CN102450033A - 车辆传感器、具有用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器的系统以及用于运行具有用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器的系统的方法 - Google Patents

Abstract

提出一种车辆传感器以及一种具有用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器的系统以及一种用于运行这种系统的方法，其中至少一个第一车辆传感器仅通过无线电与控制设备和/或与至少一个第二车辆传感器连接以用于第一数据传输。至少一个第二车辆传感器通过缆线与控制设备连接以用于第二数据传输。

Description

车辆传感器、具有用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器的系统以及用于运行具有用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器的系统的方法

技术领域

本发明按照独立权利要求的类别涉及一种车辆传感器和一种具有用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器的系统以及一种用于运行这种系统的方法。

背景技术

从DE 11 2006 003 053 T5中已知一种无线的转速传感器，在该转速传感器中测量机动车车轮或轮胎的转速，并将由传感器所取得的测量值制备成说明车轮转速的数据电报。还将传感器配置为使得无线地发送数据电报。为了测量车轮转速，测量单元测量磁通量的变化，并无线地向基站或控制单元传回相应的信号。当前的传感器部件包括电池或其他形式的能量或一般比较少提供电流的、例如来自具有低电压的供应源中的电流源。所谓的ECU部件还可以指示传感器部件过渡到休眠模式下，以便节省电池电流，因为可以停止车辆。从US 2004/0150516 A1中已知一种无线的转速传感器系统，在该转速传感器系统中生成和/或储存必要的能量，以便供应无线的转速传感器。在此，设置一种能量管理，该能量管理将利用车轮旋转来生成能量的发电机用于能量生成。作为存储设备使用高效可再充电的电池或超级电容器。作为发电机可以使用所谓的多极旋转发电机。传感器元件可以过渡到休眠模式下或无效地（inaktiv）切换，直至控制设备通过其传感器模块唤醒传感器。

发明内容

因此，具有独立权利要求特征的本发明车辆传感器以及具有用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器的本发明系统以及用于运行这种系统的本发明方法具有以下的优点，即车辆传感器中的至少一个具有用于通向控制设备的有线数据传输的接口。从至少一个车辆传感器向控制设备的该有线数据传输实现了，将数据连续地传送给控制设备或与控制设备交换数据，其中控制设备于是可将车辆状态确定总是保持在当前的水平上。通过由车辆传感器和控制设备所构成的网络拓扑，对于数据传输可以有大的灵活性，这优化了数据传输速度、车辆传感器的能耗以及在各个车辆传感器的失效方面的策略。有线数据传输实现了很高的数据传输速率。因此，利用本发明的网络拓扑可以将利用控制设备来运行有线传输的至少一个车辆传感器构造为网络节点。该网络拓扑尤其是将从车辆传感器到控制设备的无线传输的优点与有线传输的优点相组合，因为当只有车辆传感器中的少数——通常为车辆传感器中的一个——与控制设备缆线连接时，缆线连接大面积地取消，这导致显著节省原材料、重量和费用。尤其是因此简化了车辆传感器的安装，因为只有车辆传感器中的一个或少数几个需要缆线连接。因此得出在车辆传感器的安装中的较高的自由度。如下面所阐述的那样，基于无线电来运行数据传输的车辆传感器可以以低的数据速率或面向事件地或基于规则地实施该数据传输。也就是说，只有当测量值将此显示为必要的时候，这些车辆传感器才传输数据。在此例如可以由于超过测量值的阈值来启动传输。

例如在无线电传输失效时的紧急运行中，可以单独地由一个或多个有线传感器进行车辆状态的确定。

当前，车辆传感器是测量车辆参量和将车辆参量转换成电信号的传感器。车辆传感器与控制设备分开地安装在车辆中。但是也可以从控制设备之内的车辆传感器进行传输。这种车辆传感器的示例是作为防抱死系统、防打滑调节装置或电子稳定程序、电动液压制动器以及用于发动机控制装置和/或变速箱控制装置的组成部分的转速传感器。其他示例是在所谓的自适应巡航控制系统（Adaptive-Cruise-Control-System）中的雷达传感器、或在泊车辅助中的超声波和雷达传感器或视频传感器、或用于疲劳识别的如视频传感器的传感器。其他示例是用于所谓有源端面操控（Active-Front-Steering）——也就是用于转向传感器或四轮操控（Four-Wheel-Steering）、用于自适应照明或用于电动液压转向系统（这称为电动液压动力操控（Electro-Hydralic-Power-Steering））的传感器。

