VERFAHREN ZUR SYNCHRONISATION VON SENSOREN

Verfahren zur Synchronisation von Sensoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation von Sensoren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, eine Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 13 sowie die Verwendung der Sensoranordnung in Kraftfahrzeugen.

Die Vernetzung von Sensoren im Kraftfahrzeug erfordert häu ^¬ fig die relativ präzise zeitliche Zuordnung von Messwertauf ^¬ nahme und Messwertausgabe damit die Messwerte verschiedener Sensoren zeitlich in Zusammenhang gesetzt werden können. Eine bekannte Methode besteht darin, die Sensoren gezielt durch ein Triggersignal zur Messwertaufnahme zu stimulieren und dann die Daten synchronisiert auszulesen. Die Synchronisation erfolgt üblicherweise über Chip-Select-Signale, Da ^¬ tenworte, Digitales Synchronisations- Signal, oder simple Spannungspulse .

Ein Anforderungsschwerpunkt bei allen Anwendungen im Fahr ^¬ zeug, ist die Robustheit und Störsicherheit der Signale. Hierbei gibt es wesentliche Unterschiede, ob die Sensoren auf einer Leiterplatte zusammengefasst sind, oder ob es sich um im Fahrzeug verteilte Sensoren, sogenannte Trabanten, handelt. Bei vielen Trabanten, gerade im Airbag Bereich, hat sich die Übertragung der Daten über eine 2-Draht- Stromschnittstelle durchgesetzt. Die Zuleitungen des Sensors dienen dabei häufig sowohl der Spannungsversorgung, als auch der bidirektionalen Datenübertragung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Synchronisation von Sensoren sowie eine Sensoranordnung vorzuschlagen, die eine relativ präzise Synchronisation der Datenübertragung zumindest von einem Sensor an eine elektronische Kontrolleinheit ermöglicht, wobei die Sensoranordnung relativ kostengünstig ausgebildet sein kann bzw. ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfah ^¬ ren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Sensoranordnung gemäß Anspruch 13.

Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine relativ hohe Störfestigkeit der Synchronisation.

Das Synchronisationssignal ist vorzugsweise als Datenanfor ^¬ derungssignal ausgebildet bzw. dient vorzugsweise als sol ^¬ ches .

Das Datensignal des Sensors umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Impulse.

Bevorzugt ist das Datensignal des Sensors als eingeprägtes Stromsignal ausgebildet.

Es ist bevorzugt, dass die elektronische Kontrolleinheit zu ^¬ mindest ein spannungscodiertes Datensignal nach einem Syn- chronisationssignal bzw. zwischen zwei Synchronisationssig ^¬ nalen an den Sensor überträgt, insbesondere in einem dritten Datenübertragungsmodus. Dabei ist das mindestens eine Syn ^¬ chronisationssignal impulsförmig ausgebildet und das Daten ^¬ signal umfasst ebenfalls ein oder mehrere Spannungsimpulse, besonders bevorzugt geringerer Amplitude als das Synchroni ^¬ sationssignal, wobei diese Spannungsimpulse des Datensignals keine wechselnde Polarität aufweisen. Mittels solch eines spannungscodierten Datensignals überträgt die elektronische Kontrolleinheit beispielsweise Kalibrierdaten und/oder Sta ^¬ tusbefehle an den Sensor. Dieses spannungscodierte Datensig ^¬ nal wird zweckmäßigerweise mittels des Spannungsmodulators in der elektronischen Kontrolleinheit erzeugt.

Das Datensignal des Sensors umfasst vorzugsweise Statusdaten und/oder Messdaten, insbesondere je nach Art des zuvor vom Sensor empfangenen Synchronisationssignals.

Der Sensor ist vorzugsweise durch genau zwei Leitungen mit der elektronischen Kontrolleinheit verbunden, insbesondere durch zwei elektrische Verbindungsleitungen.

Zwischen elektronischer Kontrolleinheit und Sensor wird bevorzugt bidirektional Information übertragen und zwar vom Sensor zur elektronischen Kontrolleinheit, auch ECU abgekürzt, per Datensignal und von der ECU zum Sensor per Synchronisationssignal .

