DE10115411A1 - Sensor zum Anschluß an einen Bus und Verfahren zur Energieversorgung eines an einen Bus angeschlossenen Sensors - Google Patents

Abstract

Es wird ein Sensor zum Anschluß an einen Bus bzw. ein Verfahren zur Energieversorgung eines an einen Bus angeschlossenen Sensors vorgeschlagen, die dazu dienen, den Energieverbrach eines an den Bus angeschlossenen Sensors zu minimieren. Dazu werden während einer ersten Zeit Energie für einen Sensor in einem Energiespeicher geladen und in einer zweiten Zeit, also der Meßzeit, entladen, um das Sensorelement mit Energie zu versorgen. Als Energiespeicher wird ein Kondensator verwendet und die Aufladung des Kondensators wird durch eine Spannungsüberwachung überwacht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum Anschluß an einen Bus bzw. einem Verfahren zur Energieversorgung eines an einen Bus angeschlossenen Sensors nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.

Es ist bereits aus der Patentschrift DE 38 11 217 bekannt, Sensoren für ein Rückhaltesystem an einen Bus anzuschließen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor zum Anschluß an einen Bus bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zu Energieversorgung eines an einen Bus angeschlossenen Sensors mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass der Energieverbrauch von an den Bus angeschlossenen Sensoren auf ein Minimum beschränkt wird. Damit erreichen dann die Sensoren elektrische Kenndaten von gewöhnlichen Zündmitteln, d. h. die Betriebsenergie der Sensoren ist nicht größer als die eines Zündmittels. Damit lassen sich dann mehr Sensoren an einen Bus anschließen. Dies wird dadurch erreicht, dass das sogenannte Snapshot-Measurement durchgeführt wird. Dies beinhaltet, dass die Sensoren und dabei insbesondere langsame Sensoren mit einer Abtastrate von einigen Hertz nur wenige Meßzyklen durchführen und sich die meiste Zeit in einem Sleepmodus befinden, also keinen oder nur sehr wenig Strom benötigen. Das Meßergebnis wird dann in einem Logikbaustein abgespeichert und bei Bedarf über den Bus übertragen. Die Aufladung des Energiespeichers für das Sensorelement des Sensors wird dabei durch eine Energieüberwachung überwacht, um zu erkennen, wann der Energiespeicher so weit aufgeladen ist, dass das Sensorelement durch den Energiespeicher für wenigstens eine Messung mit Energie versorgt werden kann. Insbesondere ist durch den geringeren Energieverbrauch der Sensoren es nun möglich, einen Bus mit mehr als beispielsweise sieben Sensoren und den gleichzeitigen Betrieb von Zündmitteln zu gestalten.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Sensors zum Anschluß an einen Bus bzw. Verfahrens zur Energieversorgung eines an einen Bus angeschlossenen Sensors möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass ein weiterer Energiespeicher vorhanden ist, der in einer aktiven Busphase, also wenn eine Kommunikation über den Bus stattfindet, den Logikbaustein mit Energie versorgt, da während dieser Zeit der Logikbaustein über den Bus nicht versorgt werden kann. Dieser Energiespeicher wird während der inaktiven Busphase aufgeladen.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass die Energieüberwachung dem Logikbaustein zugeordnet ist und damit zusätzlich als Spannungsüberwachung ausgebildet ist.

Damit wird gleichzeitig mit dem Logikbaustein auch die Spannungsüberwachung dauernd mit elektrischer Energie versorgt, so dass der Energiespeicher für das Sensorelement dauernd in Bezug auf die in ihm gespeicherte elektrische Energie überwacht wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Energiespeicher als Kondensatoren ausgebildet sind, die sich klein und kompakt herstellen lassen.

Schließlich ist es auch von Vorteil, dass der Logikbaustein dann die Signale vom Sensorelement speichert und später über den Bus versendet. Dies ermöglicht, dass entweder auf Anfrage durch einen Busmaster oder automatisch ein Sensor Daten über den Bus versendet.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Sensors, Fig. 2 ein Bussystem mit einem angeschlossenen erfindungsgemäßen Sensor und Fig. 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung

Durch die zunehmende Anzahl von Rückhaltemitteln und Sensoren in einem Kraftfahrzeug ist es vorteilhaft, einen Bus zu verwenden, um Zündmittel und Sensoren für solche Rückhaltesysteme miteinander zu verbinden, um Kabelaufwand zu reduzieren. In einigen Anwendungen ist es gewünscht, sogenannte langsame Sensoren mit einer Abtastrate um einigen Hertz und Zündmittel zusammen an einem Bus betreiben zu können. Ein Beispiel dafür ist der Betrieb von Gurtschloßschaltern und der Insassengewichtssensierung sowie der Gurtstraffer im Kraftfahrzeug an einem Bus.

