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Stand
der Technik
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In
automatischen Getrieben, die in Kraftfahrzeugen vermehrt zum Einsatz
kommen, werden Sensoren eingesetzt, die mehr als eine Information übertragen.
Als Beispiel wird auf den Drehzahlsensor verwiesen, der sowohl die
Drehzahl als auch die Drehrichtung erfasst. Die erfassten Informationen
können über digitale
Signale, z. B. über
einen Bitcode oder über
analoge Signale, so z. B. über
das Verhältnis zwischen
Signalspannung und Sensorversorgungsspannung, an ein Steuergerät übertragen
werden. Um eine hohe Übertragungssicherheit
zu realisieren, werden zunehmend PWM (Pulsweitenmodulations)-Schnittstellen
eingesetzt. Bei diesen wird das Verhältnis zwischen der Pulsbreite,
auch als Pulsdauer bezeichnet, und der Signalperiode, auch als Periodendauer
bezeichnet, ausgewertet. PWM-Schnittstellen haben jedoch den Nachteil,
dass nur Informationen einer physikalischen Größe übertragen werden können. Eine Übertragung
von unabhängigen
Größen durch
PWM-Schnittstellen ist nicht möglich.
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Aus
DE 10 2004 024 954 ist
ein Sensor für eine
Getriebesteuerung insbesondere eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der
Sensor ist an eine Versorgungsspannung Vs und an Masse GND anschließbar, wobei
der Sensor eine Signalspannung V
out erzeugt.
Die Signalspannung kann zwei Signale, nämlich HIGH und LOW einnehmen,
wobei die beiden Signale HIGH und LOW sich von der Versorgungsspannung
Vs und von Masse GND unterscheiden. Die beiden Signale HIGH und
LOW sind insbesondere als pulsweitenmodulierte Signale ausgebildet.
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Offenbarung
der Erfindung
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Mit
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren
lässt sich
die Informationsdichte auf einer Signalleitung übertragenen Informationen erhöhen, wobei
insbesondere mehrere unabhängige
Informationen über
ein und dieselbe Leitung übertragen
werden können.
Durch das vorgeschlagene Verfahren ist in vorteilhafter Weise die
getrennte Weiterverarbeitung bzw. die Demodulierung der einzelnen
Signale mittels einfacher Auswerteschaltungen gewährleistet.
Dabei bleiben die prinzipbedingten Vorteile einer PWM-Signalübertragung,
wie z. B. die Kurzschlusserkennung, erhalten.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
einem digitalen Signal, dessen High-Pegel durch die Versorgungsspannung
und dessen Low-Pegel durch die Sensor-Masse definiert ist, ein codiertes
Pulssignal zu überlagern.
Die Pulssignale haben in vorteilhafter Weise die Eigenschaft, dass
sich diese im Rahmen einer Signaldecodierung, z. B. über ein
einfaches R/C-Glied, von dem digitalen Signal trennen, d. h. auf
einfache Weise herausfiltern lassen. Die Auswertung beider Informationen,
die des digitalen Signals und die des Pulssignals, kann parallel
dazu durch einen Prozessor mit einer entsprechenden Softwarefunktionalität erfolgen.
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Durch
die Überlagerung
eines digitalen Signals mit einem codierten Pulssignal, das definierte Pulsbreiten
und eine variable Pulsfrequenz aufweist, lassen sich z. B. folgende
Informationen auf ein und derselben Signalleitung übertragen:
Hinsichtlich
des digitalen Signals kann über
dessen Pegellage, d. h. entweder High-Pegel oder Low-Pegel, die digitale Information
0 oder 1 übertragen
werden. Das dem digitalen Signal überlagerte, codierte Pulssignal
lässt sich
zur Übertragung
folgender Informationen nutzen: Das Vorhandensein eines codierten
Pulssignals stellt eine Information darüber dar, dass kein Kurzschluss
aufgetreten ist. Dies geht allein auf das Vorhandensein des überlagerten
Pulssignals zurück.
