CN101936748B

CN101936748B - 车辆传感器信号处理装置、传感装置、变速器油温确定法

Info

Publication number: CN101936748B
Application number: CN201010214246.0A
Authority: CN
Inventors: A·韦斯; R·里格
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: DE102009027243A1; CN101936748A

Abstract

本发明涉及车辆传感器信号处理装置、传感装置、变速器油温确定法。处理装置具有传感器接口，其具有第一传感器连接端子和第二传感器连接端子，在第一传感器连接端子和第二传感器连接端子之间可连接车辆的传感器以提供表示物理量的电阻。此外，处理装置具有电阻电路，其具有第一电阻和第二电阻，其中，第一电阻连接在所述处理装置的参考电压连接端子和所述第一传感器连接端子之间并且第二电阻连接在第二传感器连接端子和处理装置的地连接端子之间，且第一电阻比第二电阻大至少一个数量级。最后，处理装置包括输出接口用于输出经处理的传感器信号，其中输出接口具有与第一传感器连接端子相连接的输出连接端子以用于输出经处理的传感器信号。

Description

车辆传感器信号处理装置、传感装置、变速器油温确定法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于处理车辆传感器的传感器信号的装置、一种根据权利要求9所述的传感器装置以及一种根据权利要求11所述的用于确定车辆变速器的变速器油温的方法。

背景技术

当代车辆系统、例如用于机动车的车辆系统更多地使用电子元件以测量物理量并且提供相应的信号。随后，这种信号可被简单并且精确地分析，以便向例如确定的调节回路或者控制电路供给相应的数据。

提供用于物理量的传感器数据的一个例子是变速器油温的测量。为了最优化地转换变速器，检测(例如自动变速器的)变速器油温是必需的，因为变速器油的黏度具有重要的影响。为了尽可能精确地检测变速器中的油温，当前油温的准确测量是必需的。

由EP0827645B1公开了一种用于测量变速器油温的可能的操作方法。在所述文献中公开了一种分析电路，所述分析电路虽然在原理上是有效的，但其不是在所有情况中都确保最优化的传感器信号处理。例如，当电阻RV1和RV2具有相同的值时，所述文献中公开的分析电路可被用于传感器信号的对称的分析。在此情形中可以通过差值分析确定与温度有关的电阻传感器的电阻。在此，在电阻传感器的连接触点上量取的两个电压的总和等于与第一电阻RV1相关联的参考电压。如果电压的总和不是参考电压的值，则在电阻传感器的输入线路中识别到一个错误。以此方式可以实现分析电路的诊断或者至少电阻传感器的正确连接的诊断。但在这种对称的分析中不利的是，在使用模数转换器的情况下待分析的电压信号中的每一个仅可以使用这种转换器的取值范围的一半。由这种对称的分析中的差值形成可能出现其他误差，例如模数转换器的LSB误差(LSB＝leastsignificantbit：最低有效位)，模数转换器的线性化误差或者可能使用的低通滤波器上由于漏电流而产生的电压降。

作为替代方案，在以上所述文献中建议了一种非对称的分析，其中，例如仅仅分析一个电压信号并且将传感器的其他电压信号与地电位连接。在此不利的是，关于传感器线路或传感器连接的状况的诊断是不可能的并且(例如与变速器连接的)地电位连接端子证实不是防短路的。

发明内容

以此背景，本发明提出了根据独立权利要求的用于处理车辆传感器的传感器信号的装置、传感器装置以及用于确定车辆变速器的变速器油温的方法。有利的构型由相应的从属权利要求和以下说明得出。

本发明实现了一种用于处理车辆传感器的传感器信号的装置，其中，所述装置具有以下特征：

-传感器接口，其具有第一传感器连接端子和第二传感器连接端子，在所述第一传感器连接端子和所述第二传感器连接端子之间可连接车辆的一个传感器，以便提供表示一个物理量的电阻；