In einem typischen Bussystem für Rückhaltesysteme wird ein Steuergerät als Busmaster verwendet, während Sensoren und Zündmittel als Slaves betrieben werden. Die Slaves senden auf Anforderung in vorgegebenen Zeitabschnitten ihre Daten an den Master. Im Steuergerät wird dann mit den Sensorenwerten ein Auslösealgorithmus berechnet, der gegebenenfalls zu einer Auslöseentscheidung führt, die dann über den Bus an die Zündmittel übertragen wird. In einer besonderen Ausführung eines Busses, der im folgenden beschrieben wird, werden in einer Initialisierungsphase den angeschlossenen Sensoren und Zündmitteln als Slaves Zeitabschnitte zugeordnet, in denen die Slaves senden können. Dabei schaltet der Busmaster in diesen Zeitabschnitten die Spannung auf den Busleitungen auf einen niedrigeren Wert U_activ, als es in der inaktiven Busphase der Fall ist U_inactiv. Nur bei U_activ wird eine Modulation der Energie auf den Busleitungen durch die einzelnen Slaves gestattet.

Erfindungsgemäß wird nun der Sensor so weitergebildet, dass das Sensorelement als ein Hauptstromverbraucher nur in kurzen Meßzyklen betrieben wird aber die meiste Zeit nicht zur Messung eingesetzt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Energiespeicher aufgeladen wird und nur, wenn der Energiespeicher einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, beginnt ein Meßzyklus. Diese Meßergebnisse werden dann von dem Sensor entweder auf Anfrage oder automatisch über den Bus übertragen. Damit wird das Sensorelement während der Aufladungsphase des Energiespeichers nicht betrieben. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass auch der Logikbaustein, der zur Ablaufsteuerung im Sensor dient und auch die Spannungsüberwachung des Energiespeichers durchführt, einem Energiespeicher zugeordnet ist, der dafür sorgt, dass während der aktiven Kommunikationsphase, während der der Logikbaustein über den Bus nicht mit Energie versorgt werden kann, mit der notwendigen elektrischen Energie durch diesen zusätzlichen Energiespeicher versorgt wird.

Fig. 2 zeigt eine Konfiguration eines Bussystems, an das ein Busmaster 1, der hier wie oben beschrieben ein Steuergerät ist, über eine Busleitung 2 mit einem erfindungsgemäßen Sensor 3 und zweier Zündmittel 4 und 5 verbunden ist. Der Sensor 3 ist hier ein Gurtschloßsensor, der nur mit einer geringen Abtastrate betrieben wird. Daher ist es nicht notwendig, den Sensor 3 häufig zu einer Messung zu veranlassen, er kann sich also die meiste Zeit in einem Sleep-Modus befinden. Bei den Zündmitteln 4 und 5 handelt es sich um Gurtstraffer. Anstatt des hier gezeigten parallelen Bussystems ist es möglich, ein Ring oder auch ein Daisy- Chane oder auch eine Kombination aus verschiedenen Buskonfigurationen zu wählen. Das Steuergerät 1 berechnet anhand der Sensorenwerte den Auslösealgorithmus und überträgt gegebenenfalls eine Auslöseentscheidung an die Zündmittel 4 und 5. Die Busleitung 2 ist hier eine Zweidrahtleitung, die alternativ auch als eine Eindrahtleitung ausgeführt werden kann.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Sensors. Zwei Busanschlüsse a und b sind an einen Gleichrichter G angeschlossen. Da ein Bussystem für Rückhaltesysteme aufgrund der notwendigen Sicherheit eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen muß und die an den Bus 2 angeschlossenen Busstationen über den Bus 2 mit Energie in Form eines Gleichstroms versorgt werden, ist eine Fehlerbehandlung bei einem Kurzschluß der positiv vorgespannten Busleitung die Leitungen umzupolen, so dass dann die ursprüngliche Masseleitung als signalführende Leitung verwendet wird. Damit ist es ungewiß, welche Polarität die Busanschlüsse a und b haben werden. Durch den Gleichrichter G wird dies jedoch irrelevant.

