WO2004102909A1 - Verfahren und vorrichtungen zur übertragung von daten auf einer datenleitung zwischen einem zentralen steuergerät und mindestens einer datenverarbeitungsgeräteschnittstelle mindestens eines dezentralen datenverarbeitungsgeräts - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zur übertragung von daten auf einer datenleitung zwischen einem zentralen steuergerät und mindestens einer datenverarbeitungsgeräteschnittstelle mindestens eines dezentralen datenverarbeitungsgeräts Download PDF

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data processing
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sensor
decentralized
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Telmo Glaser
Marten Swart
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B60R2021/01115—Transmission method specific data frames

Definitions

  • the present invention relates to a method for transmitting data on a data line between a central control device and at least one data processing device interface of at least one decentralized data processing device.
  • the central control device periodically outputs synchronization pulses via the data line to the data processing device interface to request data packets, whereupon the decentralized data processing device sends its data to be transmitted back to the central control device as at least one data packet via the data processing device interface.
  • Such a method and suitable devices are known, for example, from German published patent application DE 196 09 290 AI.
  • a sensor module (11) is described, which is connected to a central control device (5) via a data line (la).
  • the sensor module (11) comprises an acceleration-sensitive sensor and periodically transmits a coded data packet, prepared from the sensor measured values of the sensor, to the control unit (5) every 500 ⁇ s as soon as it has detected a synchronization voltage pulse on the line (la) (for example the column there 1, line 66 to column 2, line 30, or column 4, lines 55 to 62).
  • Figure 3 of this published specification shows the most important components of the sensor module (11), the acceleration-sensitive sensor (30) and elements for transmitting the sensor measured values and for receiving the synchronization pulse of the central control unit (5).
  • These elements are common mine summarized referred to as the interface of the sensor module or sensor interface.
  • individual elements of the sensor interface are energy storage means, for example the filter means 31 or the capacitor C.
  • more such energy storage means are usually also present in a sensor interface ,
  • the energy storage means of such a sensor interface are electrically charged by a synchronization pulse, for example a voltage pulse.
  • a synchronization pulse for example a voltage pulse.
  • the charged energy storage means can influence the signal to be transmitted.
  • a desired current swing cannot be achieved as a result, which can lead to errors in the data transmission to the receiving central control device.
  • the central control device detects this transmission error, the central control device can decide, for safety reasons, to trigger an occupant protection means only later, as soon as reliably recognized sensor values are available again. If the central control device does not recognize the transmission error, in the worst case an unnecessary triggering of an occupant protection means, for example a driver's airbag, can occur, which may injure people.
  • the object of the present invention is to provide a possibility for the transmission of data on a data line between a central control device and a decentralized data processing device, wherein an electrical charging of the interface required for communication is counteracted by a data requesting synchronization pulse.
  • the central control device requests data packets from the decentralized data processing device through the periodic output of synchronization pulses via the data line.
  • the decentralized data processing device transmits the requested data to the central control device via the same data line as one or more data packets after the synchronization pulse via its data processing device interface.
  • the decentralized data processing device counteracts an electrical charging of at least one energy storage means of its data processing device interface by the synchronization pulse in that the decentralized data processing device immediately after the synchronization pulse is inserted at a synchronization start time, but before the transmission of a first data packet after a first waiting time. generates an electrical discharge pulse after a discharge start time.
  • the central control device is preferably a centrally arranged central control device of an occupant protection system
  • the decentralized data processing device and its data processing device interface are preferably a decentralized sensor unit connected to the central control device or their sensor interface.
  • the method according to the invention is preferably used when a synchronization pulse is a voltage pulse which may charge the data processing device interface too strongly electrically, and the data packets are transmitted by means of modulated current pulses, which may be very easily caused by changed charging conditions the data processing device interface can be influenced.
  • the method is particularly advantageous when, for example, at least one capacitor is used as an energy storage means within the data processing device interface, which is charged during the synchronization pulse and is discharged during the discharge pulse and data transmission.
  • the discharge pulse of the decentralized data processing device is preferably also a current pulse that is generated in the same way as the current pulses for data transmission. It is also advantageous for a method according to the invention that the discharge pulse ends at an end of discharge time, but that before the end of a waiting time after the synchronization pulse, at which the data processing device interface should first output a data packet through the decentralized data processing device. In this way, a possible disruption of the data communication by double use of the data processing device interface is avoided.
  • Control unit speech It is of course also possible to connect several decentralized data processing devices to one data line. This offers the particular advantage that, in contrast to a so-called point-to-point connection via individual data lines to each individual decentralized data processing device, the cabling effort is significantly lower.
  • one of the advantageous embodiments of the method according to the invention already described is used for each connected decentralized data processing device.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle (1) with two data lines (PDL, PDL) which connects a central control device (ECU) according to the invention with two sensor units (S1, S2, Sl S2 ⁇ ) according to the invention
  • FIG. 2 shows an arrangement consisting of a central control device (ECU) that is connected to two sensor units (S1, S2) both via a ground line (GND) and via a data / supply line (PDL)
  • FIG. 3 shows the internal structure of a sensor unit (S1, S2) according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the chronological sequence of first and second data packets (DP) of a first and / or second sensor unit (S1, S2) during normal operating mode (NM), the data packets (DP) either after a first waiting time (t d iyi) or after a second waiting time (t dly2 ),
  • FIG. 5 shows a schematic plot of the current swing (I PDL (S1, S2)) of a sensor unit (S1, S2) for a manchester-coded zero data bit and a manchester-coded one data bit over time (t),
  • FIG. 6 shows a schematic application of a stream-coded data packet according to the invention over time (t)
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 1 with an arrangement S1, PDL, S2, ECU according to the invention for transmitting data on a data line PDL between a central control unit ECU and two sensor units S1 and S2 connected to the common data line PDL. Also shown in FIG. 1 are a further data line PDL ⁇ and further sensor units S1 'and S2 ⁇ , which are also connected to the central control unit ECU via the data line PDL'.