-电阻电路，其具有第一电阻和第二电阻，其中，第一电阻连接在装置的参考电压连接端子和第一传感器连接端子之间并且第二电阻连接在第二传感器连接端子和装置的地连接端子之间，其中，第一电阻比第二电阻大至少一个数量级；以及

-输出接口，其用于输出经处理的传感器信号，其中，输出接口具有与第一传感器连接端子相连接的输出连接端子以用于输出经处理的传感器信号。

此外，本发明还实现了一种传感器装置，其具有以下特征：

-根据以上所述实施方式的装置；以及

-连接在第一传感器连接端子和第二传感器连接端子之间的传感器，其具有与温度有关的电阻特性。

本发明还实现了一种用于确定车辆变速器的变速器油温的方法，其中，所述方法具有以下步骤：

-提供根据以上所述实施方式的传感器装置；

-以参考电压连接端子和地连接端子之间的参考电压加载传感器装置；

-量取和分析经处理的传感器信号，以便在使用经处理的传感器信号的情况下确定车辆变速器的变速器油温。

本发明基于以下认识：通过使用具有不同大小的第一电阻和第二电阻的电阻电路实现单极的分析(也就是说，基于单个传感器信号电压值并且不形成差值地分析传感器信号)，由此可以在分析传感器信号时实现更高的精度。这种非对称的分析可被视为具有“高欧姆的”传感器地的分析，尤其是在具有较小电阻值的电阻连接在传感器连接端子和地连接端子之间时。以此方式，可以在外部短路时保护地(尤其是用于导引地电位的印制导线)以免损坏。此外，通过选择以有利的方式比第二电阻高一个数量级的第一电阻确保了，经处理的传感器信号在尽可能大的电压范围内运动，并且因此可以简单地识别测量值变化，从而支持所述经处理的传感器信号的精确的和高精度的分析。特别地，本发明的实施方式被设置用于实现车辆变速器的变速器油温的精确检测。为此，传感器可被构造为与温度有关的电阻，例如NTC传感器元件并且被连接在以上所述装置的第一传感器连接端子和第二传感器连接端子之间。

有利的是，电阻电路具有一个第三电阻，所述第三电阻连接在第一传感器连接端子和第二传感器连接端子之间，其中，第三电阻比第一电阻大至少一个数量级。本发明的这种实施方式具有以下优点：可以确保待分析的传感器信号位于事先已定义的电压范围内。这在使用其取值范围被尽可能最优化地充分利用的模数转换器时是特别有利的。在此，比第一电阻的值大至少一个数量级的第三电阻的值的选择提供了用于确保待分析的传感器信号位于所期望的、预定义的电压范围内的良好选择。

为了确保待分析的传感器信号在通常用于传感器的运行温度范围内尽可能大的提高，在本发明的另一实施方式中第一电阻可以以一个预定义的因数大于第二电阻并且第三电阻的值在公差范围内位于由第一电阻的值与所述预定义的因数的乘积和第二电阻的值的差值形成的值周围。在此可以使用10％的公差。

尤其有利的是，在本发明的一个实施方式中，输出接口具有与第二传感器连接端子相连接的第二输出连接端子以用于输出诊断信号。本发明的这种实施方式具有以下优点：可以简单地进行至传感器的信号线路的检验，以便可以由此检验提供传感器信号的正确功能。

此外，在本发明的另一实施方式中，第一电阻以一个预先确定的因数大于第二电阻并且附加地设有诊断单元，所述诊断单元被构造用于在由经处理的传感器信号的电压值加上诊断信号的电压值与预先确定的因数的乘积的和等于参考电压的值时使得经处理的传感器信号被验证为有效。本发明的这种实施方式具有以下优点：由于第一电阻和第二电阻之间的已知关系也可以通过在技术上非常简单的方式实施关于用于处理传感器信号的装置的状态的诊断。

