DE19643013C1 - Datenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem für den Austausch digi­ taler Daten zwischen einer Zentraleinheit und mehreren mit dieser mittels eines Bussystems kommunikationsfähig verbundenen, zur Aktivierung je­ weils einer von mehreren Sicherheitseinrichtungen wie Airbags, Gurt­ strammern, Überrollbügeln oder zur Ansteuerung von Stellelementen von Regelungseinrichtungen wie eines Antiblockiersystems, einer Antriebs- Schlupf-Regelung oder einer Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges vorge­ sehenen, peripheren Steuermodulen, die mit jeweils einem Pufferkonden­ sator versehen sind, dessen Energieinhalt für eine begrenzte Zeitspanne für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des jeweiligen Moduls und der von diesem gesteuerten Einrichtung ausreicht, im Falle eines Airbags z. B. für eine Zeitspanne von etwa 200 ms.

Übliche Datenübertragungssysteme dieser Art haben einen Datenbus, auf dem der Datenverkehr zwischen der Zentraleinheit und den peripheren Modulen erfolgt, und einen Versorgungsbus, über den die Versorgungs­ energie den Steuermodulen und den von diesen gesteuerten Einrichtungen zugeführt wird.

Der mit einem solchen "Doppel"-Bussystem verknüpfte Verlegungs- und Montageaufwand wird reduziert, gleichsam "halbiert", indem auf ein (abgesehen von den Massenanbindungen) "einadriges" Bussystem überge­ gangen wird, wie es in den Druckschriften DE 44 41 184 A1 und US 47 36 367 beschrieben ist.

Bei einem solchen einadrigem Bussystem erfolgt sowohl der Datenverkehr als auch die Energieversorgung über dasselbe Bussystem. Im Falle der Reali­ sierung eines solchen Datenübertragungssystems ergibt sich das Problem, daß die Sendestufen der Zentraleinheit und der peripheren Steuermodule gegen die kapazitiven Lasten der Pufferkondensatoren treiben können und daher auf relativ hohe Ausgangsleistungen ausgelegt sein müssen.

Oder, im Falle einer Datenübertragung durch Modulation des Versor­ gungsstromes, besteht zum einen das Problem, daß erhöhte Anforderungen an die Niederohmigkeit der Übertragungsleitung zu stellen sind, um relativ geringfügige Stromänderungen zuverlässig detektieren und als Datensignale erkennen zu können, und zum anderen, daß durch die Stromänderungen bedingte Änderungen des Aufladungs-Zustandes der Pufferkondensatoren zu Spannungssignalen führen, die von Datensignalen unterscheidbar sein müssen, was zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand im Bereich der Steuermodule erfordert. Dadurch verringert sich der Vorteil der Vereinfa­ chung des Bussystem spürbar oder verschwindet sogar im Sinne einer Erhö­ hung des Gesamtaufwandes ganz.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Daten­ übertragungssystem der eingangs genannten Art dahingehend zu verbes­ sern, daß es, unbeschadet einer hohen Funktionszuverlässigkeit, gleichwohl mit deutlich verringertem Aufwand realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird, dem Grundgedanken nach, durch die Gesamtkombina­ tion der Merkmale des Patentanspruchs 1 und in vorteilhaften Ausgestal­ tungen der Erfindung durch die Merkmale der weiteren Ansprüche 2 bis 14 gelöst.

Hiernach sind bei dem erfindungsgemäßen Datenübertragungssy­ stem, dessen Bussystem als einadriges System ausgebildet ist, bei dem sowohl die Versorgung der Steuermodule mit elektrischer Betriebsenergie als auch die Übertragung der digitalen Daten über dieselben Leitungsabschnitte erfolgt, mindestens im Sendebetrieb der Zentraleinheit und in dem mit diesem verknüpften Daten-Weiterleitungs-Betrieb der Steuer­ module als deren Energiequelle die Pufferkondensatoren aus­ genutzt, wobei die Übertragung der digitalen Daten von der Zentraleinheit zu den Steuermodulen sowie die Weiterleitung solcher Daten durch Spannungsmodulation einer Gleichspannung erfolgt, deren maximaler Pegel signifikant niedriger ist als der maximale Spannungspegel, bis zu dem die Pufferkondensa­ toren aufladbar sind, und deren Wiederaufladung in zwischen die Sendebetriebsphasen der Zentraleinheit und der periphe­ ren Steuermodule eingeschachtelten Ladebetriebsphasen er­ folgt.

Das erfindungsgemäße Datenübertragungssystem erlaubt es, bei einfacher Bauweise der peripheren Steuermodule und geringem Leistungsbedarf derselben hinsichtlich der Reduzierung des Montageaufwands sinnfälligen Vorteil eines einadrigen Bus­ systems zu nutzen, was insbesondere für einen großflächigen Einsatz bei Straßenfahrzeugen von beachtlichem Vorteil ist.