  • FIG. 2 also shows a central control unit ECU that is connected to a first and a second sensor unit S1 or S2 via a common data line PDL.
  • the common data line PDL serves on the one hand to periodically, for example every 500 microseconds, output voltage pulses (sync) to the sensor units S1 and S2, as a result of which the central control unit ECU requests data packets DP from the sensor units S1 and S2.
  • both the first sensor unit S1 and the second sensor unit S2 send data packets DP in the form of current pulses on this common data line PDL, which contain identification and test data of the sensor units S1 and S2 in a test operating mode and during the predominant normal operating mode of the two Sensor units Sl and S2 sensor measured values.
  • GND common ground line GND, which leads the ground potential of the central control unit ECU to all connected satellite units S1, S2.
  • FIG. 3 shows a sensor device S1 or S2 according to the invention. The features of the sensor unit S1 or S2 are to be described below using a first sensor unit S1.
  • the sensor unit S1 has a sensor 2, for example an acceleration sensor 2, consisting of a semiconductor chip which has a micromechanical semiconductor sensor element and signal-processing semiconductor electronic components which are integrated on the same semiconductor chip.
  • a suitable micromechanical sensor element is, for example, ground structures exposed by etching processes in the production process of the semiconductor chip and movable in one or more sensing directions, which are connected together as capacitance with static chip parts. Depending on the direction and strength of an applied acceleration, the mass structures move in different ways, which can be tapped electrically as a change in capacity.
  • a suitable sensor element is also a pressure sensor element, in which an exposed cavity in the semiconductor chip is sealed in a pressure-tight manner from the ambient pressure of the atmosphere by a pressure-tight membrane made of remaining semiconductor material.
  • the semiconductor membrane is resilient to the external air pressure acting on it and can be connected as a capacitance in the same way as with acceleration measuring cells together with rigid chip parts, so that a changing external air pressure is measured as a changing capacitance of the semiconductor membrane in comparison to the rest of the sensor chip. that can.
  • sensing principles and sensor structures can of course also be used, for example mechanical acceleration switches, piezoresistive pressure or acceleration sensors, rotation rate sensors, short-circuiting switches or temperature sensors which can detect, for example, a temperature increase in a cavity that is compressed during an accident, for example the interior volume of a vehicle door .
  • thermal acceleration sensors from the company MEMSIC (http://www.memsic.com/memsic/), in which accelerations are detected by the fact that heated air within the sensor moves closer or further to temperature sensors due to accelerations that can determine a corresponding temperature change.
  • FIG. 3 Also shown in FIG. 3 is a memory 3 in which sensor characteristic data are stored, for example an identification number of the sensor unit S1, its development status or also calibration data, for example conversion formulas of the measuring range or the like.
  • sensor characteristic data for example an identification number of the sensor unit S1, its development status or also calibration data, for example conversion formulas of the measuring range or the like.
  • FIG. 3 also shows a sensor control unit 4 which has both a sensor computing unit 5 and a sensor interface 61, 62.
  • the sensor computing unit 5 can be an application-specific integrated circuit, a so-called ASIC 5, but also a microcontroller 5 controlled by software.
  • a first part 61 of the sensor interface 61, 62 is constructed in the form of a discrete electronic circuit from resistors R1, R2 and capacitors C1, C2, C3, whereas a second part 62 is built into an integrated module ⁇ sensor control unit 4 is integrated with the sensor computing unit 5.
  • the entire sensor interface 61, 62 could equally well be built discretely on a circuit board or, conversely, integrated entirely within a module in the sensor control unit 4. Incidentally, this also applies to the sensor 2, which, differently than shown, can just as well be integrated within the sensor control unit 4 on a common chip, possibly even with all other functional units of the sensor unit S1.
  • a supply voltage is present on the data line PDL and is output by the central control unit ECU.
  • the central control unit ECU periodically outputs synchronization pulses Sync by means of voltage modulation via the data line PDL to request data packets DP from the sensor unit S1. These are recognized by the sensor interface 61, 62 in the line branch.
  • the sensor unit S1 then transmits data packets DP on the data line PDL, but not in the form of voltage pulses, but in the form of current pulses.
  • the sensor computing unit 5 records sensor measurement values from the sensor 2, for example analog acceleration measurement values, converts the analog sensor signal into a digital signal and encodes the digital sensor measurement value in a resolution which is predefined for it both by the structure of the sensor and by measurement range settings , which are usually stored in memory 2.
  • the computing unit 5 adds a parity bit PB to the data bits DB generated in this way, so that a receiver unit is able to to recognize at least simple bit errors in data transmission.
  • the electrical dimensioning of the electrical switching elements of the first part 61 of the sensor interface 61, 62 represents a compromise between three essential requirements for the sensor interface.
  • a desired filter function for smoothing the supply voltage of the sensor unit S1 by the sensor interface 61, 62 must be made so that the data communication is not disturbed, for example, by the fact that high-frequency interference pulses on the data line are incorrectly recognized by the sensor unit S1 as synchronization pulses Sync.
  • the recognizability of the high-frequency synchronization pulse Sync for the sensor unit S1 must nevertheless be ensured.
  • the transmission characteristics of the sensor interface 61, 62 must also be as suitable as possible for the desired data communication between the decentralized sensor unit S1 and the central control unit ECU.
  • current-coded data bits are to be edge-controlled and transmitted with a bit duration of 8 ⁇ s.
  • the desired current swing should be between 20 to 30 mA above the quiescent current consumption of the decentralized sensor unit of 5 to 8 mA.