第一电阻和第二电阻的值的非常有利的选择可以通过以下方式实现：第一电阻在公差范围内位于以因数12大于第二电阻的值的值周围。在此，公差范围例如可以使用10％。借助所述值，尤其在使用5V的参考电压时获得用于(经处理的)传感器信号的电压值，所述电压值位于4.5V和0.5V的范围内。所述值对应于普遍可用的并且因此成本有利的模数转换器的通常的输入值范围。以此方式，可以通过第一电阻和第二电阻的值的有利选择使用成本有利的模数转换器。

为了抑制传感器信号线路上的干扰，输出接口也可以具有至少一个连接在第一传感器连接端子和输出连接端子之间的低通滤波器并且/或者输出接口可以具有连接在第二传感器连接端子和第二输出连接端子之间的另一低通滤波器。

为了获得待数字地、简单地处理的信号，输出接口或传感器装置也可以具有模数转换器，其具有转换器输入端，其中，转换器输入端与第一传感器连接端子连接。

附图说明

根据附图示例性地详细解释本发明。附图示出：

图1：根据本发明的第一实施例的可能应用情形的框图；

图2：本发明的第一实施例的电路图；

图3：模数转换器的输入端上电压信号的特性曲线图；

图4：作为方法的本发明实施例的流程图。

附图中相同或类似的元素设有相同或类似的附图标记，其中，省略重复的描述。此外，附图、附图的描述以及权利要求还包含无数组合特征。在此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些特征可单独地考察或者总结为其他的、在此未明确描述的组合。此外，在以下描述中使用不同的程度和范围来解释本发明，其中，所述程度和范围的命名并不是强制地将本发明限于所述程度和范围。如果实施例或权利要求包括第一特征和第二特征之间的“和/或”连接，则所述实施例根据一个实施方式既具有第一特征也具有第二特征而根据另一实施方式或者仅仅具有第一特征或者仅仅具有第二特征。

具体实施方式

图1示出本发明的第一实施例的可能应用情形的框图。在此，在图1中示出了一个机动车100，所述机动车100除车轮110外还包括驱动马达120。驱动马达120驱动马达轴130，所述马达轴130例如能够实现从驱动马达120经第一变速器140和第一驱动轴150到前轮110的力传递。

在四轮驱动时，马达轴130(或第二马达轴)也进行经第二变速器160和第二驱动轴170到后轮110的力传递。借助于自动变速器的力传递在前轴驱动中通过马达和前轴之间的变速器140进行，在后轴驱动中通过马达和后轴之间的变速器160进行。通常，变速器与马达模块固定地连接，其中，为了直接驱动车轮而使用从前驱动轴或后驱动轴到驱动轮110的、相应的转矩转换器175。

如果相应的变速器140或者160是自动变速器，则在第一变速器140中或在第二变速器160中例如可以进行油流的控制。在这种自动变速器中，通过与马达轴130连接的蜗轮在油中建立压力。根据所选择的自动变速器档位，油被导引流过变速器中的不同管道，从而可以根据变速器的档位实现到具有不同转速和第一驱动轴150或者第二驱动轴170的相应转矩的车轮110的力传递。

在此需注意，在变速器140或者160的运行中，油根据车辆的运行情况较热或者较冷。为了尽可能最优化地设计变速器140或160的转换特性，应连续地监视第一变速器140或第二变速器160中的油温。这可以在使用相应的监视单元180的情况下进行。

监视单元180可以包括一个(外部的)温度传感器190，所述温度传感器190被构造为与温度有关的电阻并且与油保持热接触。作为温度传感器190例如可以使用NTC传感器元件，所述NTC传感器元件具有形式为两个接触连接端子之间的相应电阻的油温信号。在变速器油达到可能损害电子元件的局部高温之后，通常略微远离变速器或者至少具有热油的池地设置一个用于分析油温信号的分析电路。为此，温度传感器190通过信号线路195与原本的监视单元180连接，在所述监视单元180中也可以进行传感器信号的分析。

在图2中作为电路图示出了监视单元180中用于信号处理的元件的原理性结构。所述元件是用于处理车辆传感器、即变速器油温传感器的传感器信号的装置。但由图2公开了，车辆传感器也可以是不同于变速器油温传感器的任意其他传感器。在此在使用油温传感器作为车辆传感器的实施例的情况下详细说明本发明。