Dies gilt sowohl dann, wenn, wie gemäß Anspruch 2 vorgese­ hen, die Aussendung von Status-Informationsdaten von den St­ euermodulen zur Zentraleinheit nach dem Prinzip der Strommo­ dulation eines Gesamt-Verbraucherstromes erfolgt, als auch dann, wenn, wie in der bevorzugten Gestaltung gemäß Anspruch 3 vorgesehen, auch hierbei die Aussendung von Informations­ daten nach dem Prinzip der Spannungs-Modulation eines Gleich­ spannungssignals mit im Vergleich zum Spannungspegel der Versorgungs-Energiequelle reduzierten Pegel erfolgt, zweck­ mäßigerweise demjenigen, der auch für den Sendebetrieb von Informationsdaten von der Zentraleinheit zu den Steuermodu­ len und zur Weiterleitung solcher Daten über die Steuermodu­ le maßgeblich ist.

Um den Pufferkondensator eines momentan im Sendebetrieb be­ findlichen Moduls so wenig wie möglich zu belasten, ist es vorteilhaft, wenn, die an der Empfangsseite des empfangenden Moduls bzw. der Zentraleinheit angeordnete Sendestufe in de­ ren hochohmigen Zustand geschaltet wird, wobei die Sendestu­ fen der Module zweckmäßigerweise als Tri-State-Ausgangsschaltungen realisiert sind.

Um insbesondere am Beginn von Ladephasen der Pufferkondensa­ toren den Ladestrom zu begrenzen und Spannungsspitzen zu vermeiden, durch die die Kondensatoren selbst oder auch an­ dere Bauelemente der Steuermodule geschädigt werden könnten, ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Lade-Steuerungsein­ richtung vorgesehen ist, die eine sequentielle Aufladung der Pufferkondensatoren der Steuermodule in geordneter Folge vermittelt und auf einfache Weise dadurch realierbar ist, daß pro Steuermodul ein niederohmiger Ladestrompfad und par­ allel zu diesem ein höherohmiger Ladestrompfad vorgesehen sind, über die der Pufferkondensator des im Übertragungssy­ stem jeweils benachbarten Steuermoduls aufladbar ist. Hier­ bei sind, während einer Anfangsphase der Aufladung des je­ weiligen Pufferkondensators, zunächst beide weiterführende Ladestrompfade gesperrt, und es wird, nachdem der im Ladebe­ trieb befindliche Kondensator eine einem Mindestwert an ge­ speicherter Energie entsprechende Ausgangsspannung erreicht hat, zunächst der höherohmige weiterführende Ladestrompfad freigegeben und, nachdem der nunmehr über diesen Ladestrom­ pfad mit Ladestrom beaufschlagte Kondensator einen definier­ ten Bruchteil von etwa 1/4 der in ihm speicherbaren Energie aufgenommen hat, auch der niederohmige, zweite weiterführen­ de Ladestrompfad des den Ladestrom steuernden Steuermoduls freigeschaltet, wodurch eine bedarfsgerechte Freigabe der Lade-Strompfade erzielt und ein schonender Ladebetrieb er­ reicht wird.

In schaltungstechnisch einfacher Implementierung dieser Funktionen ist der höherohmige Ladestrompfad durch Umschal­ tung einer elektronischen Ladestufe freigebbar, die in ihren leitenden Zustand nur dann gelangt, wenn an einem ersten Steuereingang dieser Ladestufe ein Signal ansteht, das an­ zeigt, daß die Ausgangsspannung U_C des Pufferkondensators einen Mindest-Wert erreicht hat, und an einem zweiten Steu­ ereingang des elektronischen Schalters ein Ausgangssignal eines Strom-Sensors ansteht, das anzeigt, daß eine über den niederohmigen Ladestrompfad des jeweils ladenden Moduls bzw. der Zentraleinheit ein Mindest-Ladestrom fließt, wobei das dem ersten Steuereingang der Ladestufe zugeführte Signal das Ausgangssignal eines Komparators sein kann, das auf defi­ nierten - niedrigen oder hohen - logischen Signalpegel über­ geht, sobald am Pufferkondensator die für dessen Mindestauf­ ladung charakteristische Spannung erreicht ist.

Als zweites Steuer-Eingangs-Signal für die elektronische La­ de-Steuerstufe, die gleichsam durch die UND-Verknüpfung die­ ses Steuereingangssignals mit dem Ausgangssignal des auf die Kondensatorspannung ansprechenden Komparators die Freigabe des höherohmigen Ladestrompfades vermittelt, kann das an der Mittelanzapfung eines Widerstands-Spannungsteilers anstehen­ de Spannungssignal ausgenutzt werden, das ein Maß für die Ausgangsspannung der Versorgungsstromquelle ist.

An der Freigabe des höherohmigen Lade-Strompfades ist daher mit Sicherheit feststellbar, daß der in seiner ersten Aufla­ dephase befindliche Pufferkondensator intakt ist, und daß auch die Betriebsstromquelle genügend Strom liefert, der über den niederohmigen Ladestrompfad auch zum nächsten auf­ zuladenden Kondensator gelangt, sobald ein im nicht ange­ steuerten Zustand sperrender elektronischer Schalter, der durch das Ausgangssignal eines Komparators, das dieser er­ zeugt, wenn die Spannung an dem über den höherohmigen Lade­ strompfad im Aufladebetrieb befindlichen Kondensator einen Mindestwert überschritten hat, in seinen leitenden Zustand gelangt.

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der elektronische Schalter des niederohmigen Lade-Strompfades als im nicht angesteuer­ ten Zustand sperrender Feldeffekttransistor ausgebildet ist, und die Spannungsschwelle für den Übergang in den leitenden Zustand signifikant niedriger ist als die Kondensatorspan­ nung U_C, bei deren Überschreiten der höherohmige Ladestrom­ pfad in seinen leitenden Zustand gelangt.