  • a typical synchronization pulse reaches a voltage between 20 to 24 V, whereas the voltage supply for the decentralized sensor unit without synchronization pulse Sync is between 6.5 and 12 V.
  • a synchronization pulse lasts between 31 and 33 ⁇ s.
  • Data bits and such synchronization pulses result in advantageous values for dimensioning the resistors Rl and R2 of 47 and 220 ⁇ and advantageous capacitance values of 22 nF, 2.2 nF and 1 nF for the capacitors C1, C2 and C3.
  • FIG. 4 shows, in each case plotted over the same time axis, a sequence of two periodic ones in the uppermost diagram Sync pulses Sync and a wrong sync pulse Sync ⁇ .
  • the current I PDL (S1, S2) is plotted in high quality, which is generated when two sensor units S1 and S2 are connected to a data line PDL, as already shown in FIG.
  • the data packet DP of the first sensor unit S1 is output, beginning with the two start bits SB, after a second waiting time t dly2 the data packet DP of the second sensor unit S2.
  • the incorrect synchronization pulse Sync x induced, for example, by an electromagnetic interference on the common data line PDL does not cause a transmission of a data packet DP from the sensor unit S1 or from the sensor unit S2, since the signal output from both until a blocking time t Sync _ of f expires after the last recognized valid synchronization pulse Sync is blocked.
  • a short discharge pulse Dis occurs after a discharge blocking time t d ⁇ s both sensor units S1 and S2 with a double current amplitude of a data bit DB.
  • the third and fourth diagram from above shows the current signal swing I PD ⁇ , (Sl) and I PDL (S2) which is caused by only one sensor unit S1 or S2, the data output of the first sensor unit S1 taking place after the first blocking time t dly3 , but the data output of the second sensor unit takes place after the second blocking time t dly2 .
  • only one discharge pulse Dis is sufficient, which only has a current amplitude of a data bit DB.
  • FIG. 5 shows the type of coding of a logical zero state and a logical one state of a data bit of a data packet DP of the sensor unit S1.
  • the current swing Ip DL (S1, S2) which is caused by the data bits of a data packet DP, is shown on the high-value axis of the diagram.
  • the type of coding of the data bits DB used in the present case is an edge coding in the form of a possible form of a Manchester code.
  • the Manchester code shown represents a zero bit due to a falling edge in the middle of a bit time t B i reserved for one bit and, conversely, a one bit due to a rising edge of the current signal.
  • At least one clock rate for data transmission must be provided, the period of which is the time duration t B .it of a bit.
  • a clock rate of at least 125 kHz is therefore necessary.
  • a multiple of 125 kHz clock rate is also possible, for example the frequently used clock rate within 8 MHz microcontrollers.
  • edge-coded data encodings are also possible, but also any other binary data encodings, for example the known NRZ (No Return to Zero) coding.
  • FIG. 6 shows a complete data packet DP in a current-time diagram.
  • the first two bits of a data packet DP are two start bits SB according to a logical sequence 1 0.
  • the subsequent seven data bits from bit 0 to bit 6 set represent the binary-coded sensor measured values, the first bit transmitted being the least significant bit LSB and the last transmitted data bit 6 being the most significant bit MSB.
  • this data structure is the same both in the normal operating mode NM and in the test operating mode TM.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtungen (S1, S2, ECU) zur Übertragung von Daten auf einer Datenleitung (PDL) zwischen einem zentralen Steuergerät (ECU) und mindestens einer Datenverarbei­ tungsgeräteschnittstelle (61, 62) mindestens eines dezentralen Datenverarbeitungsgeräts (S1, S2), bei dem das zentrale Steuergerät (ECU) zur Anforderung von Datenpaketen (DP) periodisch Synchronisationspulse (Sync) über die Datenleitung (PDL) an die Datenverarbeitungsgeräteschnittstelle (61, 62) ausgibt und das dezentrale Datenverarbeitungsgerät (S1, S2) daraufhin Datenpakete (DP) an das zentrale Steuergerät (ECU) sendet. Erfindungsgemäß erzeugt das dezentrale Datenverarbeitungsgerät (S1, S2) nach dem Synchronisationspuls (Sync), aber noch vor der Übertragung eines ersten Datenpakets (DP), einen elektrischen Entladungspuls (Dis), wodurch einer elektrischen Aufladung der Datenverarbeitungsgeräteschnittstelle (61, 62) durch den Synchronisationspuls (Sync) entgegengewirkt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtungen zur Übertragung von Daten auf einer Datenleitung zwischen einem zentralen Steuergerat und mindestens einer Datenverarbeitungsgerateschnittstelle mindestens eines dezentralen Datenverarbeitungsgerats
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten auf einer Datenleitung zwischen einem zentra- len Steuergerat und mindestens einer Datenverarbeitungsgera- teschnittstelle mindestens eines dezentralen Datenverarbeitungsgerats . Dazu gibt das zentrale Steuergerat zur Anforderung von Datenpaketen periodisch Synchronisationspulse über die Datenleitung an die Datenverarbeitungsgerateschnittstelle aus, worauf das dezentrale Datenverarbeitungsgerat seine zur Übertragung anstehenden Daten als zumindest ein Datenpaket über die Datenverarbeitungsgerateschnittstelle an das zentrale Steuergerat zurücksendet. Ein solches Verfahren und dazu geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 09 290 AI. Dort wird ein Sensormodul (11) beschrieben, das über eine Datenleitung (la) mit einem zentralen Steuergerat (5) verbunden ist. Das Sensormodul (11) umfasst einen be- schleunigungsempfindlichen Sensor und übermittelt periodisch alle 500 μs ein aus den Sensormesswerten des Sensors aufbereitetes codiertes Datenpaket strommoduliert an das Steuergerat (5) , sobald es einen Synchronisationsspannungspuls auf der Leitung (la) erkannt hat (beispielsweise dortige Spalte 1, Zeile 66 bis Spalte 2, Zeile 30, oder Spalte 4, Zeilen 55 bis 62) .