无线电接口当前是可以接收无线电信号并且将该无线电信号输送给车辆传感器中的另外的处理装置的至少一个接收系统。但是此外，还可以设置发送模块，以便也发送无线电信号，例如以便实现与诸如另外的传感器或控制设备之类的通信伙伴的双向通信。例如可将如DSSS（direct sequence spectrum，直接序列谱）的序列扩展或者发送频率（FHSS：frequency hopping spectrum，跳频谱）的连续变换用于无线电传输。当前也可以使用所谓的RFID，也就是所谓的发射机应答器技术。在此，也可以通过所发射的电磁波进行能量供应，其中在发送模块中的天线线圈中对感应的电流进行整流并且对如电容器的储能器进行充电。储能器针对读取过程为芯片供应电流，或可以仅仅用于微芯片的供电。信号发送直接由控制设备中的发送机或由外部发送机向传感器进行。RFID标签调制了电磁波并且因此传输信息。

对于无线电传输可以使用如时分复用或频分复用的所有可能的调制技术和频率。

因此基于无线电的数据传输是如上面所述那样数据通过无线电的传输。

本发明的车辆传感器还具有用于有线数据传输的接口。该接口将车辆传感器用可以以电气或光学方式实施的缆线与用于数据传输的控制设备连接。这种有线数据传输的示例是所谓的PSI-5接口，如在www.psi5.org.上所描述的那样。但是按照所要求的数据传输速率、安装条件和费用，其他有线传输也是可能的。可以单向或双向地实施该有线数据传输。

所述系统当前表示一种由用于车辆状态确定的控制设备和至少两个车辆传感器构成的网络拓扑，其中用于车辆状态确定的控制设备是通常具有壳体的结构单元，该控制设备例如是行驶动力学调节装置、制动器调节装置和/或气囊控制设备。但是该控制设备也可以替代或附加地确定其他车辆状态。

本发明系统的特征在于，至少一个车辆传感器只通过无线电与控制设备或其他车辆传感器连接。至少一个另外的车辆传感器然后通过用于数据传输的缆线与控制设备连接。但是该另外的车辆传感器也具有无线电接口。在传感器之间的缆线连接也是可以设想的。

当前传输的数据例如是在其中安置了原本的传感器值的数据电报。传感器信号代表传感器元件所输出的传感器值。在此也可以涉及传感器信号的多路传送。该数据电报除了例如传感器值形式的有用数据之外，也可以具有如标识数据的其他数据或用于误差修正的附加数据。

本发明方法描述了如何运行本发明系统。于是因此，用于相应的网络拓扑的上述灵活的方案是可能的。

通过在从属权利要求中所描述的措施和扩展方案，可以有利地改进在独立权利要求中所描述的对象。

有利的是将车辆传感器的无线电接口只配置用于接收数据。这实现了车辆传感器的非常简单的塑造，使得也具有通向控制设备的有线连接的该车辆传感器因此仅仅经由无线电采集其他车辆传感器的数据，并且然后在多路传送中或在预处理之后或在优先化之后通过缆线以高的传输速率传输给控制设备。

有利地，本发明车辆传感器可以具有一种控制装置，该控制装置在有线数据传输或基于无线电的数据传输失效时转换到相应另外的传输方式上。本发明车辆传感器当前用作为网络节点。于是在此特别有利的是，在一种传输方式、也就是基于无线电的数据传输或有线数据传输失效时，使用相应另外的传输方式。因此存在根据本发明也利用的冗余。这提高了数据传输的安全性。所述控制装置例如以软件方式或以硬件方式构造在车辆传感器的电子系统中，并且例如通过测量或与通信伙伴的数据交换来分析相应的传输路径、也就是基于无线电的传输或有线数据传输的存在。

有利的是，如上面已经表明的那样，有线数据传输比基于无线电的数据传输具有更高的传输速率。于是因此可以通过有线数据传输集中地向控制设备传输车辆传感器的数据，而各个传感器用较小的数据传输速率用基于无线电的数据传输和有线数据传输向网络节点、也就是车辆传感器传输它们的数据。控制设备因此可以用较高的传输速率接收以及分析数据。只具有基于无线电的数据传输的车辆传感器尤其是由于它们较小的数据传输速率而可以用较少的能量应付，尤其是当这些车辆传感器具有发电作用的测量原理时。在电池供电或其他储能器的情况下，具有无线电传输的较小的数据传输速率也是有利的，以便因此节能。与此相反地，例如可以通过缆线本身给具有有线数据传输的车辆传感器附加地供应能量。