Der Daten- und Versorgungsausgang der Zentraleinheit ist seinerseits mittels eines elektronischen Schalters absperr­ bar, der im nicht-angesteuerten Zustand leitend und im ange­ steuerten, dem Sendebetrieb zugeordneten Zustand, sperrend ist und daher zweckmäßigerweise als selbstleitender Feld­ effekttransistor ausgebildet ist. Es ist jedoch auch eine Realisierung mit einem selbstsperrenden Feldeffekttransmit­ ter möglich, ähnlich oder gleich derjenigen, wie bei den Steuermodulen vorgesehen.

Der maximale Signalpegel beträgt im spannungsmodulierenden Sendebetrieb der Zentraleinheit sowie der peripheren Steuer­ module zwischen 60% und 85%, vorzugsweise um 80% des Aus­ gangs-Spannungspegels der Betriebsenergiequelle.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Datenübertra­ gungssystems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisch vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Datenübertragungssystems mit ein­ adrigem Daten- und Versorgungs-Bus-System und

Fig. 2 Einzelheiten der Zentraleinheit und eines an diese unmittelbar angeschlossenen Steuermoduls des Daten­ übertragungssystems gemäß Fig. 1.

Das in der Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete Datenübertra­ gungssystem dient zur Ansteuerung einer Vielzahl von Aktua­ toren 11, z. B. Auslöseeinrichtungen für Schutzeinrichtungen eines Fahrzeuges, wie Airbags, Gurtstrammern, das Aufklappen von Überrollbügeln und dergleichen oder Stellgliedern für eine individuelle Steuerung des Bremsdruckes an einzelnen Fahrzeugrädern im Sinne einer Antiblockierregelung und/oder einer Fahrdynamik-Regelung. Es umfaßt eine Zentraleinheit 12, die aus einer Verarbeitung von Ausgangssignalen ledig­ lich schematisch dargestellter Sensoren 13 für das dynami­ sche Verhalten des Fahrzeuges charakteristische - digitale - Ausgangssignale erzeugt, sowie den Aktuatoren 11 einzeln zu­ geordnete, periphere Steuermodule 14, die durch ein Bussy­ stem, das in der Fig. 1 durch Bus-Leitungen 16 repräsentiert ist, kommunikationsfähig mit der Zentraleinheit 12 verbunden sind und aus einer Verarbeitung von Informationsdaten, die von der Zentraleinheit 12 ausgesandt werden, die für die An­ steuerung der Aktuatoren 11 erforderlichen Steuer-Ausgangs­ signale erzeugen.

Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel ist dieses Bussystem als Ringbussystem ausgebildet, bei dem die Steuermodule 14 gleichsam in Reihe zwischen zwei Datenausga­ be- und -empfangsanschlüsse 17 und 18 der Zentraleinheit 12 geschaltet sind, die an jedem dieser Anschlüsse 17 und 18 Daten, die von den Steuermodulen 14 verarbeitet werden sol­ len, aussenden und Daten, z. B. Selbsttest- oder Statusdaten, die von den peripheren Modulen 14 zur Zentraleinheit zurück­ gesendet werden, empfangen kann.

Das Bussystems ist als "einadriges" System ausgebildet, über das sowohl der Datenverkehr zwischen der Zentraleinheit und den peripheren Steuermodulen 14 und zwischen diesen unter­ einander als auch die Versorgung der Steuermodule 14 mit elektrischer Betriebsenergie erfolgt, die von einer auf im wesentlichen konstantem Ausgangs-Spannungs-Niveau U_B gehal­ tenen, "elektrischen" Energiequelle 19, z. B. der Fahrzeug­ batterie, bereitgestellt wird.

Um diese doppelte Nutzung der Busleitungen 16 als Daten- und als Versorgungs-Bussystem zu ermöglichen, ist das Daten­ übertragungssystem 10 so konzipiert, daß der Datenverkehr, der auch bidirektional möglich ist, einerseits, und die Ver­ sorgung des Systems mit Betriebsenergie, andererseits, zu verschiedenen Zeiten erfolgen, wobei Versorgungs-Zeitspannen und Datenverkehrs-Zeitspannen in alternierender Folge zeit­ lich ineinandergeschachtelt ablaufen.

Während der Datenverkehrs-Zeitspannen werden die hierbei ak­ tivierte Zentraleinheit 12 und das/die ebenfalls aktivier­ te(n) Steuermodul(e) 14 aus diesen einzeln zugeordneten "ei­ genen" elektrischen Energiespeichern 21 versorgt, die in den anschließenden Energie-Einspeisungszeitspannen wieder aufge­ laden werden.

Zur Erläuterung diesbezüglich vorgesehener schaltungstechni­ scher Einzelheiten der Zentraleinheit 12 und der Steuermodu­ le 14 sei nunmehr auch auf die Fig. 2 Bezug genommen.