An den Gleichrichter G ist mit ihrer Anode eine Diode D1 und ein Schalter S4 jeweils angeschlossen. An einen weiteren Anschluß des Gleichrichters G ist die andere Seite des Schalters S4, ein Logikbaustein L, ein Sensorelement S, ein Schalter S2, eine Anode einer Diode D2, ein Schalter S3 und eine Anode einer Diode D3 angeschlossen. An die Kathode der Diode D1 ist ein anderer Anschluß des Logikbausteins L, eine Anode einer Diode D4 und ein Kondensator C_E1 angeschlossen.

Der Schalter S2 ist auf seiner anderen Seite mit einem Kondensator C_E2 und der Kathode der Diode D3 verbunden. Der Schalter S3 ist auf seiner anderen Seite mit dem Kondensator C_E1 und der Kathode der Diode D2 verbunden. Die Kathode der Diode D4 ist mit einem Schalter S4 verbunden. Die andere Seite des Schalters S1 führt zu einem zweiten Kontakt des Sensorelements S. Der Schalter S1 verbindet in einer ersten Stellung die Kathode der Diode D4 mit dem Kondensator C_E2 und in einer zweiten Stellung das Sensorelement S mit dem Kondensator C_E2. Die Steuerung des Schalters S1 wird durch eine hier nicht dargestellte Leitung durch den Logikbaustein L vorgenommen.

An den Kondensator C_E2 und den Schalter S1 ist weiterhin eine Spannungsüberwachungsleitung angeschlossen, die zum Logikbaustein L führt, so dass dort eine Spannungsüberwachung des Kondensators C_E2 durchgeführt werden kann. Das Sensorelement S ist über einen Ausgang, über den ein Analogsignal vom Sensorelement S übertragen wird, mit dem Logikbaustein L verbunden. Über einen Eingang ist das Sensorelement S mit dem Logikbaustein L verbunden.

Dieser Eingang dient zum Auslösen der Messung, die durch das Sensorelement S durchgeführt wird.

Über einen zweiten Ausgang ist der Logikbaustein L mit dem Schalter S2 verbunden, um den Schalter S2 zu betätigen. Über einen dritten Ausgang ist der Logikbaustein L mit dem Schalter S3 verbunden, um den Schalter S3 zu betätigen. Über einen vierten Ausgang ist der Logikbaustein L mit dem Schalter S1 verbunden, um den Schalter S1 zu betätigen.

Während einer ersten Zeit, während der der hier dargestellte Sensor nicht mißt, sind die Schalter S2 und S3 geschlossen, so dass sich die Kondensatoren C_E1 und C_E2 aufladen können. Sie laden sich damit auf eine Spannung um den Wert U_inactiv auf. Die Diode D4 sorgt dafür, dass sich der Kondensator nicht über den Kondensator C_E1 entlädt. Außerdem dient die Diode D4 dazu, den Kondensator C_E2 langsamer aufzuladen. Darüber hinaus ist der Schalter S1 in der oberen Stellung, so dass der Schalter S1 den Kondensator C_E2 mit der Kathode der Diode D4 verbindet. Damit kann sich dann der Kondensator C_E2 aufladen und zwar mit dem Ladestrom I_L2. Des Kondensator C_E1, der direkt an die Kathode der Diode D1 angeschlossen ist, lädt sich mit dem Ladestrom I_L1 auf.

Der Schalter S4 ist geöffnet, da dieser nur geschlossen wird, wenn das Meßergebnis gesendet wird. Der Schalter S4 dient zur Modulation der Energie. Er wird in der aktiven Busphase auch geöffnet, um eine logische 0 zu erzeugen, während das Schließen von S4 eine logische 1 generiert. In dieser aktiven Busphase ist die Spannung U_activ auf der Busleitung 2, so dass die Kondensatoren C_E1 und C_E2 nicht mehr aufgeladen werden. Eine Entladung dieser Kondensatoren verhindert die Diode D1.