Werden keine Pulse übertragen,
sondern liegt ein High-Pegel in Bezug auf das codierte Pulssignal
vor, so liegt ein Kurz schluss zur Sensorversorgung, d. h. zur Versorgungsspannung,
vor. Lassen sich hinsichtlich des codierten Pulssignals keine Pulse
feststellen und es liegt ein Low-Pegel in Bezug auf das codierte
Pulssignal vor, so ist ein Kurzschluss nach Masse aufgetreten. Über einen
Pulsbreitenwechsel, d. h. das Auftreten eines Pulsbreitenwechsels,
lässt sich
eine weitere digitale Information übertragen. Wechseln die Pulsbreiten
nicht, so kann z. B. auf einen Defekt des Sensors geschlossen werden.
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Werden über den
Pulsgenerator für
das codierte Pulssignal unterschiedlich gestufte Pulsbreiten generiert,
ist eine codierte digitale Information gegeben. So können Pulsbreiten
von 50 μs,
100 μs,
150 μs sowie
200 μs,
d. h. insgesamt vier Stufen, um ein Beispiel zu nennen, zugelassen
werden. Damit lässt sich
Information hinsichtlich eines korrekten Betriebes des Sensors und
eine digitale Zusatzinformation, beispielsweise über einen bestimmten Temperaturwert, über die
Pulsbreite und Pulsfolge codiert übertragen.
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Ist
als Beispiel ein Pulsbreitenwechsel vorhanden, so z. B. Puls x 50 μs, Puls x+1:
100 μs,
Puls x+2: 50 μs
und Puls x+3: 100 μs,
so lässt
sich auf einen korrekten Betrieb des Sensors schließen und eine
digitale Zusatzinformation, beispielsweise über einen bestimmten Temperaturbereich, übertragen.
In einem anderen Beispiel existiert ein Pulsbreitenwechsel, wobei
der Puls x 50 μs
beträgt,
der Puls x+1 200 μs,
der Puls x+2 50 μs
und der Puls x+3 wieder 200 μs,
so lässt
sich auf den korrekten Betrieb des Sensors schließen sowie
eine digitale Zusatzinformation, um ein Beispiel zu geben, dahingehend
gewinnen, dass die Temperatur oberhalb eines bestimmten Wertes liegt.
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Über die
Pulsfrequenz, mit der das codierte Pulssignal generiert wird, liegt
eine weitere im Rahmen der Pulsweitenmodulation auswertbare Information
vor.
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Weitere
vorteilhafte Charakteristika der vorgeschlagenen Überlagerung
eines digitalen Signals und einem codierten Pulssignal liegen darin,
dass das Trägersignal
des codierten Pulssignals ein digitales Signal ist. Über die
Pulsfrequenz des codierten Pulssignals lassen sich Informationen übertragen, insbesondere über das
Verhältnis
von definierter Pulsbreite beziehungsweise Pulsdauer zu Periodendauer.
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Die
Filterung, d. h. die Trennung des digitalen Signals und des diesem überlagerten
codierten Pulssignals erfolgt z. B. über einen Tiefpassfilter, über welchen
das digitale Signal zur Hardwareansteuerung aus dem modulierten
Signal, d. h. dem digitalen Signal und das diesem überlagerte
codierte Pulssignal, herausgefiltert wird. Das modulierte Signal
wird parallel unter Beachtung des Trägersignals, z. B. über einen
Prozessor hinsichtlich der Pulsbreite des codierten Pulssignals
und seiner Pulsfrequenz ausgewertet. Mittels dieser Signalinformationen
kann im Prozessor z. B. die Berechnung der Positionsinformation
erfolgen, wodurch sich die Positionen eines Wählhebels für ein Automatikgetriebe eines
Kraftfahrzeuges detektieren lassen.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäß vorgeschlagenes
moduliertes Signal, ein digitales Signal und ein weiteres codiertes
Pulssignal umfassend,
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2 ein
moduliertes Signal eines digitalen Signals mit einem überlagerten
weiteren codierten Pulssignal einer ersten Pulsfrequenz,
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3 ein
moduliertes Signal mit einem digitalen Signal und einem überlagerten
weiteren codierten Pulssignal einer zweiten Pulsfrequenz und
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4 ein
Blockschaltbild zur Auswertung des modulierten Signals.