Die Zentraleinheit 12 und die Steuermodule 14 haben als elektrische Energiespeicher 21 je einen Pufferkondensator, der, mit seiner einen Elektrode 21′ auf dem Potential der Schaltungsmasse 22 liegend, über eine Entkopplungsdiode 23 an denjenigen modul-internen Abschnitt 16′ der Busleitung 16 geschlossen ist, über den von der Zentraleinheit 12 ausge­ sandte und ggf. über eines oder mehrere Steuermodul(e) 14 weitergeleitete Datensignale empfangen werden.

Über diesen zentraleinheit-nahen Busleitungsabschnitt 16′ ist der Pufferkondensator 21 des jeweiligen Steuermoduls bis auf den Betrag der als positiv vorausgesetzten Ausgangsspan­ nung U_B aufladbar.

Dieser zentraleinheit-nahe, modulinterne Abschnitt 16′ ist über einen elektrisch ansteuerbaren, elektronischen Schalter 24 an den zentraleinheitsfernen, modulinternen Abschnitt 16′′ der Busleitung 16 angeschlossen, über den vom nächsten Steuermodul 14 zur Zentraleinheit 12 zurückgesandte Daten vom jeweiligen Steuermodul 14 empfangen werden können.

Der elektronische Schalter 24 ist als selbstsperrender Feld­ effekttransistor (IG-FET) mit niedrigem RDSon-Wert (RDSon = Widerstand im leitenden Zustand) ausgebildet, der durch An­ steuerung mit einer positiven Steuerspannung U_G in seinen leitenden Zustand gelangt. Abweichend von dem zur Erläute­ rung dargestellten IG-FET kann der elektronische Schalter 24 auch als p-Kanal MOS FET realisiert sein.

An die Mittelanzapfung 27 zwischen dem Pufferkondensator 21 und der Blockdiode 23, über die der Pufferkondensator 21 an den zentraleinheits-nahen Abschnitt 16′ der Busleitung 16 angeschlossen ist, ist eine Spannungs-Stabilisierungsstufe 28 angeschlossen, die an ihrem Ausgang eine stabilisierte Gleichspannung U_S bereitstellt, wenn und solange die an der Mittelanzapfung 27 der Pufferkondensator-Blockdioden-Strecke 21, 23 anstehende Ausgangsspannung U_C des Pufferkondensators 21 größer ist als die Spannung U_S am Ausgang 29 der Stabili­ sierungsstufe 28, die diese Ausgangsspannung U_S auf einen Wert stabilisiert, der in einer typischen Auslegung der Sta­ bilisierungsstufe 28 80% der Ausgangsspannung U_B der zentra­ len elektrischen Energiequelle 19 entspricht.

Die Ausgangsspannung U_S der Spannungs-Stabilisierungsstufe 28 wird im Daten-Empfangs- und/oder Sendebetrieb des jewei­ ligen Steuermoduls 14 als Betriebs- und Referenzspannung für Sende-Einheiten 31 und 32 des Steuermoduls 14 ausgenutzt, die zur Weiterleitung von Daten an das nächste, von der Zen­ traleinheit 12 aus gesehen weiter entfernte Steuermodul 14 bzw. zur "Rück"-Sendung von Daten zur Zentraleinheit 12 oder einem dieser näher gelegenen Steuermodul 14 vorgesehen sind. Diese Sende-Einheiten 31 und 32 sind, ihrer Grundfunktion nach, als Tri-state-Ausgangsschaltungen ausgebildet, die ihrerseits durch digitale Ansteuersignale, die von nicht dargestellten Verarbeitungs- und/oder Steuerstufen des je­ weiligen Steuermoduls 14 erzeugt werden, ansteuerbar sind, derart, daß bei Anstehen eines High-Signals an ihrem Steu­ ereingang 33 bzw. 34 der Ausgang 29 der Spannungs-Stabili­ sierungsstufe 28 mit dem einen bzw. dem anderen der modul­ internen Busleitungsabschnitte 16′′ bzw. 16′ verbunden ist, bei Anstehen eines Low-Signals am Steuereingang 33 bzw. 34 der jeweils mit dem Ausgang 36 bzw. 37 der jeweiligen Sende­ stufe 31 bzw. 32 verbundene modul-interne Busleitungsab­ schnitt 16′′ bzw. 16′ auf dem Potential der Schaltungsmasse 22 liegt, wenn jeweils gleichzeitig an einem weiteren (EN)- Steuereingang 38 bzw. 39 ein High-Signal ansteht, und der Ausgang 36 bzw. 37 der jeweiligen Sendestufe 31 bzw. 32 hochohmig wird, wenn das am jeweiligen weiteren Steuerein­ gang 38 bzw. 39 anstehende Signal ein Low-Signal ist.

Selbstverständlich sind den erläuterten Sendeeinheiten 31 und 32 funktionsentsprechende Sendeeinheiten auch in einer Auslegung mit gegenüber der geschilderten Steuerlogik inver­ tierter Steuerlogik realisierbar.

Zu dem Pufferkondensator 21 des Steuermoduls 14 ist parallel ein insgesamt mit 48 bezeichneter Spannungsteiler geschal­ tet, der zwei ohm′sche Widerstände 46 und 47 in Reihenschal­ tung umfaßt und ebenfalls über eine Blockdiode 49 an den zentraleinheits-nahen Abschnitt 16′ der Busleitung 16 ange­ schlossen ist.