Die elektronische Kontrolleinheit umfasst vorzugsweise eine Umpolungseinheit zur Erzeugung oder Modulation des Synchro ^¬ nisationssignals, wobei die Umpolungseinheit insbesondere eine Umschalteinheit und einen Spannungsmodulator aufweist. Die Umschalteinheit weist insbesondere vier Schalter auf, die so angeordnet bzw. verschaltet sind, dass mit diesen Schaltern paarweise die Polarität der Versorgungsspannung an der ersten und zweiten Leitung umschaltbar ist, wobei die Umschalteinheit besonders bevorzugt als H-Brücke bzw. H- Schaltung ausgebildet ist.

Es ist bevorzugt, dass der Sensor zur Sicherstellung seiner Energieversorgung, unabhängig von der Polarität des Versor- gungsspannungssignals bzw. des Synchronisationssignals, eine Gleichrichterschaltung, beispielsweise einen Brückengleichrichter, und einen Energiespeicher umfasst, wobei der Brückengleichrichter insbesondere an der ersten und zweiten Leitung angeschlossen ist.

Es ist zweckmäßig, dass der Sensor einen Polarisationsdetektor und einen Nulldurchgangsdetektor aufweist, welche so ausgelegt und angeordnet sind, dass sie eine Polarisations ^¬ änderung sowie einen Nulldurchgang des Versorgungsspannungs- signals bzw. Synchronisationssignals zwischen erster und zweiter Leitung erfassen, wobei der Polarisationsdetektor und der Nulldurchgangsdetektor dafür insbesondere an die Gleichrichterschaltung angeschlossen sind. Der Sensor weist besonders bevorzugt einen Synchronisationspulsformer auf, der von dem Polarisationsdetektor und dem Nulldurchgangsdetektor angesteuert wird und der einen Protokolldekoder ansteuert, wobei der Synchronisationspulsformer so ausgebildet ist, dass er einen Synchronisationsimpuls erzeugt, welcher den Protokolldekoder dazu veranlasst, ein Datensignal umfas ^¬ send ein oder mehrere Datenimpulse in definierter Weise zu erzeugen und/oder deren Übertragung an die ECU veranlasst.

Es ist bevorzugt, dass der Sensor einen Modeumschalter aufweist, welcher in Abhängigkeit der Signalform des Synchronisationssignals angesteuert wird, wobei die Signalform zumin ^¬ dest durch den Polarisationsdetektor und den Nulldurchgangsdetektor erfasst wird, wobei der Modeumschalter den Sensor dazu veranlasst, die von der elektronischen Kontrolleinheit angeforderten Informationen als Datensignal codiert an die elektronische Kontrolleinheit zu übertragen, wobei der Mode ^¬ umschalter dafür insbesondere den Protokolldekoder ansteuert .

Die elektronische Kontrolleinheit ist vorzugsweise so ausge ^¬ bildet, dass das Synchronisationssignal in Abhängigkeit der von der elektronischen Kontrolleinheit anzufordernden Informationen oder Informationsart in definierter Weise erzeugt wird, insbesondere hinsichtlich seiner Flankensteilheit, wo ^¬ bei die ECU besonders bevorzugt mit der Umpolungseinheit ein Synchronisationssignal mit rampenförmigen Flanken erzeugt und an den Sensor sendet, damit der Sensor Messdaten als Datensignal synchron zurücksendet, und/oder dass die ECU mit der Umpolungseinheit ein steilflankiges bzw. rechteckförmi- ges Synchronisationssignal an den Sensor sendet, damit der Sensor Statusdaten als Datensignal synchron an die ECU zurücksendet .

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung der Sensoranordnung in Kraftfahrzeugen, wobei der Sensor insbesondere als Drucksensor oder Inertialsensor ausgebildet ist, besonders bevorzugt als Beschleunigungs- und/oder Körper ^¬ schallsensor .

Es zeigen beispielhaft, in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine beispielhafte Sensoranordnung, umfassend ei ^¬ nen Sensor, eine ECU sowie zwei Leitungen bzw. Verbindungsleitungen bzw. Versorgungsleitungen zwischen Sensor und ECU, wobei weitere Teileinhei ^¬ ten bzw. Komponenten des Sensors und der ECU veranschaulicht sind und eine synchronisierte Daten ^¬ übertragung zwischen Sensor und ECU sowie eine Modebestimmung, durch Wechsel der Polarität der Versorgungsspannung als Synchronisationssignal dar ^¬ gestellt wird,

Fig. 2 bis 4 verschiedene Datenübertragungsmodi jeweils durch ein Synchronisationssignal synchronisiert.