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Ausführungsbeispiele
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Der
Darstellung gemäß 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
modulierten Signals, bei dem einem digitalen Trägersignal ein weiteres, codiertes
Pulssignal überlagert
ist, zu entnehmen.
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Ein
erfindungsgemäß vorgeschlagenes
moduliertes Signal 10 umfasst ein als Trägersignal
dienendes digitales Signal 12. Das digitale Signal 12 kann
eine Pegellage 18 annehmen, die entweder einem High-Pegel 14 (H)
oder einem Low-Pegel 16 (L) entspricht. Das in 1 dargestellte
digitale Signal 12 des modulierten Signals 10 weist
einen Pegelwechsel 20 auf, an dem der High-Pegel 14 des
digitalen Signals 12 in den Low-Pegel 16 übergeht. Der High-Pegel 14 entspricht
dem Niveau der Versorgungsspannung, wohingegen der Low-Pegel 16 der Sensor-Masse
entspricht.
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Dem
digitalen Signal 12 ist ein codiertes Pulssignal 22 überlagert.
Das codierte Pulssignal 22 umfasst Einzelpulse, die in
einer vorgebbaren Pulsfrequenz 26 generiert werden. Die
Einzelpulse sind durch Pulspausen 30 voneinander getrennt,
die dem zeitlichen Abstand entsprechen, in dem die Einzelpulse des
codierten Pulssignals 22 durch einen hier nicht näher dargestellten
Pulsgenerator eines Pulsweitengenerationssystems generiert werden.
Die Pulsbreite 24 der Einzelpulse des codierten Pulssignals 22 kann
variieren, wie in 1 dargestellt.
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Demnach
umfasst das modulierte Signal 10 das digitale Signal 12 sowie
das codierte Pulssignal 22. Das Vorhandensein des codierten
Pulssignals 22 lässt
den Rückschluss
zu, dass kein Kurzschluss aufgetreten ist, wie nachfolgend in Zusammenhang
mit den 2 und 3 noch beschrieben
werden wird.
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Die
jeweilige Pegellage 18 des digitalen Signals 12,
d. h. das Anliegen des High-Pegels 14 bzw. das Anliegen
des Low-Pegels 16, stellt eine digital verarbeitbare Information
dar, die in einer Auswertungsstufe 38 zur Auswertung des
Digitalsignals für eine
Hardwareansteuerung verwendet werden kann.
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2 zeigt
ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes
moduliertes Signal, bei welchem einem digitalen Signal ein codiertes
Pulssignal mit einer bestimmten Pulsfrequenz überlagert ist.
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In
Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen wird zur Sensierung der Wählhebelposition
ein Positionssensor eingesetzt. Der Positionssensor stellt die nachfolgend
aufgezählten
Informationen und gegebenenfalls weitere für ein Getriebesteuergerät sowie für das Motorsteuergerät bereit:
Es muss eine Information über
die aktuelle Wählhebelposition
vorliegen, ferner ist eine Kurzschlussüberwachung erforderlich sowie
ein Signal dahingehend, welches eine Sensor-Selbstüberwachung
betrifft. Ferner muss eine digitale Information über die aktuelle Stellung des
Wählhebels
z. B. hinsichtlich der Positionen P und N vorliegen. Ein Kraftfahrzeug
darf nur in den Wählhebelpositionen
P und N gestartet werden. Um dem Umstand Rechnung zu tragen, dass
in einigen Betriebssituationen der zur Auswertung der Positionssensorinformation
benötigte
Mikroprozessor im Steuergerät
nicht betriebsbereit ist, ist sicherzustellen, dass die Information
hinsichtlich der Wählhebelpositionen
P und N als digitales Signal zur Hardwareansteuerung bereitsteht.
