WO2008022729A1 - Anordnung zum betrieb eines sensor - Google Patents

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Andreas Arlt
Thomas Feucht
Robert Braun
Anton Horn
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
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Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for operating a sensor, which consists essentially of a cooperating with the measuring medium sensor element and a locally associated control electronics and at least one unidirectional signal line and at least one supply voltage line with a remote electronic control unit is in communication, which is a voltage unit for Provision of the supply voltage for the sensor and a signal processing unit for evaluation of the measurement signal comprises.
  • the field of application of the present invention extends primarily to automotive engineering.
  • various sensors for determining operating conditions of the brake system are used.
  • sensors for detecting physical variables such as pressure, temperature, acceleration and the like are used. All these sensors are used to determine analogue measured values which are forwarded in the form of an electrical signal to higher-level control devices for data processing.
  • Such sensors which usually consist of a measuring element which interacts with the measuring medium, for example compressed air, and a downstream control electronics.
  • Sensor element and associated control electronics are usually within a common housing accommodated.
  • the housing has electrical connections for the transmission of the measured value, which are provided for at least one signal line and one supply voltage line.
  • a ground connection for connecting a ground line may be provided on the sensor.
  • the ground connection can also be made via a ground contact of the existing of a conductive metal housing.
  • the supply voltage line is used to supply the required operating voltage for the control electronics.
  • the control electronics of conventional sensors provide in particular for a measured value preparation, reinforcement and adaptation.
  • the measurement signal locally processed in the sensor via the control electronics is sent via the unidirectional signal line to a remote, usually central control device for further measured value processing.
  • sensors is increasingly the need to equip their control electronics with additional functions. For example, it is desirable for the sensor to be able to run a self-test test mode to perform it at any desired time during operation.
  • Conventional sensors are only able to undergo a self-test once when switching on or cyclically at defined time intervals. However, repetition of such a self-test is not possible during ongoing operation since conventional sensors of the type of interest here are not designed for this purpose. Frequent cyclic repetitions may affect sensor operation.
  • the invention includes the technical teaching that are provided for triggering a test mode in the sensor by the control device means for generating a defined load change in the circuit between the signal line and ground, the load change of current monitoring means on the part of the control electronics detectable and can be interpreted as a start signal of the test mode.
  • test mode is preferably understood to mean a self-test for diagnosing the functionality of the sensor or a calibration for zero-point adjustment.
  • a test mode is preferably understood to mean a self-test for diagnosing the functionality of the sensor or a calibration for zero-point adjustment.
  • the solution according to the invention can also be used for switching measuring ranges of the sensor and the like.
  • the means for generating the defined load change preferably comprise at least two ohmic load resistors connected in parallel with respect to ground starting from the signal line. Control unit side load the solution according to the invention thus realize with the simplest conceivable electronic components.
  • At least one of the load resistors is connected in series with a switch in series. It is also possible to switch the resistors against the voltage supply line (potential) instead. Thus, if a further resistor is connected via the switch within the parallel connection of the resistors, a higher electric current flows in the circuit between signal line and ground or potential, which causes a drop in the output signal.
  • control electronics of the sensor can evaluate control information, so here as a start signal for the test mode.
  • this control information can also be obtained via a current monitoring by the control electronics in the sensor in a similar manner.
  • the solution according to the invention can be realized with only two load resistors, which minimizes the component expenditure.
  • a load resistor fixed in terms of the resistance value and a load resistor which can be switched with respect to the resistance value are provided.
  • the resistance values can differ or be the same size.
  • exactly one unidirectional signal line, one supply voltage line and one ground line can be connected to the sensor.
  • the housing of the sensor from a conductive metal and to realize the ground connection via a housing contact, for example with the chassis of a vehicle.
  • the invention improving measures will be described in more detail below together with the description of an embodiment of the invention with reference to the single figure.
  • the figure shows a block diagram of an arrangement for operating a sensor.
  • a sensor 1 provided here for measuring a pressure consists of a sensor element 2 cooperating with the pressure of a pneumatic brake system (not shown) and associated control electronics 3. Sensor element 2 and control electronics 3 are accommodated within a common housing 4.
  • the sensor 1 is electrically connected via a unidirectional signal line 5, a supply voltage line 6 and a ground line 7 to a remote controller 8.
  • the voltage supply unit 9 provides a DC voltage in the low-voltage range for the sensor 1 available.