Figur 3 dieser Offenlegungsschrift zeigt die wichtigsten Bestandteile des Sensormoduls (11), den beschleunigungsempfind- liehen Sensor (30) und Elemente zur Übermittlung der Sensormesswerte und zum Empfang des Synchronisationspulses des zentralen Steuergerätes (5) . Diese Elemente werden im Allge meinen zusammengefasst als Schnittstelle des Sensormoduls o- der kurz Sensorschnittstelle bezeichnet. Wie in der Figur 3 gezeigt sind dabei einzelne Elemente der Sensorschnittstelle Energiespeichermittel, beispielsweise das Filtermittel 31 o- der der Kondensator C. In einer technischen Umsetzung eines Sensormoduls (11) entsprechend der Figur 3 sind darüber hinaus zumeist noch weitere solcher Energiespeichermittel in einer Sensorschnittstelle vorhanden.
Die Energiespeichermittel einer solchen Sensorschnittstelle werden durch einen Synchronisationspuls, beispielsweise einen Spannungspuls, elektrisch aufgeladen. Sollen nun Daten wie z. B. im vorliegenden Fall mittels modulierter Strompulse über dieselbe Sensorschnittstelle übertragen werden, so können die aufgeladenen Energiespeichermittel Einfluss auf das zu übertragende Signal nehmen. Beispielsweise kann dadurch ein gewünschter Stromhub nicht erreicht werden, wodurch es zu Fehlern in der Datenübertragung zum empfangenden zentralen Steuergerat kommen kann. Erkennt das zentrale Steuergerat diesen Ubertragungsfehler, so kann das zentrale Steuergerat aus Sicherheitsgründen entscheiden, ein Insassenschutzmittel ggf. erst spater auszulosen, sobald wieder sicher erkannte Sensorwerte vorliegen. Erkennt das zentrale Steuergerat den Uber- tragungsfehler nicht, so kann es im schlimmsten Fall zu einer unnötigen Auslosung eines Insassenschutzmittels, beispielsweise eines Fahrerairbags, kommen, wodurch unter Umstanden Personen verletzt werden.
Das geschilderte Problem ergibt sich jedoch nicht nur bei ei- ner Datenübertragung im Bereich des Insassenschutzes in
Kraftfahrzeugen, sondern ergibt sich ganz allgemein bei jeder Art der Übertragung von Daten auf einer Datenleitung zwischen einem zentralen Steuergerat und einem dezentralen, d.h. ortlich davon entfernt angeordneten, Datenverarbeitungsgerat u- ber eine Datenverarbeitungsgerateschnittstelle. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Übertragung von Daten auf einer Datenleitung zwischen einem zentralen Steuergerat und einem dezentralen Datenverarbeitungsgerat zu schaffen, wobei einer elektrischen Aufladung der zur Kommunikation benotigten Schnittstelle durch einen datenanfordernden Synchronisationspuls entgegengewirkt wird.
Diese Aufgabe wird gelost durch ein Verfahren, das die Verfahrensmerkmale gemäß Patentanspruch 1 aufweist. Weiterhin wird die Aufgabe gelost durch ein dezentrales Datenverarbeitungsgerat gemäß Anspruch 10 und eine Anordnung gemäß Anspruch 11.
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren zur Übertragung von Daten auf einer Datenleitung zwischen einem zentralen Steuergerat und einer Datenverarbeitungsgerateschnittstelle eines dezentralen Datenverarbeitungsgerats fordert das zentrale Steuergerat von dem dezentralen Datenverarbeitungsgerat Datenpakete durch die periodische Ausgabe von Synchronisationspulsen über die Datenleitung an. Das dezentrale Datenverarbeitungsgerat übertragt die angeforderten Daten über dieselbe Datenleitung als ein oder auch mehrere Datenpakete nach dem Synchronisationspuls über seine Datenverarbeitungsgerateschnittstelle an das zentrale Steuergerat. Erfindungsgemaß wirkt das dezentra- le Datenverarbeitungsgerat einer elektrischen Aufladung mindestens eines Energiespeichermittels seiner Datenverarbei- tungsgerateschnittstelle durch den Synchronisationspuls dadurch entgegen, dass das dezentrale Datenverarbeitungsgerat unmittelbar nach dem Einsetzen des Synchronisationspulses zu einer Synchronisationsstartzeit, aber noch vor der Übertragung eines ersten Datenpakets nach einer ersten Wartezeit, einen elektrischen Entladungspuls nach einer Entladungsstart- zeit erzeugt.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens ist dabei der Bereich des Insassenschutzes in Kraftfahrzeugen, wie schon eingangs anhand der deutschen Offenlegungs schritt DE 196 09 290 AI erläutert wurde, aber auch ganz allgemein besonders in solchen Bereichen, in denen eine sichere Datenübertragung von entscheidender Bedeutung ist. Bei einer Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens im Bereich des In- sassenschutzes handelt es sich bei dem zentralen Steuergerat vorzugsweise um ein zentral angeordnetes zentrales Steuergerat eines Insassenschutzsystems, bei dem dezentralen Datenverarbeitungsgerat und dessen Datenverarbeitungsgerate- schnittstelle vorzugsweise um eine an das zentrale Steuerge- rat angeschlossene dezentrale Sensoreinheit bzw. deren Sensorschnittstelle .