Die Steuermodule 14 sind mit einer die Funktion einer Lade­ strom-Begrenzung vermittelnden Ladestufe 51 versehen, mit­ tels derer der Pufferkondensator 21 des jeweils benachbarten Steuermoduls 14, das von der Zentraleinheit 12 entfernter angeordnet ist, über das der Zentraleinheit 12 näher gelege­ ne Steuermodul 14, dessen Pufferkondensator 21 schon auf niederem Energieeinhalt aufgeladen ist, in der Anfangsphase des Auflade-Betriebes aufladbar ist. Eine funktionsentspre­ chende Ladestufe kann auch in der Zentraleinheit 12 vorgese­ hen sein. Die Ladestufe 51, deren Schaltungsaufbau der Ein­ fachheit halber nicht dargestellt ist, kann z. B. als eine Reihenschaltung eines ohm′schen Festwiderstandes mit zwei elektronisch ansteuerbaren Schaltern realisiert sein, die zwischen die Mittelanzapfung 27 der Kondensator-Diodenstrecke 21, 23 und den zentraleinheit-fernen Busleitungsabschnitt 16′′ des jeweiligen Steuermoduls 14 eingefügt ist, wobei diese elektronischen Schalter im nicht angesteuerten Zustand sperrend sind und der eine Schalter durch ein der Ladestufe 51 an deren erstem Steuereingang 52 zugeführtes Steuersignal und der andere elektronische Schalter durch ein der Ladestu­ fe 51 an einem zweiten Steuereingang 53 zugeleitetes Steuer­ signal in den leitenden Zustand steuerbar ist. Das der Lade­ stufe 51 an ihrem ersten Steuereingang 52 zugeleitete Steu­ ersignal ist das Ausgangssignal eines Komparators 54, der die an der Mittelanzapfung 27 der Blockdioden-Pufferkonden­ sator-Strecke 23, 21 anstehende Spannung U_C mit einem Refe­ renzwert U_R vergleicht, der in zweckmäßiger Auslegung des Steuermoduls 14 dem halben Wert der Ausgangsspannung U_S der Stabilisierungsstufe 28 entspricht. Das Ausgangssignal des Komparators 54 ist ein Low-Signal, wenn die Kondensatorspan­ nung U_C niedriger ist als die Referenzspannung U_R und ein High-Signal, wenn die Kondensatorspannung U_C höher ist als die Referenzspannung U_R. Das zweite, der Ladestufe 51 an de­ ren zweitem Steuereingang 53 zugeleitete Steuersignal ist die an der Mittelanzapfung 56 des Widerstands-Spannungstei­ lers 48 anstehende Spannung U_T, die, als zweite Bedingung dafür, daß der insgesamt mit 57 bezeichnete, relativ hoch­ ohmige Ladestrompfad leitend werden kann, einem Mindestbe­ trag entsprechen muß, der erkennen läßt, daß die Spannung U_B, die an der dem Spannungsteiler 48 vorgeschalteten Block­ diode 49 ansteht, signifikant höher ist als die Ausgangsspan­ nung U_S der Stabilisierungsstufe 28. Dieser Spannungs-Ver­ gleich ermöglicht insoweit einen Funktionstest der zentralen Betriebsenergiequelle 19, der Zentraleinheit 12 und ggf. weiterer Steuermodule 14, die schaltungstechnisch zwischen der Zentraleinheit 12 und demjenigen Steuermodul 14 angeord­ net sind, das momentan die Aufladung des Pufferkondensators 21 des nächsten Steuermoduls steuert. Das analoge Spannungs-Ausgangssignal U_T des Widerstandsteilers 48 kann, bei geeig­ neter Gestaltung der Ladestufe 51, auch zu einer variablen Steuerung des im Ladestrompfad 57 wirksamen Widerstandes ge­ nutzt werden.

Dem Steuer(Gate)-Anschluß 58 des selbstsperrenden Transi­ stors 24 ist das Ausgangssignal eines weiteren Komparators 59 zugeleitet, der die am Ausgang 61 der Ladestufe 51 momen­ tan anstehende Spannung U_CL, die ein Maß für den Aufladungs­ zustand des aufzuladenden Kondensators 21 ist, mit einem für dessen Mindest-Aufladung charakteristischen Schwellenwert U_CS vergleicht und, sobald dieser Schwellenwert U_CS über­ schritten wird, ein High-Signal abgibt, durch das der Feld­ effekttransistor 24 in seinen leitenden Zustand gesteuert wird, in dem Ladestrom zum aufzuladenden Pufferkondensator 21 des nächsten Steuermoduls 14 fließt. Ein zweckmäßiger Wert der Vergleichsspannung U_CS, bei der der Feldeffekttran­ sistor 24 in seinen leitenden Zustand gesteuert wird, ist 1/4 der Ausgangsspannung U_S der Spannungs-Stabilisierungs­ stufe 28.