Anhand der in Fig. 1 veranschaulichten beispielhaften Sensoranordnung wird das Verfahren beispielhaft beschrieben. Die Sensoranordnung umfasst eine elektronische Kontrollein ^¬ heit ECU, 1 sowie einen Sensor 2, die lediglich durch eine erste und eine zweite Leitung 3, 4 miteinander verbunden sind. Sensor 2 weist ein Sensorelement 14 und eine Signal ^¬ verarbeitungsschaltung 15 auf, welche einen Protokolldekoder 12 in Abhängigkeit der erfassten Messgröße, beispielhaft ei ^¬ ner Beschleunigung, ansteuert. Die ECU fordert Informationen von Sensor 2 an und erzeugt als Anforderungs- und Synchroni ^¬ sationssignal in einer Umpolungseinheit ein definiertes Ver- sorgungsspannungssignal mit wechselnder Polarität, das über die erste und zweite Leitung 3, 4 zum Sensor 2 übertragen wird. In Abhängigkeit der von der elektronischen Kontroll ^¬ einheit 1 anzufordernden Information bzw. Informationsart wird das Synchronisationssignal b durch Spannungsmodulator 6 und Umschalteinheit 5, umfassend vier Schalter 7, die so an ^¬ geordnet sind, dass mit diesen Schaltern 7 paarweise die Po ^¬ larität der Versorgungsspannung b an der ersten und zweiten Leitung 3, 4 umschaltbar ist, erzeugt. Dabei unterscheiden sich die so Synchronisationssignale beispielgemäß durch ihre Flankensteilheit. Ein Synchronisationssignal b mit rampen- förmigen Flanken ist in Fig. 1 und 2 abgebildet und dient der Anforderung von Messdaten als Datensignal, welche der Sensor an die ECU senden soll. Fig. 3 zeigt dagegen ein Synchronisationssignal c anderen Typs mit steilen Flanken, das zur Anforderung von Statusdaten als Datensignal dient. Da das Synchronisationssignal b, c als Versorgungsspannungssig- nal zur Synchronisation eine wechselnde Polarität aufweist, umfasst Sensor 2 zur Sicherstellung seiner Energieversorgung einen Brückengleichrichter 8, verbunden mit erster und zweiter Leitung 3, 4 sowie einen Energiespeicher 9. Darüber hinaus weist der Sensor einen Polarisationsdetektor PD und Nulldurchgangsdetektor ND, gemeinsam Bezugszeichen 10 zugeordnet, auf der die Polarisationsänderungen bzw. Polarisation und den Nulldurchgang des Synchronisationssignals b er- fasst. Daran jeweils angeschlossen weist der Sensor einen Synchronisationspulsformer 11 und einen Modeumschalter 13 auf. Der Synchronisationspulsformer 11 ist so ausgebildet, dass er einen Synchronisationsimpuls d erzeugt, welcher den Protokolldekoder 12 dazu veranlasst, ein Datensignal a um ^¬ fassend ein oder mehrere Datenimpulse in definierter Weise zu erzeugen. Modeumschalter 13, welcher in Abhängigkeit der Signalform des Synchronisationssignals b, c angesteuert wird, wobei die Signalform zumindest durch den Polarisati ^¬ onsdetektor und den Nulldurchgangsdetektor 10 erfasst wird, veranlasst den Sensor dazu, die von der elektronischen Kontrolleinheit 1 angeforderten Informationen als Datensignal a codiert an die elektronische Kontrolleinheit 1 zu übertra ^¬ gen, wobei der Modeumschalter 13 dafür den Protokolldekoder 12 ansteuert. Der Modeumschalter 13 erkennt also den Be ^¬ triebsmode bzw. welche Informationen die ECU anfordert und der Synchronisationspulsformer triggert das synchrone Senden des Sensors mittels seines Synchronisationsimpulses d. Die stromcodierten, impulsförmigen Datensignale a werden ECU- seitig von Stromdetektor SD erfasst und von digitalen Stromsignalen in digitale Spannungssignale zur Weiterverarbeitung in der ECU gewandelt.