Über die Spannungsüberwachungsleitung erkennt der Logikbaustein L, wann der Kondensator C_E2 so weit aufgeladen ist, dass eine Messung mit dem Sensorelement S mit der Energie, die im Kondensator C_E2 geladen wird, möglich ist. Ist dieser Zeitpunkt erreicht, dann beginnt die zweite Zeit, und der Schalter S1 wird in die untere Stellung geschaltet, um das Sensorelement S mit dem Kondensator C_E2 zu verbinden, der sich nun über das Sensorelement S entladen kann und damit das Sensorelement S mit elektrischer Energie versorgt. Dabei wird der Schalter S2 geöffnet, so dass sich der Kondensator C_E2 nur über den Schalter S1 und das Sensorelement S entladen kann. Der Kondensator C_E1 entlädt sich dabei über den Logikbaustein L, sofern der Schalter S4 geschlossen und die Spannung auf der Busleitung auf Uactiv geschaltet ist. Damit wird ermöglicht, dass der Logikbaustein L immer mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Diode D1 verhindert dabei ein Abfließen über die Busleitung a und b. Hier wird der Spannungspegel an den Busleitungen zwischen zwei Pegeln geschaltet, U_inactiv und U_activ. U_activ ist dabei deutlich kleiner als U_inactiv. Da C_E1 und C_E2 als Energiereserven auf eine Spannung um U_inactiv geladen werden, sperrt die Diode D1 während der Zeit der aktiven Datenübertragung, d. h. ein Pegel von Uactiv auf der Busleitung. Die Stromquelle über S4 belastet daher den Bus, nicht aber die über D1 entkoppelte Schaltung des Sensors.

Wurde die Messung mit dem Sensorelement S durchgeführt, das hier als ein Hall-Element ausgebildet ist, dann überträgt das Sensorelement S über seinen Ausgang ein der Messung entsprechendes Analogsignal, das der Logikbaustein L mit einem integrierten Analog-/Digital-Wandler digitalisiert und in einem im Logikbaustein L angeordneten Register abspeichert. Zunächst hat jedoch der Logikbaustein L über den ersten Ausgang ein die Messung auslösendes Signal zum Sensorelement S übertragen, so dass die Messung durch das Sensorelement S beginnen kann. Der Logikbaustein L sendet entweder nach Abschluß der Messung die Meßergebnisse über die Anschlüsse a und b und den Bus 2 oder auf Abruf beispielsweise durch den Busmaster 1. Dafür wird dann der Schalter S4 geschlossen und der Strom I_TR wird als Übertragungsstrom verwendet. Durch das Schließen und Öffnen des Schalters S4 in der aktiven Busphase (Uactiv auf der Busleitung 2) können digitale Signale erzeugt werden. Als Codierung wird hier die Manchester-Codierung verwendet.

Die Schalter S1, S2, S3 und S4 sind hier als Transistoren ausgebildet. Die Dioden D1 und D2 ermöglichen einerseits ein Aufladen der Kondensatoren C_E2 und C_E1 und andererseits, dass sich die Kondensatoren in der entsprechenden Richtung entladen.

Hier wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Sensor 3 wir auch die Zündmittel 4 und 5 Slaves im Vergleich zum Busmaster 1.

In Fig. 3 ist als Flußdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. In Verfahrensschritt 6 werden die Energiespeicher, also die Kondensatoren C_E1 und C_E2 über die Diode D1 und durch den Schalter S1 in der oberen Stellung sowie die geschlossenen Schalter S2 und S3 aufgeladen. Dabei fließen dann die Ladeströme I_L1 und I_L2. Der Schalter S4 ist dagegen geöffnet, so dass die nachfolgende Schaltung nicht kurzgeschlossen ist. Der Logikbaustein L weist die Spannungsüberwachung auf, die erkennt, wann der Kondensator C_E2 genügend Energie hat, um das Sensorelement S für wenigstens eine Messung zu versorgen. Statt einer Messung können auch mehrere Messungen durchgeführt werden. Daher wird in Verfahrensschritt 7 überprüft, ob die Spannung am Kondensator C_E2 über einem vorgegebenen Schwellwert liegt. Dieser Schwellwert charakterisiert die notwendige Energie für das Sensorelement S.

Ist dies nicht erreicht, dann wird das Aufladen des Kondensators C_E2 in Verfahrensschritt 6 fortgesetzt. Ist jedoch die Spannung über dem Schwellwert, dann wird in Verfahrensschritt 8 ein Öffnen des Schalter S2 vorgenommen und der Schalter S1 wird in die untere Stellung geschaltet, um das Sensorelement S durch C_E2 mit Energie zu versorgen. Weiterhin wird vom Logikbaustein L dem Sensorelement S ein die Messung auslösendes Signal übertragen. Dann wird in Verfahrensschritt 9 die eigentliche Messung durchgeführt.