  • the operating voltage is applied between the supply voltage line 6 and the ground line 7.
  • the unidirectional signal line 5 supplies the pressure reading provided on the output side of the sensor 1 to the control unit 8 for further signal processing (not further illustrated).
  • the control electronics 3 of the sensor 1 also embodies, in its functional scope, a test mode which carries out a self-test on a correct function of the sensor 1.
  • a test mode which carries out a self-test on a correct function of the sensor 1.
  • To trigger this test mode in the sensor 1 means for generating a defined load change in the circuit between the signal line 5 and the ground line 7 are provided.
  • Such a defined load change is detected by current monitoring means on the part of the control electronics 3 of the sensor 1 and above the defined value as a start signal for interpreted the test mode. So takes place the defined load change, the sensor 1 goes into the test mode for the purpose of self-test, performs this, then delivers a result signal to the control unit 8 via the unidirectional signal line 5 and then returns to the normal operating mode, in which the sensor 1 pressure signals as a measured value to the control unit 8 supplies.
  • the control unit 8 uses two ohmic load resistors 10a and 10b connected in parallel with each other.
  • the one, fixed load resistor 10a in this embodiment has a resistance of 100 kilohms.
  • a second, switchable load resistor 10b with a lower resistance value of here 10 kiloohms proceed.
  • the switchable load resistor is connected via a switch 11, starting from the signal line 5 to ground.
  • the switch 11 is closed by the control unit 8, for example via a corresponding electronic control.
  • a current increase takes place in said circuit, which is detected by the control electronics 3 of the sensor 1 by appropriate current monitoring means and as a start signal to trigger the Test mode is interpreted.
  • the invention is not limited solely to the use in analog pressure sensors.
  • the solution according to the invention is also applicable to other sensors and the like electronic components applicable, the integrated control electronics includes various test modes or the like, which, if necessary, are triggered via a remote, higher-level control device in a simple manner.

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Abstract

Anordnung zum Betrieb eines Sensors (1), der im wesentlichen aus einem mit dem Messmedium zusammenwirkenden Sensorelement (2) und einer örtlich zugeordneten Steuerelektronik (3) besteht und über mindestens eine unidirektionale Signalleitung (5) sowie eine Versorgungsspannungsleitung (6) mit einem ortsfernen Steuergerät (8) in Verbindung steht, das eine Spannungsversorgungseinheit (9) zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für den Sensor (1) umfasst, wobei zum Auslösen eines Testmodus im Sensor (1) seitens des Steuergeräts (8) Mittel zur Erzeugung eines definierten Lastwechsels im Stromkreis zwischen Signalleitung (5) und Masse vorgesehen sind, welcher von Stromüberwachungsmitteln seitens der Steuerelektronik (3) detektierbar und als Startsignal des Testmodus interpretierbar ist.

Description

Anordnung zum Betrieb eines Sensors
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb eines Sensors, der im Wesentlichen aus einem mit dem Messmedium zusammenwirkenden Sensorelement und einer Örtlich zugeordneten Steuerelektronik besteht und über mindestens eine unidirektionale Signalleitung sowie mindestens eine Versorgungsspannungsleitung mit einem ortsfernen elektronischen Steuergerät in Verbindung steht, das eine Spannungseinheit zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für den Sensor sowie eine Signalverarbeitungseinheit zur Auswertung des Messsignals umfasst.
Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Hier werden - beispielsweise im Rahmen eines pneumatischen Bremssystems bei Nutzfahrzeugen - verschiedenartige Sensoren zur Ermittlung von Betriebszuständen des Bremssystems verwendet. So kommen insbesondere Sensoren zur Erfassung von physikalischen Größen, wie Druck, Temperatur, Beschleunigung und dergleichen zum Einsatz. Mit all diesen Sensoren werden analoge Messwerte ermittelt, die in Form eines elektrischen Signals an übergeordnete Steuergeräte zur Datenverarbeitung weitergeleitet werden.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik gehen derartige Sensoren hervor, welche gewöhnlich aus einem mit dem Messmedium - beispielsweise Druckluft - zusammenwirkenden Sensorelement und einer nachgeschalteten Steuerelektronik bestehen. Sensorelement und zugeordnete Steuerelektronik sind gewöhnlich innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses untergebracht. Das Gehäuse weist elektrische Anschlüsse zur Weiterleitung des Messwerts auf, die mindestens für eine Signalleitung und eine Versorgungsspannungsleitung vorgesehen sind. Daneben kann auch ein Masseanschluss zum Anschließen einer Masseleitung am Sensor vorgesehen sein. Alternativ hierzu kann der Masseanschluss jedoch auch über einen Massekontakt des aus einem leitfähigen Metall bestehenden Gehäuses hergestellt werden. Die Versorgungsspannungsleitung dient der Zuführung der für die Steuerelektronik erforderlichen Betriebsspannung. Die Steuerelektronik herkömmlicher Sensoren sorgt insbesondere für eine Messwertaufbereitung, -Verstärkung und -anpassung. Das über die Steuerelektronik örtlich im Sensor aufbereitete Messsignal geht über die unidirektionale Signalleitung einem ortsfernen, meist zentralen Steuergerät zur weiteren Messwertverarbeitung zu.