Zu einer qualitativen Erläuterung des Zusammenwirkens der insoweit ihrem schaltungstechnischen Aufbau nach erläuterten Steuermodule 14 in Lade-Phasen ihrer Pufferkondensatoren 21 sei von einer Situation ausgegangen, in der sämtliche Puf­ ferkondensatoren 21 aufgeladen werden müssen, z. B. die Si­ tuation, daß ein mit dem Datenübertragungssystem 10 ausge­ rüstetes Fahrzeug in Betrieb genommen wird. Des weiteren sei davon ausgegangen, daß am Anschluß 17 der Zentraleinheit und damit auch an dem dieser nahen Busleitungsabschnitt 16′ die Ausgangsspannung U_B der zentralen elektrischen Energiequelle 19 ansteht, somit die Aufladung des Pufferkondensators 21 des ersten Steuermoduls 14 schon eingesetzt hat, jedoch die an der Mittelanzapfung 27 der Kondensator-Diodenstrecke 21, 23 abgreifbare, anwachsende Spannung U_C noch niedriger ist als der Vergleichswert U_R, mit dem sie durch den Komparator 54 verglichen wird, und dessen Ausgangssignal somit ein Low-Signal (0 Volt) ist. Eine funktionsentsprechende Ladestufe ist auch in der Zentraleinheit 12 vorgesehen, jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt. In dieser Situation steht zwar am zweiten Steuereingang 53 der Ladestufe 51 die an der Mittelanzapfung 56 des Widerstands-Spannungsteilers 48 abgegriffene Ausgangsspannung U_T schon mit dem für die Aktivierbarkeit der Ladestufe 51 erforderlichen Pegel an, Jedoch ist der von der Mittelanzapfung 27 der Pufferkonden­ sator-Blockdioden-Strecke 21, 23 über die Ladestufe 51 zum Pufferkondensator 21 des nachgeschalteten "zweiten" Steuer­ moduls 14 führende hochohmige Ladestrompfad 57 noch nicht freigegeben, da am ersten Steuereingang 52 der Ladestufe 51 noch das Low-Ausgangssignal des Komparators 54 ansteht. Dem­ gemäß ist auch das Ausgangssignal des zur Ansteuerung des selbstsperrenden Feldeffekttransistors 24 vorgesehenen Kom­ parators 59 ein Low-Signal, und der Feldeffekttransistor 24 ist in seinem sperrenden Zustand. Dies gilt auch für die Feldeffekttransistoren 24 der weiteren Steuermodule 14. So­ bald die Spannung U_C am Pufferkondensator 21 des ersten Steuermoduls 14 den Vergleichswert U_R erreicht und dessen Ausgangssignal auf den High-Pegel übergeht, wodurch die La­ destufe 51 aktiviert und der Ladestrompfad 57 freigegeben wird, setzt, während der Transistorschalter 24 des ersten Steuermoduls noch gesperrt ist, die Aufladung des Pufferkon­ densators 21 des zweiten Steuermoduls 14 ein. In dieser Pha­ se des Ladebetriebes folgt die am Pufferkondensator 21 des zweiten Steuermoduls 14 abgreifbare Spannung, für die die am Ausgang 61 der Ladestufe 51 abgreifbare Spannung U_CL ein Maß ist, zeitlich verzögert der sich mit der Aufladung des Puf­ ferkondensators 21 des ersten Steuermoduls 14 entwickelnden Spannung U_C, wobei in dieser Phase die an der Mittelanzap­ fung 56 des Spannungsteilers 48 des zweiten Steuermoduls ab­ greifbare Spannung U_T niedriger ist als der für die Akti­ vierbarkeit der Ladestufe 51 des zweiten Steuermoduls 14 er­ forderliche Mindest-Wert.

Sobald die am Ausgang 61 der Ladestufe 51 des ersten Steuer­ moduls 14 abgreifbare, im wesentlichen der Spannung U_C über dem Pufferkondensator 21 des zweiten Steuermoduls 14 ent­ sprechende Spannung U_CL dem für den weiteren Komparator 59 maßgeblichen Vergleichswert U_CS entspricht und durch das hiermit verknüpfte High-Ausgangssignal dieses Komparators 59 der Feldeffekttransistor 24 des ersten Steuermoduls 14 in seinen leitenden Zustand gesteuert wird, ist auch die das zweite Steuermodul 14 mit dem ersten Steuermodul 14 verbin­ dende Busleitung 16 mit dem Ausgang 17 der Zentraleinheit bzw. der zentralen elektrischen Energiequelle 19 verbunden ist, so daß deren Ausgangsspannung U_B, abgesehen von einem geringfügigen Spannungsabfall über dem Feldeffekt-Transistor 24 des ersten Steuermoduls 14 nunmehr auch zur Aufladung des Pufferkondensators 21 des zweiten Steuermoduls genutzt ist und am zweiten Steuermodul 14 dieselbe Ladebetriebs-Phase erreicht ist, von der bei der Erläuterung des Ladebetriebs des ersten Steuermoduls ausgegangen worden war.

Die anhand des ersten und des zweiten Steuermoduls 14 des Datenübertragungssystems 10 gemäß Fig. 1 geschilderte zeit­ liche Folge von Aufladephasen der Pufferkondensatoren 21 er­ gibt sich qualitativ in derselben Weise für beliebige Paare im Bussystem aufeinanderfolgend angeordneter Steuermodule 14, die somit im Sinne einer Folgesteuerung zeitlich gestaf­ felt die selbsttätige bedarfsgerechte Aufladung ihrer Puf­ ferkondensatoren vermitteln.