In Verfahrensschritt 10 werden dann diese Meßsignale als Analogsignal dem Logikbaustein L vom Sensorelement S übergeben. Der Logikbaustein L legt die Meßsignale in einem Register nach einer Digitalisierung ab. Dann wird der Schalter S4 dazu verwendet, entweder auf Anfrage durch den Busmaster 1 oder automatisch, um das Meßsignal über den Bus 2 zu dem Busmaster 1 zu übertragen. Dazu wird der Schalter S4 geöffnet und geschlossen, um digitale Signale zu erzeugen. Damit entsteht dann der Übertragungsstrom I_TR. Während der aktiven Busphase wird gleichzeitig der Schalter S3 geöffnet, so dass der Energiespeicher C_E1 den Logikbaustein in dieser Zeit der Buskommunikation mit Energie versorgt. Auch wenn sich der Kondensator C_E2 über das Sensorelement S entlädt, wird der Kondensator C_E1 weiterhin über die Anschlüsse a und b von dem auf dem Bus 2 befindlichen Strom geladen. Nur in der aktiven Busphase kommt es zu Entladung von C_E1, da dann die Spannung auf der Busleitung auf U_activ geschaltet wird und der Logikbaustein L von C_E1 versorgt werden muß.

Nach der Übertragung wird der Schalter S4 wieder dauernd geöffnet und die Schalter S2 und S3 geschlossen und der Schalter S1 in die obere Stellung geschaltet, so dass das Aufladen der Kondensatoren C_E1 und C_E2 wieder beginnen kann.

Dies wird dann in den Verfahrensschritten 11 und 12 vorgenommen. Dann wird entsprechend zurückgesprungen zu Verfahrensschritt 6.

Es muß also zwischen der aktiven und inaktiven Busphase einerseits und der Meßphase und Aufladungsphase von C_E2 andererseits unterschieden werden, wobei sich C_E1 in der inaktiven Busphase auflädt. Auch C_E2 kann sich nur in der inaktiven Busphase aufladen, jedoch auch wieder entladen, wenn C_E2 den vorgegebenen Spannungswert erreicht hat, um damit eine Messung durch das Sensorelement zu ermöglichen.

Claims (7)

1. Sensor zum Anschluß an einen Bus (2), wobei der Sensor (3) ein Sensorelement (S), einen Logikbaustein (L) zur Ablaufsteuerung und einen Anschluß (a, b) an den Bus (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (S) mit einem ersten Energiespeicher (C_E2) verbindbar ist und dass im Sensor (3) Mittel (S1, G) zum Aufladen des ersten Energiespeichers (C_E2) über den Bus (2) in einer ersten Zeit und Mittel (L, S2) zum Versorgen des Sensorelements (S) in einer zweiten Zeit vorhanden sind, wobei eine Energieüberwachung (L) die Aufladung des ersten Energiespeichers (C_E2) überwacht.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Energiespeicher (C_E1) vorhanden ist, der zur Energieversorgung des Logikbausteins (L) während einer Buskommunikation dient.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieüberwachung dem Logikbaustein (L) zugeordnet ist und als Spannungsüberwachung ausgebildet ist.

4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Energiespeicher (C_E1, C_E2) jeweils als Kondensatoren ausgebildet sind.

5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Logikbaustein (L) Signale vom Sensorelement (S) speichert und über den Bus (2) versendet.

6. Verfahren zur Energieversorgung eines an einen Bus (2) angeschlossenen Sensors (3), wobei ein Logikbaustein (L) an eine Busleitung (2) zu seiner Energieversorgung während einer ersten Zeit angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Zeit ein erster Energiespeicher (C_E2) für ein Sensorelement (S) des Sensors (3) aufgeladen wird, wobei die Energieüberwachung die Aufladung überwacht, und dass in einer zweiten Zeit das Sensorelement (S) von dem ersten Energiespeicher (C_E2) versorgt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Energiespeicher (C_E1) aufgeladen wird, der während einer Buskommunikation zur Energieversorgung des Logikbausteins (L) dient.