontroller bevorzugt aktiv zu schalten, da die- ser dann genauer den Zeitpunkt des Verschwindens der Be¬ triebsspannung feststellen und eine Speicherung dieses Zeitpunkts veranlassen kann. Diese Speicherung kann nach einem Neustart des Systems dann Anhaltspunkt für das Betriebspro¬ gramm sein, ob in dem Speicher ein Fehlereintrag erfolgen sollte.
Zu den hoch priorisierten Aufgaben des Microcontrollers während des Stromsparvormodus kann mit Vorteil die Speicherung aufgezeichneter Daten in einen internen Speicher des Regist- riergerätes zählen. Mit Vorteil kann es sich bei dem internen Speicher nur um eine Zwischenspeicherung dieser Daten handeln, insbesondere dann, wenn die endgültige Speicherung über eine Schnittstelle auf einen externen Speicher erfolgen soll und dieser Vorgang länger dauern würde.
Bei einem weiteren Absinken der Betriebsspannung unter einen niedrigeren bestimmten Spannungsschwellwert ist es zweckmä-
ßig, wenn das Registriergerät aus einem Normalbetriebsmodus in eine Rettungsmodus wechselt, eingangs dessen die einzelnen Module jeweils eine Datensicherung durchführen und nach abgeschlossener Datensicherung melden, dass die Datensicherung abgeschlossen ist. Der Vorteil einer solchen Rückmeldung liegt darin, dass ohne Datenverlust der Rettungsmodus einge¬ leitet werden kann und der Zeitpunkt der Meldung als derjenige der Unterbrechung der Spannungsversorgung festlegbar ist. Der Wechsel in den Sicherheitsmodus schränkt den Betrieb des Registriergerätes zusätzlich ein, so dass der Energieverbrauch des Registriergerätes reduziert ist.
Im Folgenden ist die Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels zur Verdeut- lichung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä¬ ßen Anordnung,
Figur 2 eine schematische Darstellung der softwareimplementierten Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Figur 3 eine Darstellung der Abhängigkeit der Betriebsmodi von der Betriebsspannung über die Zeit.
Figur 1 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Fahrtschreiber 2, einem Sensor S, einer Spannungsquelle 3, einem Controller A- rea Network (CAN), einem Getriebe 4 und einer Datenkarte 5. Der Fahrtschreiber 2 empfängt Signale des Sensors S, der eine Drehzahl n von Bauteilen des Getriebes 4 in Signalform überträgt. Ein Microcontroller MC wertet die Signale der Drehzahl n aus und übermittelt diese an einen internen Speicher MEM des Fahrtschreibers 2.
Der Fahrtschreiber 2 weist auf einer Frontseite 6 ein Anzeigemodul 7, zwei Kartenaufnahmemodule 8, in welche Datenkar-
ten 5 eingegeben werden können, ein Beleuchtungsmodul 9 zur Beleuchtung des Anzeigemoduls 7 und ein Stromversorgungsmo¬ dul 10 sowie ein Druckmodul 11 auf. Das Stromversorgungsmo¬ dul 10 verbindet oder unterbricht Verbindungen der Modu- Ie (7, 8, 9, MEM) zu der Stromquelle 3 infolge einer Ansteu¬ erung des Microcontrollers.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der verschiedenen Betriebsmodi SO - S2.6 sowie die möglichen Übergänge mit den hierfür erforderlichen Bedingungen (COO) - (C41) bzw. Ereig- nissen E. Ausgehend von unterbrochener Spannungsversorgung
(E: Power Off) wechselt der Betriebsmodus mit dem Einschalten des Fahrtschreibers 2 (E: Power Supplied) in einen Inaktiv- Betriebsmodus SO. Der Inaktiv-Betriebsmodus SO ist gekenn¬ zeichnet durch den nicht aktiv geschalteten Microcontroller MC. Übersteigt die Betriebsspannung U nach dem Einschalten einen bestimmten Schwellwert (E: (COO)) wechselt das Regist¬ riergerät von dem Betriebsmodus inaktiv SO in den Initiali¬ sierungsmodus Sl. In diesem Modus erfolgt keine Datenerfas¬ sung, so dass ein etwaiger Spannungsabfall unkritisch ist. Ist die Initialisierung abgeschlossen (E: (ClO)) wechselt das Registriergerät in einen Sicherheitsmodus S2.0, während des¬ sen sich die Betriebsspannung noch in einem unsicheren Bereich befinden kann und der Betrieb demzufolge eingeschränkt ist, wobei keine Datenspeicherung erfolgt. Stabilisiert sich die Betriebsspannung und übersteigt sie einen gewissen
Schwellwert, wechselt das Registriergerät in den Sicherheits- vorbereitungsmodus S2.1, während dessen weiterhin größere Stromverbraucher abgeschaltet sind, die Datenspeicherung jedoch bereits erfolgt. Übersteigt die Betriebsspannung U einen weiteren höheren Schwellwert, wechselt das Registriergerät in den Normalmodus S2.2, in welchem sämtliche Module der Anord¬ nung dem normalen Betrieb nachgehen. Kommt es nun zu einer Überspannung, wechselt das Registriergerät in den Überspannungsmodus S2.6, während dessen zur Vermeidung von Zerstörun- gen der Betrieb dahingehend eingeschränkt wird, dass bestimm¬ te Bauteile von der Spannungsquelle 3 getrennt werden. Hier¬ bei werden in erster Linie die starken Verbraucher von der
Spannung getrennt, da die Verlustleistung in dem Gerät sonst kritische Werte übersteigt und thermisch verursachte Schäden eintreten können.