Auf dem Gebiet der hier interessierenden Sensoren besteht zunehmend das Bedürfnis, deren Steuerelektronik mit zusätzlichen Funktionen auszustatten. So ist es wünschenswert, wenn der Sensor beispielsweise einen Testmodus zum Selbsttest ausführen kann, um diesen zu jedem gewünschten Zeitpunkt während des Betriebs durchzuführen. Herkömmliche Sensoren sind lediglich in der Lage, einmalig beim Einschalten oder zyklisch in definierten Zeitabständen einen Selbsttest zu durchlaufen. Während des laufenden Betriebs ist die Wiederholung eines solchen Selbsttests jedoch nicht möglich, da herkömmliche Sensoren der hier interessierenden Art hierauf nicht ausgelegt sind. Bei häufigen zyklischen Wiederholungen kann der Sensorbetrieb beeinträchtigt werden.
Es ist bereits versucht worden, den Sensor mit einer zusätzlichen Anschlussleitung zu versehen, über welche ein Startsignal zur Auslösung zusätzlicher Modi, wie Selbsttest oder Kalibrierung und dergleichen, übertragen werden kann. Allerdings erfordert eine derartige zusätzliche Steuerleitung entsprechenden Verdrahtungsaufwand in Form des hiermit verbundenen Material- und Montageaufwands. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Anordnung zum Betrieb eines Sensors dahingehend weiter zu verbessern, dass ein in der Steuerelektronik des Sensors implementierter Testmodus in einfacher Weise von einem ortsfernen Steuergerät aus wiederholt auslösbar ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung zum Betrieb eines Sensors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zum Auslösen eines Testmodus im Sensor seitens des Steuergeräts Mittel zur Erzeugung eines definierten Lastwechsels im Stromkreis zwischen Signalleitung und Masse vorgesehen sind, wobei der Lastwechsel von Stromüberwachungsmitteln seitens der Steuerelektronik detektierbar und als Startsignal des Testmodus interpretierbar ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass diese Art von Auslösung des Testmodus keine weitere elektrische Leitung zwischen Sensor und Steuergerät bedarf. Eine vorhandene simple unidirektionale Signalleitung ist in Verbindung mit den seitens des Sensors vorgesehenen Stromüberwachungsmitteln ausreichend, um das erforderliche Startsignal für einen Testmodus zu erzeugen. Als Testmodus im Sinne der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Selbsttest zur Diagnose der Funktionsfähigkeit des Sensors oder einer Kalibrierung zum Nullpunktabgleich verstanden. Es ist jedoch auch denkbar, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung auch andere von außen her bedarfsweise zu startende Funktionen innerhalb des Sensors auszulösen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Lösung auch zur Umschaltung von Messbereichen des Sensors und dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Erzeugung des definierten Lastwechsels mindestens zwei ausgehend von der Signalleitung zueinander parallel gegen Masse geschaltete Ohm' sehe Lastwiderstände. Steuergeräteseitig last sich die erfindungsgemäße Lösung somit mit denkbar einfachsten elektronischen Bauelementen realisieren. Zum Auslösen des Lastwechseln ist mindestens einer der Lastwiderstände mit einem Schalter in Reihe gegen Masse geschaltet. Es ist auch möglich, stattdessen die Widerstände gegen die Spannungsversorgungsleitung (Potential) zu schalten. Wird also innerhalb der Parallelschaltung der Widerstände ein weiterer Widerstand über den Schalter zugeschaltet, fließt in dem Stromkreis zwischen Signalleitung und Masse bzw. Potential ein höheren elektrischer Strom, der einen Abfall des Ausgangssignals bewirkt. Dieser durch den Wert der gewählten Widerstände definierte Spannungsabfall lässt sich seitens der Steuerelektronik des Sensors eindeutig als Steuerinformation auswerten, hier also als Startsignal für den Testmodus. Neben einer derartigen Spannungsverlaufsüberwachung ist diese Steuerinformation auch über eine Stromüberwachung seitens der Steuerelektronik im Sensor in ähnlicher Weise gewinnbar.
