L0 Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts
Stand der Technik
L5 Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur
Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs .
10 Es ist bereits bekannt, spezielle Datentelegramme zu benutzen, um zwischen einem Sensor und einem Prozessor in einem Steuergerät Daten zu übertragen.
Vorteile der Erfindung
25
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein
SO Schnittstellenbaustein vorhanden ist, der erste
Datentelegramme von mehreren Fahrzeugsensoren empfangen kann und aus den ersten Datentelegrammen die Daten entnimmt, umformatiert und in zweite Datentelegrammen zu dem Prozessor innerhalb des Steuergeräts synchron weiter versendet. Damit
55 ist es möglich, verschiedene Sensoren gleichzeitig Daten zu
dem Steuergerät übertragen zu lassen, wobei unterschiedliche Formate für die einzelnen Datentelegramme zwischen dem Schnittstellenbaustein und den Sensoren verwendbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher äußerst flexibel und 5 erweiterbar.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch L0 angegebenen Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen
Fahrzeugsensoren und einem Prozessor eines Steuergeräts möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Datenfeld des zweiten L5 Datentelegramms gegebenenfalls durch Nullen aufgefüllt wird, wenn im jeweiligen Datentelegramm vom Sensor weniger Daten enthalten waren, als das Datenfeld Platz aufweist. Damit ist vorteilhafterweise immer das gleiche Datentelegrammformat für den Prozessor verwendbar. Dies führt zu einer 20 vereinfachten Datenverarbeitung.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass ein Speicher des Schnittstellenbausteins vorhanden ist, der zur Zwischenspeicherung von Sensordaten verwendet wird, so dass
25 ein Prozessor alte oder neue Sensordaten abrufen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Sensor ausfällt und damit die vorhergehenden Sensordaten noch für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen. Dieser Fall kann insbesondere bei einem Crash vorkommen, bei dem im Fahrzeug
30 peripher angeordnete Fahrzeugsensoren durch einen Aufprall beschädigt werden.
Es ist schließlich auch von Vorteil, dass der Schnittstellenbaustein die Datentelegramme von den 35 Fahrzeugsensoren in 13-Bit-Datenrahmen empfängt und dabei
die Flanken der Datentelegramme auszählt, um die Datentelegramme zu erkennen.
Die Fahrzeugsensoren werden vorteilhafterweise von dem Schnittstellenbaustein mit elektrischer Energie versorgt, wobei dann die Datenübertragung durch eine Strommodulation auf dem zu Energieversorgung dienenden Gleichstrom dient. Die Strommodulation ist gegenüber EMV-Problemen unempfindlicher. Weiterhin wird eine Manchestercodierung verwendet, so dass nur zwei verschiedene Strompegel verwendet werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahren, Figur 3 ein Datentelegrammrahmen eines Sensors, Figur 4 die Zuordnung der Daten auf ein SPI-Datenfeld, Figur 5 einen SPI- Datenrahmen und Figur 6 eine SPI-Leitung.
Beschreibung
Durch die zunehmende Integration von immer mehr Sensoren in das Kraftfahrzeug, die zur Sensierung für einen Fahrzeugaufprall verwendet werden, ist es notwendig, auch für zukünftige Sensoren mit geänderten Datentelegrammen die Möglichkeit zu eröffnen, dem Prozessor eines vorhandenen
Steuergeräts Daten zu übertragen. Dafür wird erfindungsgemäß ein Schnittstellenbaustein vorgesehen, der die einzelnen Datentelegramme von den Fahrzeugsensoren empfängt und die Daten in SPI (Serial Peripheral Interface) Datentelegramme umformatiert, um sie dann in solchen SPI-Datentelegrammen an
den Prozessor zu übertragen. Dabei ist der
Schnittstellenbaustein vorteilhafterweise mit einem Speicher verbunden, der Sensordaten zwischenspeichert und es ein Altersbit ermöglicht, dass der Prozessor auswählt, ob die 5 aktuellen Sensordaten oder die vorangegangenen Sensordaten zu ihm übertragen werden. Die SPI-Datentelegramme werden daher nicht nur vom Schnittstellenbaustein zu dem Prozessor übertragen, sondern auch umgekehrt.