Auch die Aufladung des Pufferkondensators 21 der Zentralein­ heit 12 erfolgt in völliger Analogie zu der anhand der Fig. 2 geschilderten Art der Aufladung der Pufferkondensatoren 21 der Steuermodule 14. Im Unterschied zu diesen wird jedoch die Ausgangsspannung der zentralen Energieversorgungsquelle 19 an den Ausgang 17 der Zentraleinheit 12 über einen selbst­ leitenden Feldeffekttransistor 62 angelegt, der durch ein Steuersignal, das den Beginn eines Daten-Übertragungs-Be­ triebes des Systems 10 einleitet, in seinen sperrenden Zu­ stand gesteuert wird, wonach der Energiebedarf der einzelnen Funktionseinheiten der Steuermodule 14 aus deren Pufferkon­ densatoren 21 gedeckt wird.

Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den Rücksendeeinheiten 32, die mit Modulation der Ausgangsspannung U_S der modul-eigenen Spannungs-Stabili­ sierungsstufen 28 arbeiten, zur Rücksendung von Daten von den Steuermodulen 14 zu der Zentraleinheit 12 auch Rücksen­ destufen 63 vorgesehen, die mit Modulation eines Verbraucher­ stromes arbeiten, der im leitenden Zustand des elektronischen Schalters 62 der Zentraleinheit 12 über den Spannungsteiler 48 des unmittelbar an die Zentraleinheit 12 angeschlossenen ersten Steuermoduls 14 sowie über diejenigen weiteren Span­ nungsteiler 48 fließt, die mit dem erstgenannten durch im leitenden Zustand befindliche elektronische Schalter 24 des Bussystems parallel geschaltet sind.

Diese Rücksendeeinheiten 63 sind durch je einen zu dem Span­ nungsteiler 48 bzw. der Kondensator-Dioden-Strecke 21, 23 des jeweiligen Steuermoduls 14 parallelen, elektronisch ge­ steuert absperrbaren und freigebbaren Modulations-Strompfad 64 gebildet, der aus einem ohm′schen Festwiderstand 66 und einem mit diesem in Reihe geschalteten Schalttransistor 67 besteht, der im Takt am Eingang 68 seiner Steuerstufe 69 empfangener Daten-Signale in seinen leitenden bzw. sperren­ den Zustand steuerbar ist. Hierdurch im Takt der Datensigna­ le auftretende Änderungen des über den elektronischen Schal­ ter 62 und einen Sensor-Widerstand 71 der Zentraleinheit 12 fließenden Gesamt-Verbraucherstromes, werden durch die mit­ tels eines Differenzverstärkers 72 der Zentraleinheit 12 er­ faßbaren Änderungen des Spannungsabfalls über dem Sensorwi­ derstand 71 detektiert und solchermaßen zum Empfang der durch Strom-Modulation übertragenen Daten ausgenutzt.

Prinzipiell ist es natürlich ausreichend, wenn die Steuermo­ dule 14 entweder mit Rücksendeeinheiten 32, die mit Span­ nungsmodulation arbeiten, oder mit Rücksendestufen 63, die mit Strommodulation arbeiten, versehen sind, und demgemäß die Zentraleinheit 12 auch nur mit einer den Spannungspegel auswertenden oder einer auf die Strommodulation ansprechen­ den und diese auswertenden Empfangsstufe versehen ist.

Es versteht sich, daß ein erfindungsgemäßes Datenübertra­ gungssystem mit Steuermodulen 14 der anhand eines Ringbus­ systems erläuterten Art auch als Stichleitungssystem (Stern­ bussystem) realisiert werden kann.

Claims (14)

1. Datenübertragungssystem (10) für den Austausch digitaler Daten zwischen einer Zentraleinheit (12) und mehreren mit dieser mittels eines Bussystems kommunikationsfähig verbundenen, zur Aktivierung je einer von mehreren Si­ cherheitseinrichtungen wie Airbags, Gurtstrammern, Über­ rollbügeln oder dergleichen oder zur Ansteuerung von Stellelementen von Regelungseinrichtungen wie eines An­ tiblockiersystems, einer Antriebs-Schlupf-Regelung oder einer Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges vorgesehenen, peripheren Steuermodulen (14) die mit je einem Puffer­ kondensator (21) versehen sind, dessen Energieinhalt für eine begrenzte Zeitspanne für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des jeweiligen Moduls (14) und der von diesem gesteuerten Einrichtung (11) ausreicht, wobei

• a) das Bussystem als einadriges System ausgebildet ist, bei dem sowohl die Versorgung der Steuermodule (14) mit elektrischer Betriebsenergie als auch die Über­ tragung der digitalen Daten über dieselben Leitungs­ abschnitte (16) erfolgt,
• b) mindestens im Sendebetrieb der Zentraleinheit (12) und in dem mit diesem verknüpften Daten-Weiterlei­ tungsbetrieb der Steuermodule (14) die Energieversor­ gung derselben aus deren Pufferkondensatoren (21) er­ folgt, des weiteren
• c) die Übertragung der digitalen Daten von der Zentral­ einheit (16) zu den Steuermodulen (14) und die Wei­ terleitung solcher Daten durch Spannungsmodulation einer Gleichspannung erfolgt, deren maximaler Pegel (U_S) signifikant niedriger ist als der maximale Span­ nungspegel (U_B), bis zu dem die Pufferkondensatoren aufladbar sind und
• d) die Wiederaufladung der Pufferkondensatoren (21) in zwischen die Sendebetriebsphasen der Zentraleinheit (12) und der peripheren Steuermodule (14) einge­ schachtelten Ladebetriebsphasen erfolgt.