根据图2中的电路图，用于处理传感器信号的装置200包括一个传感器接口210，所述传感器接口210具有第一传感器连接端子210a和第二传感器连接端子210b。在第一传感器连接端子210a和第二传感器连接端子210b之间通过在图2中以虚线表示的、温度传感器190的信号线路195连接，所述温度传感器190在图2中同样以虚线表示。第一传感器连接端子210a与第一节点220连接并且通过例如2.2nF的第一电容C1与地电位GND连接。第二传感器连接端子210b与第二节点230连接并且通过例如同样2.2nF的第二电容C2与地电位GND连接。在此，第一电容C1和第二电容C2可以在+/-16kVHBM的ESD输入耦合方面保护电路并且确保可键合性和与引线框架或柔性薄片的可靠连接。

第一节点220通过第一电阻R1与参考电压连接端子240连接，例如在装置200运行中以相对于地电位GND的5伏电压加载所述参考电压连接端子240。第一电阻R1的值例如为1.28k欧姆，公差为1％。此外，第二节点230通过第二电阻R2与地电位GND连接。第二电阻R2的值例如为107欧姆，公差为1％。根据本发明在图2中所示的实施例，在第一节点220和第二节点230之间连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3的值例如为15k欧姆，公差为1％。在图2中所示的电阻配置能够实现(NTC传感器)特征曲线与例如分析微控制器的取值范围相适应并且在控制设备引脚上输入耦合故障电压时提供良好的电路保护以防止过高的注入电流。电阻配置也可以与输入信号(0.5V至4.5V)的有效取值范围相适应，从而可以实现对地和电池的外部连接端子的诊断。

此外，装置200具有输出接口250，其具有第一输出连接端子250a和第二输出连接端子250b。根据图2，第一输出连接端子250a通过第四电阻R4与第一节点220连接，其中，第四电阻R4的值例如为10k欧姆，公差为10％。同时，第一输出连接端子250a通过例如10nF的第三电容C3与(例如模数转换器的)地电位连接端子连接。第四电阻R4以及第三电容C3由此形成一个低通滤波器，通过所述低通滤波器第一节点220上的高频信号干扰在第一连接端子250a上被抑制。

根据图2，第二输出连接端子250b通过第五电阻R5与第二节点230连接，其中，第五电阻R5的值例如同样为10k欧姆，公差为10％。同时，第二输出连接端子250b通过例如同样10nF的第四电容C4与(例如模数转换器的)地电位连接端子连接。第五电阻R5以及第四电容C4由此形成一个低通滤波器，通过所述低通滤波器第二节点230上的高频信号干扰在第二连接端子250b上被抑制。

因此，可以通过所述低通滤波器使输入信号的频率特性与在后连接的微控制器的采样率相匹配。此外，可以实现在控制设备引脚上输入耦合故障电压时保护微控制器以防止过高的注入电流。附加地，可以通过微控制器中的采样避免混叠效应。

也可以直接在第一输出连接端子250a上连接模数转换器在图2中未示出的(模拟)输入端，在所述模数转换器的(数字)输出端上输出经处理的传感器信号。替代地或附加地，模数转换器的第二(模拟)输入端也可被连接在第二输出连接端子250b上，从而可以在模数转换器的第二(数字)输出端上输出数字的诊断信号。在此情形中，模数转换器仍可被视为输出接口250的一部分，从而数字地输出经处理的传感器信号和/或诊断信号。搜索穿越时间(采样时间)应被如此选择，使得不出现不期望的混叠效应。