Kommt es ausgehend von dem Normalmodus S2.2 zu einem Span¬ nungsabfall unter einen bestimmten Spannungsschwellwert, wechselt das Registriergerät in den Sicherheitsvorbereitungs- modus S2.1 und bei fortgesetztem Spannungsabfall zunächst in den Sicherheitsmodus S2.0, nachdem eine positive Rückmeldung betreffend die Datensicherung vorliegt, und bei weiterem
Spannungsabfall findet ein Wechsel in den Inaktiv-Modus SO statt. Ausgehend von dem Normalmodus S2.2 geht das Gerät in den Stromsparvormodus S2.3 über, wenn alle aufgerufenen Modu¬ le Bereitschaft hierfür melden. Sobald diese Bedingung der Bereitschaft nicht mehr erfüllt ist, wird in den Normalmodus S2.2 zurückgewechselt. Wesentliche Bedingung für die Bereit¬ schaft ist die Datensicherung. Solange die Bereitschaft für den Stromsparvormodus vorliegt, wechselt das System in zeit¬ lich periodischer Folge zwischen dem Inaktiv-Modus SO und dem Stromsparvormodus S2.3. Der Wechsel von dem Inaktiv-Modus SO in den Stromsparvormodus S2.3 erfolgt hierbei mittels eines Weckbefehls WUP, den eine Systemuhr CLK regelmäßig an den Microcontroller MC sendet und damit auffordert, in den Stromsparvormodus S2.3 zu wechseln.
Figur 3 zeigt beispielhaft einen Spannungsverlauf über die Zeit und die jeweils auf Grund des Überschreitens oder Unter- schreitens bestimmter Spannungs schwellwerte ausgelösten Wech¬ sel der Betriebsmodi. Ausgehend von dem Normalmodus S2.2 fällt die Spannung auf einen ersten Spannungs schwellwert
USFPMl ab, wodurch ein Spannungsausfallinterrupt bei dem Mic¬ rocontroller MC ausgelöst wird. Das Unterschreiten des Spannungsschwellwertes USFPMl bewirkt einen Wechsel in den Si- cherheitsvorbereitungsmodus S2.1, während dessen größere Stromverbraucher abgeschaltet sind und eine Datensicherung erfolgt. Der fortschreitende Spannungsabfall auf den zweiten Spannungs schwellwert USFMl hat zur Folge, dass das Regist-
riergerät in den Sicherheitsmodus S2.0 geht, in dem der Be¬ trieb eingeschränkt ist und keine Datensicherung erfolgt. Mit Unterschreiten der Betriebsspannung des Spannungsschwellwertes URSSl begibt sich die Anordnung in den Inaktiv-Modus SO, was die Deaktivierung des Microcontrollers MC bewirkt. Der darauf folgende Anstieg der Betriebsspannung über den Spannungsschwellwert URSS2 lässt das Registriergerät wieder in den Sicherheitsmodus S2.0 wechseln, wobei der Spannungs¬ schwellwert URSS2 über dem Spannungsschwellwert URSSl liegt, was ein permanentes Wechseln bei einem Fahren der Betriebs¬ spannung in einem Schwellwertbereich verhindert. Dieses Verhalten ist bei dem nachfolgenden Anstieg und Abfall über und unter den Spannungsschwellwert USFMl zu beobachten, was kei¬ nen Wechsel des Betriebsmodus bewirkt. Erst das Übersteigen der Betriebsspannung über einen Schwellwert USFM2 bewirkt einen Wechsel in den Sicherheitsvorbereitungsmodus S2.1. In gleicher Weise ist das Hystereseverhalten auch in dem anschließenden Abschnitt der Aufzeichnung ablesbar. Der nachfolgende Verlauf bis zum Erreichen des Normalmodus S2.2 ent- spricht prinzipiell dem schon beschriebenen Verhalten der Registrieranordnung, wobei klar ablesbar ist, dass das Wechseln der Betriebsmodi nahezu ausschließlich von der Höhe der Betriebsspannung abhängig ist und die Dauer der Aufenthalte in den Betriebsmodi demnach spannungsgesteuert sind. Ausgehend von dem Normalmodus S2.2 bewirkt abschließend das Überschrei¬ ten eines Spannungsschwellwertes UOVM2, dass die Anordnung in den Überspannungsmodus S2.6 wechselt und bestimmte Module von der Spannungsversorgung getrennt werden.