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Wird
nun dem in 1 dargestellten digitalen Signal 12,
welches z. B. zur Positionsinformation des Wählhebels für „P oder N" beziehungsweise nicht „P oder
N" dient, ein codiertes
Pulssignal 22 überlagert,
kann über
die Codierung die Information der Eigenüberwachung sowie über die
Pulsfrequenz eine genaue Information zu den Wählhebelpositionen, z. B. P,
Z1, R, Z2, N, Z3, D, Z4, 4, Z5, 3, Z6, 2, entlang seines Verfahrweges übermittelt
werden. In diesem Zusammenhang werden mit Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 oder
Z6 Zwischenbereiche des Verfahrweges des Wählhebels bezeichnet, in denen
der Wählhebel
keine Wählhebelpositionen
P, D, R, N, 4, 3, oder 2 einnimmt. Die mit Z1 bis Z6 bezeichneten
Zwischenbereiche können über Pulsfrequenzen
ebenfalls erfasst werden.
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Die
Ausgabe des codierten Pulssignals 22 an sich liefert eine
Information über
den Kurzschlussstatus. Werden keine Pulse ausgegeben und liegt ein High-Pegel
in Bezug auf das codierte Pulssignal 22 vor, so kann auf
einen Kurzschluss zur Sensorversorgungsspannung geschlossen werden.
Treten keine Pulse hinsichtlich des codierten Pulssignals 22 auf und
es liegt ein Low-Pegel 16 an, so lässt sich auf einen Kurzschluss
nach Sensor-Masse schließen. Werden
bei aufeinander folgenden Pulsen abwechselnd unterschiedliche definierte
Pulsbreiten ausgegeben, so lässt
sich daraus eine digitale Informa tion gewinnen. Des Weiteren können in
der Pulsbreite 24 der Einzelpulse des codierten Pulssignals 22 weitere digitale
Informationen enthalten sein, die in einem Auswerteprozessor 40 (vgl.
Darstellung gemäß 4)
ausgewertet werden können.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist
entnehmbar, dass das dort dargestellte modulierte Signal 10 das
digitale Signal 12 umfasst, welches konstant den High-Pegel 14 annimmt.
Dieser Signalpegel beinhaltet z. B. die Information, dass sich der
Wählhebel
eines Automatikgetriebes in den Positionen „P oder N" befindet.
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Dem
im High-Pegel befindlichen digitalen Signal 12 ist das
codierte Pulssignal 22 überlagert.
Dieses weist eine bestimmte Pulsfrequenz 32 auf. Abhängig von
dieser Pulsfrequenz 32 von Einzelpuls zu Einzelpuls des
codierten Pulssignals 22 gemäß der Darstellung in 2 stellen
sich Pulspausen 30 ein. Die Einzelpulse des codierten Pulssignals 22 des modulierten
Signals 10 gemäß der Darstellung
in 2 weisen eine identische Pulsbreite 24 auf.
Die Pulsfrequenz 32 entspricht einer bestimmten Position,
so z. B. der Position P des Wählhebels
eines Automatikgetriebes. Diese Codierung hat den Vorteil, dass
sich Pulse mit konstanter Pulsbreite 24 sehr einfach ausfiltern
lassen. Die Positionsinformation z. B. des Wählhebels hinsichtlich der Position
P und einer beliebigen weiteren Position (vgl. Darstellung gemäß 3)
kann in der Pulsfrequenz selbst sowie im Verhältnis von Pulsdauer zur Periodendauer
enthalten sein. Die letztgenannte Möglichkeit hat den Vorteil, dass
die Signalübertragung
unabhängig
von der Genauigkeit des Zeitgliedes ist. Die digitale Information hinsichtlich
der Wählhebelposition „P oder
N" beziehungsweise
nicht „P
oder N" wird durch
Herausfiltern der Einzelpulse des codierten Pulssignals 22 über ein einfaches
R/C-Glied gewonnen, wie in 4 dargestellt.