将具有基于无线电的数据传输和有线数据传输的车辆传感器有利地用作为通信节点实现了在车辆中的车辆传感器在设置、安装和构成上的高度的自由度。于是，各个车辆传感器的数据传输不必总是实施为直至控制设备，而是也可以指向充当通信节点的附近的车辆传感器。因此可以使用较简单的和较节省的部件。但是附加地也可以将只具有基于无线电的数据传输的车辆传感器实施为通信节点，以便例如作为接收站服务于其他车辆传感器。因此不是每一个车辆传感器都需要高程度的能量，而是只有然后向其他通信节点或控制设备直接传输数据的该通信节点需要。在车辆传感器中形成层级也导致网络拓扑的简化和更高的灵活性。

如上面已经表明的那样，数据传输的单向塑造是特别简单的，但是然后双向塑造的发送模块和接收模块的构成具有可以进行数据交换的优点，这尤其是方便了通信路径失效的检测。

附图说明

在附图中示出和在以下的描述中详细阐述本发明的实施例。

图1示出第一网络拓扑，

图2示出第二网络拓扑，

图3示出第三网络拓扑，和

图4示出第四网络拓扑，

图5示出转速传感器的第一实施形式，

图6示出转速传感器的第二实施形式，

图7示出本发明车辆传感器和控制设备的方框电路图，

图8示出车辆传感器的关于能量生成和传感器信号生成的电路部分，

图9示出发送机的方框电路图，

图10示出本发明方法的流程图，

图11示出本发明方法的另一流程图，

图12示出本发明方法的另一流程图，和

图13示出本发明方法的另一流程图。

具体实施方式

图1在方框电路图中示出本发明系统的第一网络拓扑。控制设备ECU通过缆线K1与第一车辆传感器WSS1连接。该第一车辆传感器例如也像另外的转速传感器那样除了缆线接口之外还具有用于无线电传输F1的无线电接口。另外的车辆传感器WSS2至4只具有基于无线电的数据传输F2至4。控制设备ECU本身没有无线电接口。第一车辆传感器WSS1当前从另外的车辆传感器WSS2至4接收这些车辆传感器WSS2至4的数据，并通过缆线K1向控制设备ECU传输这些数据，使得控制设备ECU能够确定车辆状态。当前可以单向地实施无线电传输，因为不存在数据传输路径的冗余。这简化了通信接口的塑造。从第一车辆传感器WSS1向控制设备ECU的有线的数据传输也可以构成单向的，例如构成为所谓的PS15接口。仅仅具有无线电传输的各个车辆传感器例如可以具有发电作用的测量原理，并且因此通过测量本身产生对于所述测量传感器的运行必要的能量。替代地有可能的是，各个传感器WSS2至4可以具有电池或可以通过无线电例如从传感器WSS1获得必要的能量。传感器WSS1例如可以通过缆线K1从控制设备ECU获得能量。但是如果缆线K1例如是以光学方式构造的，则传感器WSS1也可以具有发电作用的测量原理或另外的能量源。控制设备ECU和/或传感器可以通过用于数据传输的无线电和/或缆线与其他没有示出的控制设备、网络节点和/或传感器连接。

在图2中示出根据本发明的网络拓扑的第二实施形式。不同于图1的是，控制设备ECU现在也具有无线电传输F5。此外，相同的附图标记表示如图1中那样的相同的元件。通过添加用于控制设备ECU的无线电接口，一方面在第一车辆传感器WSS1和控制设备ECU之间存在传输路径的冗余，并且因此当这些数据传输路径之一失效时，可以进行转换。另一方面，控制设备ECU可以直接与只具有一个无线电接口的车辆传感器通信。例如，车辆传感器中的一些，例如WSS3和WSS4，可以比到车辆传感器WSS1更靠近控制设备ECU。为了将用于数据传输的能量保持得最小，于是在此有利的是，比到第一车辆传感器WSS1更靠近控制设备ECU的这种传感器直接向控制设备ECU传输它们的数据。这可以例如通过无线电信号向控制设备ECU的相应寻址来进行，其方式是对只能由控制设备ECU解码的数据进行相应地编码，或其方式是像在总线原理中通常的那样执行一种仲裁。直接标记无线电信号也是可能的，例如在报头中说明地址，对于该地址控制设备ECU识别出这些数据特定于该控制设备，而第一车辆传感器WSS1识别出这些数据不特定于该第一测量传感器。无线电线号也可以在其能量或幅度方面如此测定，使得无线电信号由于衰减而不会到达与所希望的接收机不同的接收机。