Wie ebenfalls eingangs erwähnt wird das erfindungsgemaße Verfahren vorzugsweise dann verwendet, wenn es sich bei einem Synchronisationspuls um einen Spannungspuls handelt, der die Datenverarbeitungsgerateschnittstelle ggf. zu stark elektrisch aufladt, und die Datenpakete mittels modulierter Strompulse übertragen werden, die ggf. sehr leicht durch veränderte Aufladungsverhaltnisse der Datenverarbeitungsgerate- Schnittstelle beeinflusst werden.
Das Verfahren kommt insbesondere dann zu einem vorteilhaften Einsatz, wenn innerhalb der Datenverarbeitungsgerateschnitt- stelle beispielsweise zumindest ein Kondensator als Energie- speichermittel eingesetzt wird, der wahrend des Synchronisationspulses aufgeladen wird und wahrend des Entladungspulses und der Datenübertragung entladen wird.
Da gerade bei einer strommodulierenden Datenverarbeitungsge- rateschnittstelle alle Schaltungselemente zur Ausgabe von
Strompulsen schon für die Datenübertragung zur Verfugung stehen, handelt es sich bei dem Entladungspuls des dezentralen Datenverarbeitungsgerats vorzugsweise ebenfalls um einen Strompuls, der auf die gleiche Weise erzeugt wird wie die Strompulse zur Datenübertragung. Es ist weiterhin vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes Verfahren, dass der Entladungspuls zu einer Entladungsendzeit endet, die jedoch noch vor Ablauf einer Wartezeit nach dem Synchronisationspuls, zu der eine erstmalige Ausgabe eines Datenpakets durch die Datenverarbeitungsgeräteschnittstelle durch das dezentrale Datenverarbeitungsgerat erfolgen soll. Auf diese Weise wird eine mögliche Störung der Datenkommunikation durch eine Doppelbenutzung der Datenverarbeitungsgeräteschnittstelle vermieden.
Eine vorteilhafte Art der Codierung eines Datenpakets wird in den Unteransprüchen 8 und 9 wiedergegeben.
Bisher war lediglich vom Anschluss eines dezentralen Daten- Verarbeitungsgeräts über die Datenleitung an das zentrale
Steuergerät die Rede. Es ist natürlich auch möglich, mehrere dezentrale Datenverarbeitungsgeräte an eine Datenleitung anzuschließen. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass im Gegensatz zu einer sogenannten Punkt zu Punkt Verbindung über einzelne Datenleitungen zu jedem einzelnen dezentralen Datenverarbeitungsgerat der Verkabelungsaufwand wesentlich geringer ist. Vorzugsweise wird bei jedem einzelnen angeschlossenen dezentralen Datenverarbeitungsgerat eine der bereits beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsge- mäßen Verfahrens eingesetzt.
Die in den Unteransprüchen zum unabhängigen Verfahrensanspruch 1 angegebenen vorteilhaften Merkmale stellen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl kumuliert als auch in verschiedentlicher Kombination einzelner Merkmale dar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Kraftfahrzeug (1) mit zwei Datenleitungen (PDL, PDL ), die ein erfindungsgemäßes zentrales Steuergerät (ECU) mit jeweils zwei erfindungsgemäßen Sensoreinheiten (Sl, S2, Sl S2λ) verbindet, Figur 2 eine Anordnung, bestehend aus einem zentralen Steuergerät (ECU) , dass sowohl über eine Masseleitung (GND) als auch über eine Daten-/Versorgungsleitung (PDL) mit zwei Sensoreinheiten (Sl, S2) verbunden ist, Figur 3 den inneren Aufbau einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit (Sl, S2),
Figur 4 eine schematische Darstellung der zeitlichen Abfolge von ersten und zweiten Datenpaketen (DP) einer ersten und/oder zweiten Sensoreinheit (Sl, S2) wäh- rend des Normalbetriebsmodus (NM) , wobei die Datenpakete (DP) entweder nach einer ersten Wartezeit (tdiyi) oder nach einer zweiten Wartezeit (tdly2) ausgesandt werden,
Figur 5 eine schematische Auftragung des Stromhubs (IPDL (S1,S2)) einer Sensoreinheit (Sl, S2) für ein manchestercodiertes Null-Datenbit und ein manchestercodiertes Eins-Datenbit über die Zeit (t) ,
Figur 6 eine schematische Auftragung eines erfindungsgemäßen, stromcodierten Datenpakets über die Zeit (t)
Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung Sl, PDL, S2, ECU zur Übertragung von Daten auf einer Datenleitung PDL zwischen einem zentralen Steuergerät ECU und zwei an die gemeinsame Datenleitung PDL angeschlossenen Sensoreinheiten Sl und S2. Weiterhin dargestellt sind in der Figur 1 eine weitere Datenleitung PDL Λ und weitere Sensoreinheiten Sl' und S2Λ, die über die Datenleitung PDL' ebenfalls mit dem zentralen Steuergerät ECU verbunden sind.
Auch Figur 2 zeigt ein zentrales Steuergerät ECU, dass über eine gemeinsame Datenleitung PDL mit einer ersten und einer zweiten Sensoreinheit Sl bzw. S2 verbunden ist. Die gemeinsame Datenleitung PDL dient zum einen dazu, periodisch, beispielsweise alle 500 Mikrosekunden, Spannungspulse (Sync) an die Sensoreinheiten Sl und S2 auszugeben, wodurch das zentrale Steuergerat ECU Datenpakete DP von den Sensoreinheiten Sl bzw. S2 anfordert. Zum anderen schickt sowohl die erste Sensoreinheit Sl als auch die zweite Sensoreinheit S2 auf dieser gemeinsamen Datenleitung PDL Datenpakete DP in der Form von Strompulsen, die in einem Testbetriebsmodus Kenn- und Testdaten der Sensoreinheiten Sl bzw. S2 beinhalten und wahrend des überwiegend vorliegenden Normalbetriebsmodus der beiden Sensoreinheiten Sl und S2 Sensormesswerte.