如从以上所述说明可以得知，第一电阻R1的值约以因数12倍大于第二电阻R2的值。通过现在装置被用于处理具有第一电阻R1的值和第二电阻R2的值的、至少一个数量级范围内的差值的传感器信号，在第一输出连接端子250a上现在可以获得与现有技术相比在大得多的取值范围内波动的、经处理的传感器信号。在图3中示出一个曲线图，其中再现了用于温度测量和电路诊断的电压信号的特征曲线。在此，实线表示测量电压U_mess，如其在温度传感器190的温度在-40℃和150℃之间波动时例如可在第一输出连接端子250a上被量取的那样。虚线表示诊断电压U_diag，如其在温度传感器190的温度同样在-40℃和150℃之间波动时例如可在第二输出连接端子250b上被量取的那样。

现在从图3的示图中可以看出，测量电压U_mess作为传感器信号位于4.5V至0.5V的范围内，所述范围对应于常用的模数转换器的通常的输入值范围。因此，可以尽可能完全地并且因此最优化地充分利用模数转换器的取值范围。尤其是通过添加第三电阻R3(第三电阻R3的值以有利的方式在例如10％的公差范围内比第一电阻R1的值大一个数量级)现在实现对测量电压上升的控制。通过根据以上说明选择第三电阻R3的值，在第一输出连接端子250a上可以获得测量电压U_mess。以此方式，油温在所述温度范围内的小的偏差造成大的电压变化，从而可以实现温度偏差的快速识别，所述快速识别对于换挡时(在此未示出的)随后的特征曲线调节是必需的。

本发明的另一显著优点在于，现在还可以非常简单地实现关于信号线路195的状态的诊断。即，由于已定义的电压分配比例关系在模数转换之后可以非常简单地通过软件技术支持所述诊断。在此，仅仅进行乘法和加法。在根据图2中的电路图选择电阻值时可以看出，第一电阻值R1以因子K＝12大于第二电阻R2。为了确定信号线路195无故障，随后可以使用以下诊断方程：

U_mess+K＊U_diag＝Ref

其中，K等于诊断因子(在当前情形中具有值12)并且Ref等于参考电压的值(在当前情形中例如为5V)。

如果通过根据第一输出连接端子250a上的电压值和第二输出连接端子250b上的电压值的诊断确定实际上以上所述的诊断方程成立，则可以由此得出以下结论：在通过信号线路195连接温度传感器190时没有出现故障。在此，第三电阻R3可被用作校准，并且可以具有由第一电阻R1的值与诊断因数K的乘积减去第三电阻R3的值所得到的值(也就是说，满足方程R3＝R1＊K-R2)。由此，同时可以实现20℃至60℃的温度范围内所期望的最高斜度。

在此所建议的方案的另一优点在于，在外部短路时在很大程度上保护地(或者用于导引地电位的印制导线)以免损坏。

因此，在使用微控制器作为运算器时首先第一节点220上的电压信号可被直接用于温度测量(也就是说作为经处理的传感器信号)并且第二节点230上的电压信号与第一节点220上的电压信号根据诊断方程被一起用于诊断传感器连接(也就是说作为诊断信号)。由此，不再如由现有技术中的装置导致的那样仅仅控制器的一半取值范围被分别用于由传感器导出/导向传感器的第一信号线路和第二信号线路。此外，也可以在差值形成时避免模数转换器错误，所述模数转换器错误在现有技术中被加倍考虑，因为对于确定油温必须使用两个信号线路195的信号。因此，本发明具有以下优点：仅需分析一个线路的信号并且因此几乎或完全地使用模数转换器的全部输入电压范围。即便如此，存在在使用两个信号线路的电压值的情况下实施诊断的可能性。

图4示出本发明的另一实施例的流程图，在此形式为用于确定车辆变速器的变速器油温的方法400。方法400具有用于提供根据以上所述实施方式的传感器装置的步骤410。此外，方法400包括以参考电压连接端子和地连接端子之间的参考电压加载传感器装置的步骤420以及量取和分析经处理的传感器信号的步骤430，以便在使用经处理的传感器信号的情况下确定车辆变速器的变速器油温。

Claims

1.用于处理车辆传感器的传感器信号的装置（200），其中，所述装置（200）具有以下特征：

‐传感器接口（210），其具有第一传感器连接端子（210a）和第二传感器连接端子（210b），在所述第一传感器连接端子和所述第二传感器连接端子之间可连接车辆（100）的传感器（190），以便提供表示一个物理量的电阻；