图3示出本发明网络拓扑的另一变型。相同的附图标记又表示相同的元件。不同于图2的是，在控制设备ECU和传感器WSS4之间添加了缆线K2。因此从现在起可以通过车辆传感器WSS1和车辆传感器WSS4设置两个通信节点。因此，例如车辆传感器WSS3可以将其数据传输给传感器WSS4，并且传感器WSS2将其数据传输给车辆传感器WSS1，并且车辆传感器WSS1和WSS4然后将这些数据及其自己的测量数据传输给控制设备ECU。通过控制设备ECU的无线传输可能性得出了相应的冗余。

图4示出第四网络拓扑，该第四网络拓扑与图2的不同之处在于，设置了缆线K3，车辆传感器WSS1、车辆传感器WSS3和控制设备ECU连接到该缆线K3上，从而存在总线连接。这是一种关于具有两个网络节点WSS1和WSS3的图3的替代方案，这些网络节点WSS1和WSS3于是通过总线连接K3与控制设备ECU连接。

图5示出有源的转速传感器的工作方式，该转速传感器为了运行而连接到电压源上，随同连接到能量源上。车辆传感器检测磁通量密度的变化。当前，作为传感器元件22例如设置霍耳传感器，该霍尔传感器测量钢轮20的磁通量密度的变化。附加地还设置磁铁21，该磁铁的磁场通过旋转的钢轮被改变。结果得到的信号是正弦信号23，该正弦信号被转发给控制设备ECU以用于继续处理。

在图6中示出转速传感器的另一实施形式。这里将具有自身变化的磁极的多极编码器30设置为轮子。该轮子的旋转引起在传感器元件31中的磁通量的变化。该传感器元件的信号由Asic分析，并且然后作为数字信号传输给控制设备ECU。用附图标记32表示这些数字信号。

已知的原理是霍耳效应、各向异性的磁阻效应和巨磁阻（GMR效应）。由ASIC（专用集成电路）制备信号并且提供与运动无关的恒定幅度的信号，该信号同样通过网络节点连续地通过缆线传输给控制设备，并在那里继续处理到微控制器中。上面描述了另外的替代方案。

图7在方框电路图中示出了在用附图标记40至45表示的车辆传感器和控制设备ECU之间的无线电传输。车辆传感器具有用于同时生成传感器信号和能量的单个装置40。通过通常设置在ASIC上的能量管理41，在储能器41、例如也用于EMV（电磁相容性）的电容器中进行能量的储存。传感器信号被传输给微控制器43之内或之外的用于传感器信号数字化的模数转换器。当如车辆速度的车辆参量和/或如车轮抱死或打滑的事件表明这一情况时，微控制器43将数字化的传感器信号存储在环形缓冲器44中，并将数据从环形缓冲器44通过收发信机45通过无线电信号传输给控制设备ECU的另一收发信机46。这些数据可以要么从传感器信号本身要么从控制设备ECU获取。为此也双向地构成当前的无线电通信。ASIC从传感器信号中形成与速度有关的、已经在传感器模块中数字化处理的电压信号。微控制器43在此可以将传感器信号转换成控制设备专用的信号，评估该信号并且将数据连续存放在环形存储器中。于是，所存储的数据通常例如在不允许的速度变化时可用并且转发给收发信机42，以便将这些数据传输给控制设备ECU。在Asic中或在微控制器中转换成数字速度信号或加速度信号使得能够容易地继续处理。该速度信号或加速度信号可以要么用发送机45或者收发信机以固定的离散时间间隔直接传输给控制设备ECU，要么该信号事先在微控制器中被继续处理和评估。于是，当前可以调整收发信机45的上述与速度有关的或基于规则的数据传输速率。

图8显示了车辆传感器的根据本发明的片段。线圈SP连接到ASIC上以一方面用于传感器处理PP并且另一方面用于能量生成EE。能量供应EE尤其是可以对电容器C或者另外的电容器或储能器充电。由传感器信号预处理PP所制备的传感器信号被传输给收发信机TX，该收发信机TX通过天线AT发射与传感器信号有关的数据。

在图9中示出收发信机TX的一种可能的实施方案。数字信号可以首先转换成模拟信号，以便将其放大并且然后例如通过序列扩展或者跳频进行调制。该调制也可以在数字化中就已经进行，并且也可以在调制之后采用放大器。以相反方式构成接收机结构：在接收天线之后大多跟随频率转换器、放大器、滤波器以及数字信号处理。