Vorzugsweise lässt sich die erfindungsgemäße Lösung mit nur zwei Lastwiderständen realisieren, was den Bauteileaufwand minimiert. Hierbei ist ein hinsichtlich des Widerstandswerts fixer Lastwiderstand und ein hinsichtlich des Widerstandswerts schaltbarer Lastwiderstand vorgesehen. Die Widerstandswerte können sich unterscheiden oder gleich groß sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung ist am Sensor genau eine unidirektionale Signalleitung, eine Versorgungsspannungsleitung sowie eine Masseleitung anschließbar. Alternativ hierzu ist es jedoch auch denkbar, das Gehäuse des Sensors aus einem leitfähigen Metall herzustellen und den Masseanschluss über einen Gehäusekontakt, beispielsweise mit der Chassis eines Fahrzeuges, zu realisieren. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Betrieb eines Sensors.
Gemäß Figur besteht ein hier zum Messen eines Drucks vorgesehener Sensor 1 aus einem mit dem Druck eines - nicht weiter dargestellten - pneumatischen Bremssystems zusammenwirkenden Sensorselement 2 sowie einer hiermit gekoppelten zugeordneten Steuerelektronik 3. Sensorelement 2 und Steuerelektronik 3 sind innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 4 untergebracht.
Der Sensor 1 ist über eine unidirektionale Signalleitung 5, eine Versorgungsspannungsleitung 6 sowie eine Masseleitung 7 an einem ortsfernen Steuergerät 8 elektrisch angeschlossen. Die Spannungsversorgung des Sensors 1 erfolgt über die Spannungs versorgungsleitung 6, wozu innerhalb des Steuergeräts 8 eine Spannungsversorgungseinheit 9 vorgesehen ist. Die Spannungsversorgungseinheit 9 stellt eine Gleichspannung im Niedervoltbereich für den Sensor 1 zur Verfügung. Die Betriebsspannung liegt zwischen der Versorgungsspannungsleitung 6 und der Masseleitung 7 an.
Die unidirektionale Signalleitung 5 liefert den ausgangsseitig am Sensor 1 zur Verfügung gestellten Druckmesswert an das Steuergerät 8 zur weiteren - nicht weiter illustrierten - Signalverarbeitung.
Die Steuerelektronik 3 des Sensors 1 verkörpert in ihrem Funktionsumfang auch einen Testmodus, der einen Selbsttest auf eine korrekte Funktion des Sensors 1 durchfuhrt. Zum Auslösen dieses Testmodus im Sensor 1 sind Mittel zur Erzeugung eines definierten Lastwechsels im Stromkreis zwischen der Signalleitung 5 und der Masseleitung 7 vorgesehen. Ein solcher definierter Lastwechsel wird von Stromüberwachungsmitteln seitens der Steuerelektronik 3 des Sensors 1 detektiert und über den definierten Wert als Startsignal für den Testmodus interpretiert. Findet also der definierte Lastwechsel statt, so geht der Sensor 1 in den Testmodus zwecks Selbsttest über, führt diesen durch, liefert anschließend über die unidirektionale Signalleitung 5 ein Ergebnissignal zum Steuergerät 8 und kehrt anschließend in den normalen Betriebsmodus zurück, in welchem der Sensor 1 Drucksignale als Messwert an das Steuergerät 8 liefert.
Zur Erzeugung des besagten definierten Lastwechsels werden seitens des Steuergeräts 8 zwei zueinander parallel geschaltete Ohm'sche Lastwiderstände 10a und 10b verwendet. Der eine, fixe Lastwiderstand 10a weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Widerstandswert von 100 Kiloohm auf. Neben dem fixen Lastwiderstand 10a ist ein zweiter, schaltbarer Lastwiderstand 10b mit einem geringeren Widerstandswert von hier 10 Kiloohm vorgehen. Der schaltbare Lastwiderstand ist über einen Schalter 11 ausgehend von der Signalleitung 5 an Masse geschaltet.