Beispielgemäß erfüllen folgende Funktionseinheiten aus Fig. 1 die folgenden Funktionen:

Brückengleichrichter: Der Brückengleichrichter sorgt dafür, dass das Sensorelement und die interne Signalverarbeitung immer mit der gleichen Spannungspolarität versorgt werden, dh er schützt die Sensorelektronik vor Verpolung.

Energiespeicher: Der Energiespeicher verhindert eine Unterbrechung der Spannungsversorgung der Sensorelektronik, während des Umpolvorgangs.

Nulldurchgang Detektor: Er detektiert während des Umpolvorgangs, den Nulldurchgang der Eingangsspannung bzw. des Synchronisationssignals .

Synchronisationspulsformer: Er generiert beim Detektieren des Nulldurchgangs von Plus nach Minus, bzw. von Minus nach Plus, einen Synchronisationspuls. Polarisationsdetektor: Er erkennt, die Polarität der Eingansspannung bzw. des Synchronisationssignals und gibt diese an den Modeumschalter und dem Synchronisationspulsformer weiter .

Modeumschalter: Er bestimmt aus der Kombination von Synchronpulsabfolge und Polarität den Datenübertragungsmodus. Als Beispiele haben wir zurzeit folgende Modi vordefiniert, Modus 1/ Sensordatenausgabe bzw. Messdaten als Datensignal an die ECU, Modi 2 Auslesen von Statusdaten als Datensignal / Konfigurationsdaten / Fehlerspeicher aus dem Sensor an die ECU.

H-Brücke: Die H-Brücke dient der Erzeugung der Polaritäts ^¬ wechsel des Synchronisationssignals.

Stromdetektor: Der Stromdetektor wandelt das digitale Stromsignal gesendet vom Sensor in der ECU in digitale Spannungs ^¬ signale um.

Spannungsmodulator: Der Strommodulator wandelt die zum Sensor zu schickenden Daten bzw. Datenanforderungssignale in das wenigstens eine Synchronisationssignal um bzw. erzeugt das Synchronisationssignal bezüglich seiner Signalform, bei ^¬ spielsweise Flankensteilheit.

In Fig. 2 sind das Synchronisationssignal b mit rampenförmi- gen Flanken als Anforderungs- und Versorgungssignal der ECU, das Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors und Polarisa ^¬ tionsdetektors e, der Synchronisationsimpuls d als Ausgangs ^¬ signal des Synchronisationspulsformers sowie die Datensigna ^¬ le a, umfassend Messdaten, entsprechend einem ersten Datenü ^¬ bertragungsmodus, bestimmt durch das Synchronisationssignal b, veranschaulicht. In Fig. 3 sind das Synchronisationssignal c mit steilen bzw. senkrechten Flanken als Anforderungs- und Versorgungssignal der ECU, das Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors und Polarisationsdetektors e, der Synchronisationsimpuls d als Ausgangssignal des Synchronisationspulsformers sowie die Da ^¬ tensignale a, umfassend Statusdaten, entsprechend einem zweiten Datenübertragungsmodus, bestimmt durch das Synchro ^¬ nisationssignal c, veranschaulicht.

In Fig. 4 sind die Signale aus Fig. 2 und 3 für den dritten Datenübertragungsmodus dargestellt, bei dem allerding die elektronische Kontrolleinheit zumindest ein spannungscodier- tes Datensignal f, U_Data nach einem Synchronisationssignal bzw. zwischen zwei Synchronisationssignalen an den Sensor überträgt. Dabei sind die Synchronisationssignale impulsför- mig ausgebildet und wechseln wie die anderen Synchronisati ^¬ onssignale die Polarität der Spannung. Das Datensignal f, U_Data umfasst ebenfalls ein oder mehrere Spannungsimpulse, besonders bevorzugt geringerer Amplitude als das Synchroni ^¬ sationssignal, wobei diese Spannungsimpulse des Datensignals keine wechselnde Polarität aufweisen. Mittels solch eines spannungscodierten Datensignals überträgt die elektronische Kontrolleinheit beispielsweise Kalibrierdaten und/oder Sta ^¬ tusbefehle an den Sensor. Dieses spannungscodierte Datensig ^¬ nal wird zweckmäßigerweise mittels des Spannungsmodulators in der elektronischen Kontrolleinheit erzeugt.