2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussen­ dung von Datensignalen von den Steuermodulen (14) zur Zentraleinheit (12) durch Modulation eines Gesamtver­ braucherstromes erfolgt.

3. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ sendung von Datensignalen von den Steuermodulen (14) zur Zentraleinheit durch Modulation einer Gleichspan­ nung erfolgt, deren maximaler Pegel niedriger ist als der Pegel der Versorgungsgleichspannung.

4. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Sendebe­ trieb eines der Steuermodule (14) die an der Empfangs­ seite des empfangenden Moduls (14) oder der Zentralein­ heit (12) angeordnete Sendestufe (31) in den hochohmi­ gen Zustand geschaltet ist.

5. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lade-Steuerungseinrichtung (48, 54, 59, 24) vorgesehen ist, die eine Aufladung der Pufferkondensatoren (21) der Steuer­ module (14) in geordneter Folge vermittelt.

6. Datenübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro Steuermo­ dul (14) ein niederohmiger Ladestrompfad (16′, 24, 16′′) und ein zu diesem parallel geschalteter höherohmiger Ladestrompfad (51, 57) vorgesehen sind, über die der Pufferkondensator (21) eines im Übertragungssystem (10) benachbarten Steuermoduls (14) aufladbar ist, wobei in einer ersten Aufladephase der Pufferkondensator (21) des jeweiligen Steuermoduls (14) beide zum nächsten Steuermodul (14) führende Ladestrompfade (16′, 24, 16′′ und 57) gesperrt sind, sodann, nachdem der Pufferkon­ densator (21) des steuernden Moduls auf einen ersten, einem Mindestwert der gespeicherten elektrischen Ener­ gie aufgeladen ist, der höherohmige weiterführende La­ destrompfad (51, 57) in seinen leitenden Zustand gelangt und, nachdem der über diesen Ladestrompfad nunmehr mit Ladestrom beaufschlagte Pufferkondensators (21) einen Mindestbetrag der speicherbaren Energie aufgenommen hat, der niederohmige Ladestrompfad (16′, 24, 16′′) frei­ geschaltet wird.

7. Datenübertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der höher­ ohmige Ladestrompfad (51, 57) durch Umschaltung einer elektronischen Ladestufe (51) freigebbar ist, die in ihren leitenden Zustand nur dann gelangt, wenn an einem ersten Steuereingang (52) der Ladestufe (51) ein Signal ansteht, das anzeigt, daß die Ausgangsspannung (U_C) des Pufferkondensators (21) einen Mindestwert erreicht hat und an einem zweiten Steuereingang (53) der Ladestufe (51) ein Ausgangssignal eines Strom-Sensors ansteht, das anzeigt, daß über den niederohmigen Ladestrompfad (24) des jeweils ladenden Moduls (14) bzw. die Zentral­ einheit (12) ein Mindest-Ladestrom fließt.

8. Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dem er­ sten Steuereingang (52) der Ladestufe (51) des höher­ ohmigen Ladestrompfades (57) zugeleitete Signal das Ausgangssignal eines Komparators (54) ist, das auf de­ finierten Signalpegel übergeht, sobald am Pufferkonden­ sator (21) die für dessen Mindest-Aufladung charakteri­ stische Spannung erreicht ist.

9. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem zwei­ ten Steuereingang (53) der Ladestufe (51) des höher­ ohmigen Lade-Strompfades (57) zugeleitete Signal das an der Mittelanzapfung (56) eines Widerstands-Spannungs­ teilers (48) anstehende Spannungs-Signal ist, das ein Maß für die Ausgangsspannung der Versorgungs-Stromquel­ le (19) ist.

10. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nieder­ ohmige Ladestrompfad (16′, 24, 16′′) über einen im nicht angesteuerten Zustand sperrenden elektronischen Schal­ ter (24) führt, der durch das Ausgangssignal eines Kom­ parators (59), das anzeigt, daß an dem über den hoch­ ohmigen Ladestrompfad (51, 57) im Aufladebetrieb befind­ lichen Pufferkondensator (21) ein Mindest-Wert der Spannung erreicht ist, in seinen leitenden Zustand ge­ langt.

11. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro­ nische Schalter (24) des niederohmigen Lade-Strompfades als selbstsperrender Feldeffekttransistor ausgebildet ist.

12. Datenübertragungssystem nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Span­ nungsschwelle, ab welcher der elektronische Schalter (24) des niederohmigen Ladestrompfades (16′, 24, 16′′) in den leitenden Zustand gelangt, dem halben Wert der Spannung U_C entspricht, ab welcher der hochohmige La­ destrompfad (51, 57) in seinen leitenden Zustand ge­ langt.

13. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Daten- und Versorgungsausgang (17) der Zentraleinheit (12) ge­ gen die Energieversorgungsquelle (19) mittels eines elektronischen Schalters (62) absperrbar ist, der im nicht angesteuerten Zustand leitend und im angesteuer­ ten, dem Sendebetrieb der Steuermodule (14) zugeordne­ ten Funktionszustand sperrend ist.

14. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Sendebe­ trieb der maximale Signalpegel zwischen 60% und 85%, vorzugsweise um 80% des Versorgungsspannungspegels U_B beträgt.