Zur Auslösung des Testmodus wird - beispielsweise über eine entsprechende elektronische Ansteuerung - der Schalter 11 seitens des Steuergeräts 8 geschlossen. Über den hierdurch herbeigeführten Lastanstieg im Stromkreis zwischen Signalleitung 5 und Masseleitung 7 aufgrund der Parallelschaltung der beiden Lastwiderstände 10a und 10b findet ein Stromanstieg in dem besagten Stromkreis statt, der seitens der Steuerelektronik 3 des Sensors 1 durch entsprechende Stromüberwachungsmittel detektiert wird und als Startsignal zur Auslösung des Testmodus interpretiert wird.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch andere Anwendungsfälle denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind.
So ist die Erfindung nicht allein beschränkt auf den Einsatz bei analogen Drucksensoren. Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Lösung auch auf andere Sensoren und vergleichbare elektronische Bauelemente anwendbar, deren integrierte Steuerelektronik verschiedenartige Testmodi oder dergleichen beinhaltet, welche bedarfsweise über ein ortsfernes, übergeordnetes Steuergerät in einfacher Weise auszulösen sind.
B ez ugsz eichen liste
Sensor
Sensorelement
Steuerelektronik
Gehäuse
Signalleitung
Versorgungsspannungsleitung
Masseleitung
Steuergerät
Spannungsversorgungseinheit
Ohm 'scher Lastwiderstand
Schalter

Claims

A n s p r ü c h e
1. Anordnung zum Betrieb eines Sensors (1), der im wesentlichen aus einem mit dem Messmedium zusammenwirkenden Sensorelement (2) und einer örtlich zugeordneten Steuerelektronik (3) besteht und über mindestens eine unidirektionale Signalleitung (5) sowie eine Versorgungsspannungsleitung (6) mit einem ortsfernen Steuergerät (8) in Verbindung steht, das eine Spannungsversorgungseinheit (9) zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für den Sensor (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auslösen eines Testmodus im Sensor (1) seitens des Steuergeräts (8) Mittel zur Erzeugung eines definierten Lastwechsels im Stromkreis zwischen Signalleitung (5) und Masse vorgesehen sind, welcher von Stromüberwachungsmitteln seitens der Steuerelektronik (3) detektierbar und als Startsignal des Testmodus interpretierbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des definierten Lastwechsels mindestens zwei ausgehend von der Signalleitung (5) zueinander parallel gegen Masse geschaltete ohmsche Lastwiderstände (1Oa5IOb) umfassen, wobei zum Auslösen des Lastwechsels mindestens einer der Lastwiderstände (10b) mit einem Schalter (1 1) in Reihe gegen Masse schaltbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des definierten Lastwechsels mindestens zwei ausgehend von der Signalleitung (5) zueinander parallel gegen die Versorgungsspannungsleitung (6) geschaltete ohmsche Lastwiderstände (10a, 10b) umfassen, wobei zum Auslösen des Lastwechsels mindestens einer der Lastwiderstände (10b) mit einem Schalter (11) in Reihe gegen die Versorgungsspannungsleitung (6) schaltbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Lastwiderstände (10a, 10b) vorgesehen sind, wobei der schaltbare Lastwiderstand (10b) einen gleich großen oder unterschiedlichen Widerstandswert als der fixe Lastwiderstand (10a) aufweist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der fixe Lastwiderstand (10a) einen Widerstandswert von 100 Kiloohm und der schaltbare Lastwiderstand (10b) einen Widerstandswert von 10 Kiloohm aufweist.
6. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Sensor (1) genau eine Signalleitung (5), Versorgungs- spannungsleitung (6) sowie Masseleitung (7) anschließbar ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Testmodus als Selbsttestmodus der korrekten Funktion des Sensors (1) ausgestaltet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Testmodus als Kalibrierungsmodus zum Nullpunkt- abgleich des Sensors (1) ausgestaltet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Testmodus zur Umschaltung von Messbereichen des Sensors (1) ausgestaltet ist.
10. Anordnung nach einer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) nach Art eines analogen Sensors zur Messung eines Istdruckwerks innerhalb des pneumatischen Bremssystems eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.
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