L0 Die SPI (Serial Peripherial Interface) -Übertragung ist die
Datenübertragung zwischen einem Master, einem Prozessor, und mehreren Slaves, das sind die einzelnen Bausteine in einem Steuergerät wie der erfindungsgemäße Schnittstellenbaustein oder eine Zündkreisansteuerung, die zur Überwachung und
L5 Zündung der Zündmittel für die Rückhaltemittel verwendet wird. Die SPI-Übetragung ist eine bidirektionale und synnchrone Übertragung. Figur 6 zeigt eine SPI-Leitung, die selbst fünf einzelne Leitungen aufweist. Da es sich um eine synchrone Übertragung handelt, ist eine Taktleitung mit Clk
-0 gekennzeichnet vorhanden. Für die Datenübertragung von dem Master zu einem Slave ist die MOSI (Master-Out-Slave-In) - Leitung vorhanden, für die Datenübertragung von einem Slave zu dem Master ist hingegen die MISO (Master-In-Slave-Out) - Leitung vorhanden. Um den entsprechenden Slave auszuwählen,
15 wird die CS (Chip Select) Leitung verwendet. Um die SPI-
Datenübertragung freizugeben, wird eine Enable-Leitung, hier mit EN gekennzeichnet, verwendet. Die SPI-Leitung geht vom Master aus und verzweigt sich dann zu den einzelnen Slaves, wobei die SPI-Leitung aber immer die fünf einzelnen
50 Leitungen aufweist.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Ein Sensor 1, beispielsweise ein Beschleunigungssensor, als peripherer Sensor ist über einen 55 Datenausgang an einen ersten Dateneingang eines
Schnittstellenbausteins 3 angeschlossen. Ein Sensor 2, hier ein Drucksensor, ist über einen zweiten Eingang des Schnittstellenbausteins 3 mit dem Schnittstellenbaustein 3 verbunden. Der Schnittstellenbaustein 3 weist einen Speicher 5 4 auf. Über einen ersten Datenein-/-ausgang ist der
Schnittstellenbaustein 3 mit einem Prozessor 5 verbunden. Dabei wird hier eine SPI-Leitung 6 eingesetzt. Die SPI- Leitung 6 verzweigt sich vom Prozessor 5 auch zu einer Zündkreisansteuerung 51. Der Prozessor 5, der
L0 Schnittstellenbaustein 3, die SPI-Leitung 6, die
Zündkreisansteuerung 51 und der Speicher 4 sind Elemente eines Steuergeräts 7. Das Steuergerät 7 wird hier für die Steuerung von Rückhaltesystemen eingesetzt. Es sind jedoch auch andere Anwendungsgebiete denkbar.
L5
Der Schnittstellenbaustein 3 weist Mittel zur Datenübertragung und Mittel zur Signalverarbeitung auf, um die Aufgabe der Umformatierung vornehmen zu können. Dafür liegen eine Synchronisation, eine Ablaufsteuerung und der
20 Speicher 4 vor. Weiterhin weist der Schnittstellenbaustein 3 eine Stromquelle auf, um die Fahrzeugsensoren 1 und 2 mit elektrischer Energie zu versorgen.
Die Verbindung zu den Sensoren 1 und 2 kann auch über einen 25 Bus realisiert sein, wobei neben den Sensoren 1 und 2 auch weitere Sensoren an den Schnittstellenbaustein 3 anschließbar sind. Die Sensoren 1 und 2 übertragen ihre Sensordaten asynchron in Datentelegrammen an den Schnittstellenbaustein 3, der aus diesen Datentelegrammen 50 die Nutzdaten entnimmt und in SPI-Datentelegramme umformatiert, die dann über die SPI-Leitung 6 an den Prozessor 5 übertragen werden. Die Sensoren 1 und 2 beginnen sofort mit ihrer asynchronen Datenübertragung, sobald sie mit Energie versorgt werden. Die Energieversorgung findet 55 hier über die Leitungen von dem Schnittstellenbaustein 3 zu
den Sensoren 1 und 2 statt. Dabei wird hier ein Gleichstrom verwendet, auf dem dann die Sensoren ihrer Daten modulieren. Hier wird dabei eine Manchestercodierung verwendet, bei der zwischen zwei Strompegeln hin- und hergeschaltet wird. Es 5 findet also abgesehen von der Energieversorgung nur eine unidirektionale Datenübertragung von den Sensoren 1 und 2 zu dem Schnittstellenbaustein 3 statt.
Dabei nimmt der Schnittstellenbaustein 3 eine L0 Zwischenspeicherung der empfangenen Sensordaten eines
Datentelegramms im Speicher 4 vor, so dass für den Prozessor 5 jeweils die aktuellen Sensordaten eines Sensors und die vorangegangenen Sensordaten im Speicher 4 im Schnittstellenbaustein 3 vorliegen. Damit kann der Prozessor L5 5 bei einem Verlust des Sensors auf die Sensordaten zugreifen, die der Sensor vor seinem Ausfall noch erzeugt hatte.
In Figur 2 ist als Flußdiagramm der Ablauf der 20 erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In
Verfahrensschritt 8 senden die Sensoren 1 und 2 in ersten Datentelegrammen asynchron ihre Sensordaten an den Schnittstellenbaustein 3, nachdem sie über die Leitung, über die die Datentelegramme versendet werden, mit elektrischer 25 Energie versorgt wurden. Es findet demnach eine Powerline- Datenübertragung statt. In Verfahrensschritt 9 erkennt der Schnittstellenbaustein 3 anhand des Durchzählens der Flanken der Impulse die einzelnen Datentelegramme. Dabei ist es hier möglich, dass der Schnittstellenbaustein 3 durch weitere 50 Signale davon informiert wird, welche Sensoren Datentelegramme senden.