图10在流程图中示出本发明方法的第一实施形式。在方法步骤100中，车辆传感器WSS1通过无线电接收其他传感器的数据。在方法步骤101中，可选择地在车辆传感器WSS1中对所接收的数据进行预处理。此外，可以进行优先化和预分析。还可以检验可信性。这里也可以进行例如导致控制设备ECU减轻负荷的其他方法步骤。在方法步骤102中，车辆传感器WSS1按照优先权、按照在多路传送中的规则通过缆线K1将数据传输给ECU。属于所述数据的还有由车辆传感器WSS1本身所测量的数据。该数据传输可以如上述那样在数据电报中进行。在方法步骤103中，通过控制设备ECU进行接收。控制设备ECU也执行所接收数据的误差修正。这里也还可以进行其他方法步骤。在方法步骤104中，利用测量数据实施车辆状态的确定。

图11示出本发明方法的另一实施例。在方法步骤110中，作为通信节点的车辆传感器WSS1又通过无线电接收其他传感器的数据。在方法步骤111中进行上述的预处理。在方法步骤112中，现在由车辆传感器WSS1进行检查，缆线传输是否适合于数据传输。这例如可以通过测量通向控制设备ECU的电阻或测试传输来进行。在方法步骤113中检查，该检查是否是成功的。如果该检查是成功的，则在方法步骤114中进行通过缆线向控制设备ECU的传输。在方法步骤115中接收这些数据。但是如果在方法步骤113确定了，通过缆线的传输是不可能的，则跳到方法步骤117，该方法步骤117促使通过无线电向控制设备ECU的数据传输。在此之后又跳到方法步骤115，该方法步骤115描述了通过控制设备ECU的接收。在方法步骤116中，借助所接收的数据进行车辆状态的确定。

图12示出本发明方法的另一实施例。在方法步骤120中确定了，通信节点之一、例如车辆传感器WSS1失效。在此之后，在方法步骤121中，剩余的车辆传感器转换到通向控制设备ECU或另一行驶通信节点的无线电传输。在方法步骤122中又进行车辆状态的确定。

在图13中描述了本发明方法的最后一个实施例。在方法步骤130中，通信节点、例如车辆传感器WSS1从现在起通过确定的寻址接收其数据。也就是说，无线电信号具有地址，通信节点借助该地址识别出相应的数据是否特定于该通信节点。然后在方法步骤131中，又进行从通信节点向控制设备ECU的数据传输。在方法步骤133中进行车辆状态的确定，其中这也由车辆传感器通过向控制设备直接寻址的数据来进行，这在方法步骤132中进行。

Claims (10)

1.一种具有用于基于无线电的数据传输（F1，F3，F4）的无线电接口的车辆传感器（WSS1至4），其特征在于，所述车辆传感器（WSS1至4）还具有用于有线数据传输（K1至3）的接口。

2.按照权利要求1的车辆传感器，其特征在于，仅将所述无线电接口配置用于接收数据。

3.按照权利要求1的车辆传感器，其特征在于，所述车辆传感器（WSS1）具有控制装置，该控制装置在有线的或基于无线电的数据传输失效时转换到相应另外的传输方式上。

4.一种具有用于车辆状态确定的控制设备（ECU）和至少两个车辆传感器（WSS1至4）的系统，其中至少一个第一车辆传感器（WSS2）仅通过无线电与控制设备（ECU）和/或与至少一个第二车辆传感器（WSS1）连接以用于第一数据传输（F2），其特征在于，所述至少一个第二车辆传感器（WSS1）通过缆线（K1）与控制设备（ECU）连接以用于第二数据传输。

5.按照权利要求4的系统，其特征在于，所述至少一个第二车辆传感器（WS1）通过第二数据传输将通过第三数据传输所接收的数据传输给控制设备（ECU），并且因此是第一通信节点。

6.按照权利要求4或5的系统，其特征在于，用于所述第二数据传输的第一传输速率高于用于所述第一或第三数据传输的第二传输速率。

7.按照权利要求3至5之一的系统，其特征在于，所述至少一个第一车辆传感器（WSS2）也被构造为第二通信节点。

8.按照权利要求3至6之一的系统，其特征在于，单向地构造所述第一、第二和第三数据传输。

9.一种用于运行具有用于车辆状态确定的控制设备（ECU）和至少两个车辆传感器（WSS1至4）的系统的方法，其中至少一个第一车辆传感器（WSS2）仅通过无线电与控制设备（ECU）和/或至少一个第二车辆传感器（WSS1）连接以用于第一数据传输，其特征在于，所述至少一个第二车辆传感器（WSS1）通过缆线（K1）与控制设备（ECU）连接以用于第二数据传输。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述至少一个第二车辆传感器（WSS1）借助于第二数据传输将通过无线电所接收的数据传输给控制设备（ECU），并且因此充当通信节点。

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