Ebenso dargestellt ist eine gemeinsame Masseleitung GND, die das Massepotenzial des zentralen Steuergerätes ECU zu allen angeschlossenen Satelliteneinhe ten Sl, S2 fuhrt.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemaße Ξensorvorrichtung Sl bzw. S2. Nachfolgend sollen die Merkmale der Sensoreinheit Sl bzw. S2 anhand einer ersten Sensoreinheit Sl beschrieben werden.
Diese Merkmale gelten jedoch selbstverständlich auch für eine erfindungsgemaße zweite Sensoreinheit S2.
Die Sensoreinheit Sl weist einen Sensor 2 auf, beispielsweise einen Beschleunigungssensor 2, bestehend aus einem Halbleiterchip, der ein mikromechanisches Halbleiter - Sensorelement und auf dem selben Halbleiterchip integriert angeordnete signalverarbeitende Halbleiter - Elektronikkomponenten aufweist. Ein geeignetes mikromechanisches Sensorelement sind bei- spielsweise durch Atzprozesse im Herstellungsablauf des Halbleiterchips freigelegte, in eine oder mehrere Sensierungs- richtungen bewegliche Massestrukturen, die zusammen mit statischen Chipteilen als Kapazität geschaltet sind. Je nach Richtung und Starke einer einwirkenden Beschleunigung bewegen sich die Massestrukturen auf unterschiedliche Weise, was sich als Kapazitatsanderung elektrisch abgreifen lasst. Ein geeignetes Sensorelement ist jedoch auch ein Drucksensorelement, bei dem ein freigeatzter Hohlraum im Halbleiterchip durch eine druckdichte Membran aus verbliebenem Halbleitermaterial vom Umgebungsdruck der Atmosphäre druckdicht abgeschlossen wird. Die Halbleitermembran ist nachgiebig gegenüber dem ein- wirkenden äußeren Luftdruck und kann in gleicher Weise wie bei Beschleunigungsmesszellen zusammen mit starren Chipteilen als Kapazität beschaltet sein, so dass ein sich ändernder äußerer Luftdruck als eine sich ändernde Kapazität der Halbleitermembran im Vergleich zum übrigen Sensorchip gemessen wer- den kann. Ebenso sind naturlich andere Sensierungsprinzipien und Sensorstrukturen verwendbar, beispielsweise mechanische Beschleunigungsschalter, piezoresistive Druck- oder Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Kurzschlussschalter oder auch Temperatursensoren, die beispielsweise eine Temperatur- erhohung in einem Hohlraum erfassen können, der wahrend eines Unfallvorgangs komprimiert wird, beispielsweise das Innenvolumen einer Fahrzeugtur. Ebenso bekannt sind außerdem beispielsweise thermische Beschleunigungssensoren der Firma MEMSIC (http://www.memsic.com/memsic/), bei denen Beschleuni- gungen dadurch erfasst werden, dass erhitzte Luft innerhalb des Sensors durch einwirkende Beschleunigungen naher bzw. weiter zu Temperatursensoren bewegt wird, die eine entsprechende Temperaturveranderung feststellen können.
Weiterhin in der Figur 3 dargestellt ist ein Speicher 3, in dem Sensorkenndaten gespeichert sind, beispielsweise eine I- dentifikationsnummer der Sensoreinheit Sl, deren Entwicklungsstand oder auch Kalibrierdaten, beispielsweise Umrechnungsformeln des Messbereiches oder ahnliches.
Weiterhin zeigt die Figur 3 eine Sensorsteuereinheit 4, die sowohl eine Sensorrecheneinheit 5 als auch eine Sensorschnittstelle 61, 62 aufweist.
Die Sensorrecheneinheit 5 kann dabei eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein sog. ASIC 5, sein, aber auch ein durch Software gesteuerter Mlkrocontroller 5. Bei der in der Figur 3 dargestellten Sensorschnittstelle 61, 62 ist ein erster Teil 61 der Sensorschnittstelle 61, 62 in Form einer diskreten Elektronikschaltung aus Widerständen Rl, R2 und Kondensatoren Cl, C2, C3 aufgebaut, wohingegen ein zweiter Teil 62 innerhalb eines integrierten Bausteins der Ξensorsteuereinheit 4 mit der Sensorrecheneinheit 5 integriert ist. Genauso gut könnte jedoch die gesamte Sensorschnittstelle 61, 62 diskret auf einer Platine aufgebaut sein oder umgekehrt gesamt innerhalb eines Bausteins in der Sensorsteuereinheit 4 integriert sein. Dies betrifft übrigens auch den Sensor 2, der, anders als dargestellt, ebenso gut innerhalb der Sensorsteuereinheit 4 auf einem gemeinsamen Chip, ggf. sogar mit allen anderen Funktionseinheiten der Sensoreinheit Sl integriert sein kann.
An der Datenleitung PDL liegt eine VersorgungsSpannung an, die durch das zentrale Steuergerät ECU ausgegeben wird. Außerdem gibt das zentrale Steuergerät ECU über die Datenlei- tung PDL zur Anforderung von Datenpaketen DP von der Sensoreinheit Sl periodisch Synchronisationspulse Sync mittels Spannungsmodulation aus . Diese werden von der Sensorschnittstelle 61, 62 in dem Leitungszweig erkannt.