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3 zeigt
ein moduliertes Signal, welches ebenfalls ein digitales Signal sowie
ein in einer anderen Pulsfrequenz dargestelltes weiteres Pulssignal aufweist.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist
zu entnehmen, dass das digitale Signal 12 des modulierten
Signals 10 über
die Zeit gesehen konstant den Low-Pegel 16 aufweist. Im
Gegen satz zur Darstellung des modulierten Signals 10 gemäß 2 liegen
die Einzelpulse des codierten Pulssignals 22 gemäß der Darstellung
in 3 um Pulspausen 30 auseinander, welche
sich abhängig
von einer anderen Pulsfrequenz 34 ergeben. Ein Vergleich
zwischen den Einzelpulsen der codierten Signale 22 gemäß der 2 und 3 zeigt,
dass die Einzelpulse des codierten Pulssignals 22 gemäß der Darstellung
in 3 zeitlich weiter auseinander liegen, was sich
abhängig von
der eingestellten anderen Pulsfrequenz 34 ergibt. In dieser
Information der Pulsfrequenz von Einzelpuls zu Einzelpuls, im vorliegenden
Falle der anderen Pulsfrequenz 34, liegt eine auswertbare
Information über
eine weitere Position, so z. B. der Wählhebelposition R eines Automatikgetriebes,
zugrunde. Diese Information kann in einem in 4 dargestellten
Auswerteprozessor unabhängig
vom Trägersignal,
d.h. im vorliegenden Falle des den Low-Pegel 16 aufweisenden digitalen
Signals 12, herausgefiltert werden.
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Der
Darstellung gemäß 4 ist
ein Blockschaltbild zur Trennung des digitalen Signals und des diesem überlagerten
codierten Pulssignals des modulierten Signals gemäß der 1, 2 und 3 zu
entnehmen. Das modulierte Signal 10 wird einem Tiefpassfilter 36 aufgegeben,
welcher den digitalen Signalanteil 12 des modulierten Signals 10 einer
Auswertestufe 38 zur Auswertung des Digitalsignals hinsichtlich
seines High-Pegels 14 bzw.
seines Low-Pegels 16 auswertet. Abhängig von der Pegellage 18 des
digitalen Signals 12 kann eine Hardwareansteuerung erfolgen.
So ist es z. B. möglich,
anhand der Pegellage 18 des digitalen Signals 12,
wenn auf eine Wählhebelposition „P oder
N" des Automatikgetriebes
erkannt wurde, den Startvorgang freizugeben.
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Das
modulierte Signal 10 wird andererseits einem Auswerteprozessor 40 zugeführt. Innerhalb des
Auswerteprozessors 40 erfolgt eine Auswertung der Modulationsfrequenz
des codierten Pulssignals 22, so z. B. eine Auswertung
der in 2 dargestellten bestimmten Pulsfrequenz 32 und
der in 3 dargestellten anderen Pulsfrequenz 34,
abhängig von
denen auf bestimmte Positionen des Wählhebels eines Automatikgetriebes
für ein
Kraftfahrzeug zurückgeschlossen
werden kann. Abhängig
von den durch die Pulsfrequenzen 32 beziehungswiese 34 sowie
beliebigen weiteren Pulsfrequenzen, die bestimmten Positionen entsprechen,
können
Ereignisse ausgelöst
oder auch das Auftre ten von Ereignissen unterdrückt werden. Eine Selbstüberwachung des
Sensors kann dadurch realisiert werden, dass ein Wechsel der Pulsbreiten
aufeinander folgend ausgegebener Pulse dargestellt wird. Ist ein
Pulsbreitenwechsel vorhanden, so ist der Sensor in Ordnung, treten
aufeinander folgende Pulse mit gleicher Pulsbreite auf, so liegt
ein Defekt am Sensor vor. Hinsichtlich der Genauigkeit der Signalübertragung
kann diese durch Verhältnisbildung
von Pulsdauer zur Periodendauer beziehungsweise Pulsdauer zur Pausendauer
erheblich verbessert werden. Zur Generierung des codierten Pulssignals
beziehungsweise zur zeitlichen Steuerung werden Oszillatoren eingesetzt,
die mit einer bestimmten Frequenz schwingen. Diese Frequenz ist
toleranzbehaftet und verändert
sich über
Temperatur und Lebensdauer. In einem zeitlich begrenzten Rahmen
ist die Veränderung
dieser Frequenz relativ gering. Da sowohl die Pulsdauer als auch
die Periodendauer der gleichen Frequenztoleranz unterliegen, kann
der Fehler durch eine Verhältnisbildung
bei der Größe nahezu
eliminiert werden.