‐电阻电路，其具有第一电阻（R1）和第二电阻（R2），其中，所述第一电阻（R1）连接在所述装置（200）的参考电压连接端子（240）和所述第一传感器连接端子（210a）之间并且所述第二电阻（R2）连接在所述第二传感器连接端子（210b）和所述装置（200）的地连接端子（GND）之间，其中，所述第一电阻（R1）比所述第二电阻（R2）大至少一个数量级；以及

‐输出接口（250），其用于输出经处理的传感器信号，其中，所述输出接口（250）具有与所述第一传感器连接端子（210a）相连接的输出连接端子（250a）以用于输出所述经处理的传感器信号（U_mess）。

2.根据权利要求1所述的装置（200），其特征在于，所述电阻电路具有第三电阻（R3），所述第三电阻连接在所述第一传感器连接端子（210a）和所述第二传感器连接端子（210b）之间，其中，所述第三电阻（R3）比所述第一电阻（R1）大至少一个数量级。

3.根据权利要求2所述的装置（200），其特征在于，所述第一电阻（R1）以一个预定义的因数大于所述第二电阻（R2）并且所述第三电阻（R3）的值在公差范围内位于由所述第一电阻（R1）的值与所述预定义的因数的乘积和所述第二电阻（R2）的值的差值形成的值周围。

4.根据以上权利要求中任一项所述的装置（200），其特征在于，所述输出接口（250）具有与所述第二传感器连接端子（210b）相连接的第二输出连接端子（250b）以用于输出诊断信号（U_diag）。

5.根据权利要求4所述的装置（200），其中，所述第一电阻（R1）以一个预先确定的因数大于所述第二电阻（R2），其特征在于，此外还设置了诊断单元，所述诊断单元被构造用于在由所述经处理的传感器信号（U_mess）的电压值加上所述诊断信号（U_diag）的电压值与所述预先确定的因数的乘积的和等于所述参考电压连接端子（240）上的参考电压的值（Ref）时使得所述经处理的传感器信号（U_mess）被验证为有效。

6.根据权利要求1所述的装置（200），其特征在于，所述第一电阻（R1）在公差范围内位于以因数12大于所述第二电阻（R2）的值的值周围。

7.根据权利要求5所述的装置（200），其特征在于，所述输出接口（250）具有至少一个连接在所述第一传感器连接端子（210a）和所述输出连接端子（250a）之间的低通滤波器（R4，C3）并且/或者所述输出接口（250）具有连接在所述第二传感器连接端子（210b）和所述第二输出连接端子（250b）之间的另一低通滤波器（R5，C4）。

8.根据权利要求1所述的装置（200），其特征在于，所述输出接口（250）还具有模数转换器，其具有转换器输入端，其中，所述转换器输入端与所述第一传感器连接端子（210a）连接。

9.传感器装置，具有以下特征：

‐根据以上权利要求中任一项所述的装置（200）；以及

‐连接在所述第一传感器连接端子（210a）和所述第二传感器连接端子（210b）之间的传感器（190），其具有与温度有关的电阻特性。

10.根据权利要求9所述的传感器装置，其特征在于，所述输出接口包括模数转换器，所述模数转换器具有转换器输入端，其中，所述转换器输入端与所述第一传感器连接端子（210a）连接并且所述模数转换器被构造用于输出数字的、经处理的传感器信号（U_mess）。

11.用于确定车辆变速器（140，160）的变速器油温的方法（400），其中，所述方法（400）具有以下步骤：

‐提供（410）按权利要求9或10中任一项所述的传感器装置；

‐以所述参考电压连接端子和所述地连接端子之间的参考电压加载（420）所述传感器装置；

-量取（430）和分析所述经处理的传感器信号，以便在使用所述经处理的传感器信号的情况下确定所述车辆变速器的变速器油温。