Die Sensoreinheit Sl übermittelt daraufhin Datenpakete DP auf der Datenleitung PDL, jedoch nicht in Form von Spannungspulsen, sondern in Form von Strompulsen. Dazu nimmt die Sensorrecheneinheit 5 Sensormesswerte des Sensors 2 auf, beispielsweise analoge Beschleunigungsmesswerte, wandelt das analoge Sensorsignal in ein digitales Signal um und codiert den digitalen Sensormesswert in einer Auflösung, die ihm sowohl durch die Struktur des Sensors, als auch durch Messbereichseinstel- lungen vorgegeben werden, die üblicherweise im Speicher 2 hinterlegt sind. Außerdem fügt die Recheneinheit 5 den auf diese Weise erzeugten Datenbits DB noch ein Paritätsbit PB hinzu , so dass es einer Empfängereinheit möglich ist, zu in- dest einfache Bitfehler bei der Datenübertragung zu erkennen.
Die elektrische Dimensionierung der elektrischen Schaltele- mente des ersten Teils 61 der Sensorschnittstelle 61, 62 stellt einen Kompromiss zwischen drei wesentlichen Anforderungen an die Sensorschnittstelle dar. Zum einen muss eine gewollte Filterfunktion zur Glattung der Versorgungsspannung der Sensoreinheit Sl durch die Sensorschnittstelle 61, 62 si- chergestellt sein, damit die Datenkommunikation beispielsweise nicht dadurch gestört wird, dass hochfrequente Storpulse auf der Datenleitung von der Sensoreinheit Sl fälschlicherweise als Synchronisationspulse Sync erkannt werden. Zweitens muss dabei dennoch die Erkennbarkeit des hochfrequenten Syn- chronisationspulses Sync für die Sensoreinheit Sl gewahrleistet bleiben. Schließlich muss außerdem die Ubertragungscha- rakteristik der Sensorschnittstelle 61, 62 bestmöglich für die gewünschte Datenkommunikation zwischen der dezentralen Sensoreinheit Sl und dem zentralen Steuergerat ECU geeignet sein.
Im Ausfuhrungsbeispiel sollen stromcodierte Datenbits flankengesteuert und mit einer Bitdauer von 8 μs übertragen werden. Der dabei gewünschte Stromhub soll zwischen 20 bis 30 mA ber dem Ruhestromverbrauch der dezentralen Sensoreinheit von 5 bis 8 mA liegen. Ein typischer Synchronisationspuls erreicht eine Spannung zwischen 20 bis 24 V, wohingegen die Spannungsversorgung der dezentralen Sensoreinheit ohne Synchronisationspuls Sync zwischen 6,5 und 12 V liegt. Ein Syn- chronisationspuls dauert zwischen 31 bis 33 μs. Für solche
Datenbits und solche Synchronisationspulse ergeben sich vorteilhafte Werte zur Dimensionierung der Widerstände Rl und R2 von 47 und 220 Ω und für die Kondensatoren Cl, C2 und C3 vorteilhafte Kapazitatswerte von 22 nF, 2,2 nF und 1 nF.
Figur 4 zeigt, jeweils über die gleiche Zeitachse aufgetragen, im obersten Diagramms eine Abfolge von zwei periodischen Synchronisationspulsen Sync und einen falschen Synchronisationspuls Sync Λ . Im zweiten Diagramm von oben ist hochwertig der Strom IPDL(S1, S2) aufgetragen, der erzeugt wird, wenn zwei Sensoreinheiten Sl und S2 an eine Datenleitung PDL ange- schlössen sind, wie bereits in Figur 2 dargestellt. Nach einer ersten Wartezeit tdlyι nach Einsetzen des Synchronisationspulses Sync wird, jeweils beginnend mit den zwei Startbits SB, das Datenpaket DP der ersten Sensoreinheit Sl ausgegeben, nach einer zweiten Wartezeit tdly2 das Datenpaket DP der zwei- ten Sensoreinheit S2. Der beispielsweise durch eine elektromagnetische Störung auf die gemeinsame Datenleitung PDL induzierte falsche Synchronisationspuls Syncx verursacht weder eine Übertragung eines Datenpaketes DP von der Sensoreinheit Sl noch von der Sensoreinheit S2, da die Signalausgabe beider bis zum Ablauf einer Sperrzeit tSync_off nach dem zuletzt erkannten gültigen Synchronisationspuls Sync gesperrt ist.
Um beispielsweise einer ungewollten Aufladung des Eingangsnetzwerks Rl, Cl, R2, C2, C3 des ersten Teils 61 der Sensor- schnittsteile 61, 62 entgegenzuwirken, die durch den Synchronisationspuls Sync verursacht wird, erfolgt nach einer Entladungssperrzeit tdιs ein kurzer Entladepuls Dis durch beide Sensoreinheiten Sl und S2 mit einer doppelten Stromamplitude eines Datenbits DB. Das dritte und das vierte Diagramm von oben zeigt den Stromsignalhub IPDι,(Sl) und IPDL(S2) der durch nur eine Sensoreinheit Sl bzw. S2 hervorgerufen wird, wobei die Datenausgabe der ersten Sensoreinheit Sl nach der ersten Sperrzeit tdly3 erfolgt, jedoch die Datenausgabe der zweiten Sensoreinheit nach der zweiten Sperrzeit tdly2 erfolgt. Ent- sprechend ist in beiden Fällen auch lediglich ein Entladungspuls Dis ausreichend, der lediglich eine Stromamplitude eines Datenbits DB aufweist.
Für die bereits weiter oben beschriebenen Zeiten und Ströme eines Datenbits DB, für die Zeiten und Spannungen eines Synchronisationspulses Sync und die genannten Größen von Widerständen und Kapazitäten des ersten Teils 61 der Sensor schnittsteile 61, 62 ist ein günstiger Synchronisationsstartzeitpunkt tDιs 34 μs nach dem Einsetzen des Synchronisationspulses Sync und seine optimale Dauer 32 μs .