In Verfahrensschritt 10 speichert der Schnittstellenbaustein 3 die Sensordaten im Speicher 4 ab, wobei er jeweils für 55 jeden Sensor 1 und 2 den aktuellen Sensorwert und den
vorangegangenen Sensorwert abspeichert. In Verfahrensschritt 14 wird nun überprüft, ob die neuesten Sensordaten oder die vorangegangenen Sensordaten aus dem Speicher 4 in SPI-Rahmen synchron über die SPI-Leitung 6 an den Prozessor 5 übertragen werden sollen. Dies wird daran erkannt, ob der Prozessor 5 ein Altersbit über ein SPI-Datentelegramm über die MOSI-Leitung gesetzt hat oder nicht. Ist das der Fall, dann holt der Schnittstellenbaustein 3 aus dem Speicher 4 in Verfahrensschritt 16 die neuesten Daten. Ist das nicht der Fall, dann holt in Verfahrensschritt 15 der
Schnittstellenbaustein 3 die vorangegangenen Sensordaten aus dem Speicher 4.
In Verfahrensschritt 11 erfolgt die Umformatierung der Daten durch den Schnittstellenbaustein 3, indem der
Schnittstellenbaustein 3 die Sensordaten in die Datenfelder von SPI-Rahmen überträgt und gegebenenfalls Leerstellen im SPI-Datenfeld durch Nullen auffüllt. Die Nullen sind vom Prozessor 5 als Leerinformationen erkannt. Mit den ausgewählten Sensordaten erfolgt in Verfahrensschritt 12 die Übertragung in einem SPI-Datentelegramm. In Verfahrensschritt 13 erfolgt die Verarbeitung der so übertragenen Sensordaten von dem Prozessor 5, beispielsweise ob die Rückhaltesysteme angesteuert werden sollen oder nicht. Der Prozessor 5 rechnet hier den Auslösealgorithmus für die angeschlossenen Rückhaltesysteme. Zeigen die Sensordaten einen Crash an, dann erfolgt eintsprechend der Crashschwere, die ebenfalls aus den Sensordaten ableitbar ist, eine Ansteuerung der Rückhaltesysteme.
In Figur 3 ist ein Datenrahmen der vom Sensor 1 oder Sensor 2 zu dem Schnittstellenbaustein 3 übertragen wird, dargestellt. Der Datenrahmen besteht aus 13 Bit und ist in folgender Weise unterteilt: zunächst sind zwei Startbits markiert mit Sl und S2 vorgesehen, auf die 10 Datenbits
folgen, die die Beschleunigungsdaten umfassen. Die Datenbits sind mit DO bis D9 durchnumeriert. Der Abschluß des Datenrahmens ist durch ein Parity-Bit zur
Plausibilitätsüberprüfung der im Datentelegramm übertragenen Daten gebildet. Eine Bitdauer ist hier beispielsweise mit 8 Mikrosekunden vorgesehen, während die Zeit ttran mit 88 Mikrosekunden angegeben ist und die Gesamtzeit des Datentelegramm tpas mit 28 Mikrosekunden angegeben wird. Es wird eine Manchester-Codierung vorgenommen, wobei dabei jede Bitdauer in zwei gleichlange Intervalle aufgeteilt wird. Eine logische 1 wird dabei dadurch repräsentiert, dass in der ersten Hälfte der Strom hoch ist und in der zweiten Hälfte niedrig. Eine logische 0 wird dagegen dadurch übertragen, dass zunächst der Strom niedrig und dann hoch ist. Dieses Schema garantiert, dass jede Bitdauer einen
Übergang in ihrer Mitte aufweist, was die Synchronisierung für den Empfänger, also den Schnittstellenbaustein 3 einfach macht. Durch die Strommodulation wird eine bessere Festigkeit gegenüber EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) erreicht.
In Figur 4 ist dargestellt, wie die sieben Datenbits eines Datentelegramms eines Sensors, hier des Sensors 2 in die 10 Datenbits des SPI-Datenfelds übertragen werden. Da das SPI- Datenfeld zwei Bits mehr hat als die 8 Daten des
Sensordatentelegramms werden die ersten beiden Bits mit Nullen gesetzt. Es ist dabei zu gewährleisten, dass die Datenetelegramme der Sensoren jeweils weniger oder höchstens soviel Datenbits aufweisen, wie die SPI-Datentelegramme haben. In Figur 5 ist ein solches Datentelegramm eines SPI- Datenrahmens dargestellt. Es beginnt mit einem Startbit SI auf das ein Synchronisationsbit 15, das mit einer 1 gesetzt ist, folgt. Die Bits 14 und 13 bilden die Kanaladresse, während das Bit 12 das Altersbit ist. Hier ist das Altersbit mit 0 gesetzt und bedeutet, dass der Sensor den neuesten
Sensorwert von dem Schnittstellenbaustein 3 anfordert. Die Bits 11 und 10 sind weitere Formatierungsdaten, auf die dann die 10 Datenbits folgen, die die eigentlichen Sensordaten aufweisen.