Im Folgenden wird die binäre Codierung eines Datenpakets näher beschrieben:
Figur 5 zeigt die Codierungsart eines logischen Null- Zustandes und eines logischen Eins-Zustandes eines Datenbits eines Datenpakets DP der Sensoreinheit Sl. Auf der Hochwertachse des Diagramms ist der Stromhub IpDL (Sl, S2) dargestellt, der durch die Datenbits eines Datenpakets DP hervorgerufen wird. Bei der vorliegend verwendeten Art der Codierung der Datenbits DB handelt es sich um eine Flankencodie- rung in der einer möglichen Ausprägung eines Manchestercodes. Der gezeigte Manchestercode stellt ein Null-Bit durch eine fallende Flanke inmitten einer für ein Bit reservierten Bitzeit tBi dar und entsprechend umgekehrt ein Eins-Bit durch eine steigende Flanke des Stromsignals . Um entsprechend eine Abfolge von Null-Bits oder eine Abfolge von Eins-Bits darzustellen, muss mindestens eine Taktrate zur Datenübertragung vorgesehen werden, deren Periodendauer die Zeitdauer tB.it eines Bits beträgt. Bei einer Bitdauer tBit von 8 Mikrosekunden ist daher eine Taktrate von mindestens 125 kHz erforderlich. Es ist jedoch auch ein Vielfaches von 125 kHz Taktrate möglich, beispielsweise die häufig genutzte Taktrate innerhalb von Mikrokontrollern von 8 MHz.
Selbstverständlich sind auch andere flankencodierte Datenco- dierungen möglich, aber auch beliebige andere binäre Datencodierungen, beispielsweise die bekannte NRZ (No Return to Ze- ro) - Codierung.
Figur 6 zeigt ein vollständiges Datenpaket DP in einem Strom- Zeit-Diagramm. Die ersten beiden Bits eines Datenpakets DP sind zwei Startbits SB gemäß einer logischen Abfolge 1 0. Die anschließenden sieben Datenbits von Bit 0 bis Bit 6 stellen die binär codierten Sensormesswerte dar, wobei das erste ü- bertragene Bit das niederwertigste Bit LSB und das letzte ü- bertragende Datenbit 6 das höchstwertige Bit MSB ist. Diese Datenstruktur ist insoweit sowohl im Normalbetriebsmodus NM als auch im Testbetriebsmodus TM gleich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Übertragung von Daten auf einer Datenleitung (PDL) zwischen einem zentralen Steuergerat (ECU) und mindes- tens einer Datenverarbeitungsgerateschnittstelle (61, 62) mindestens eines dezentralen Datenverarbeitungsgerats (Sl, S2), bei dem das zentrale Steuergerat (ECU) zur Anforderung von Datenpaketen (DP) periodisch Synchronisationspulse (Sync) über die Datenleitung (PDL) an die Datenverarbeitungsgerate- schnittsteile (61, 62) ausgibt und das dezentrale Datenverarbeitungsgerat (Sl, S2) ihre zur Übertragung anstehenden Daten als zumindest ein Datenpaket (DP) nach dem Synchronisations- puls (Sync) über die Datenverarbeitungsgerateschnittstelle (61, 62) an das zentrale Steuergerat (ECU) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass das dezentrale Datenverarbeitungsgerat (Sl, S2) die durch den Synchronisationspuls (Sync) elektrisch aufgeladene Steuergerateschnittstelle (61, 62) vor der Übertragung eines ersten Datenpakets (DP) durch die Ausgabe eines Entladungspulses (Dis) entladt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dezentrale Datenverarbeitungsgerat (Sl, S2) eine Sensoreinheit (Sl, S2) ist, die Datenverarbeitungsgera- teschnittstelle (61, 62) eine Sensorschnittstelle ist und die übertragenen Datenpakete Sensormesswerte beinhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisationspuls (Sync) als Spannungspuls ausgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, da urch gekennzeichnet, dass die Datenpakete (DP) des dezentralen Datenverarbeitungsgerats (Sl, S2) als Strompulse gesendet werden .
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungspuls (Dis) ein Strompuls ist .
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsgeräteschnittstelle (61, 62) zumindest einen Kondensator (Cl, C2, C3) aufweist, der
- während eines Synchronisationspulses (Sync) durch diesen elektrisch aufgeladen wird; und
- während eines Entladungspulses (Dis) durch letzteren entladen wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungspuls (Dis) zu einer Entladungsendzeit (tdj.s_0ff) endet, die vor Ablauf einer ersten Wartezeit (tιyl) liegt, ab der ein erstes Datenpaket (DP) durch das dezentrale Datenverarbeitungsgerat (Sl, S2) gesendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbits der übermittelten Datenpakete (DP) flankencodiert werden, vorzugsweise manchestercodiert.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenpaket (DP) folgendes Bitmuster aufweist:
- 7 Datenbits (DB) , insbesondere zur Übermittlung von Sensor- messwerten oder Sensorkennwerten;
- 2 Startbits (SB) ; und
- ein Paritätsbit (PB) .
10. Dezentrales Datenverarbeitungsgerat (Sl, S2) zum Einsatz in einem Verfahren zur Übertragung von Daten gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 9, das eine Datenverarbeitungsgeräteschnittstelle (61, 62) und eine Steuereinheit (4) aufweist, wobei durch die Datenverarbeitungsgeräteschnittstelle (61, 62) und/oder die Steuereinheit (4) ein Entladungspuls ausgebbar ist.
11. Anordnung, die für den Ablauf eines Verfahrens zur Übertragung von Daten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 einsetzbar ist und die sowohl ein dezentrales Datenverarbeitungsgerat (Sl, S2) gemäß Anspruch 10 umfasst, als auch ein geeignetes zentrales Steuergerät (ECU) .
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