CN102753395B - 车辆传感器节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器系统，其包含多个传感器元件（4），传感器元件被设计为检测至少部分地不同的一次测量值并使用至少部分地不同的测量原理，其还包含信号处理设备（1）、接口设备（2）以及多个功能性设备（3），其中，传感器元件（4）被连接到信号处理设备（1），其被设计为包含各自用于传感器元件（4）中的至少一个和/或其输出信号的下面的信号处理功能中的至少一个：误差处理（5，9），滤波（6），计算和/或提供派生测量值（7），其中，至少一个测量值由一个或多于一个的传感器元件（4）的至少一个一次测量值派生得出，所有功能性设备（3）经由接口设备（2）被连接到信号处理设备（1），信号处理设备（1）向功能性设备（3）提供信号处理功能（5，6，7，8，9）。
Description
技术领域
本发明涉及传感器系统。
背景技术
在现有技术中已知的当前的车辆体系结构中，传感器元件或传感器，相应地被主要分配到功能或功能设施。然而，主要在具有安全相关一次功能(primaryfunctions)的情况下通过经由接口或网关传送或是通过可直接访问，传感器信号也能由二次功能(secondaryfunctions)使用。根据现有技术的这种传感器系统的实例通过图2示出。
发明内容
本发明基于提出这样的传感器系统的目的：其具有高效的结构，特别是关于开发这种传感器系统的花费，和/或，其提供了改进的故障容忍性(faulttolerance)和/或较高的准确度。
此目的通过根据本发明的传感器系统来实现。
传感器系统优选为构造为机动车控制系统的一部分，至少一个功能设施被构建为驱动动态控制功能和/或机动车安全功能和/或机动车乘员舒适功能，其中，特别地，这种至少一个功能至少部分地被设计为程序。
信号处理设施的信号处理功能优选为被提供给成束的(bundled)和/或以规定的共用方式的功能设施。
术语“连接”优选为理解为硬件和/或软件相关的连接，也就是说，特别是，经由规定接口的程序或程序部分的通信。
传感器系统优选为包含传感器元件，其具有至少三个、特别是至少五个不同的一次测量变量，和/或至少三个传感器元件、特别是至少五个传感器元件，其分别基于不同的测量原理或使用不同的测量原理。
信号处理设施优选为以这样的方式设计：其包含至少三个下面的信号处理功能；至少一个故障管理功能，其被设计为故障安全功能或故障沉默(fail-silent)功能；至少一个滤波(filtering)功能；派生(derived)测量变量的至少一个计算。
传感器系统以这样的方式适当地设计：传感器元件和设施——也就是说，至少信号处理设施以及附加的特别是接口设施和功能性设施——被集成在电路板上和/或在共同封装的电子部件中，也就是说，例如，在机动车控制系统的电子控制单元中。
这种传感器系统的所有的传感器元件优选为共同和/或在各自的情况下连接到信号处理设施。在下文中，特别地，没有一个传感器元件直接连接到一个或多于一个的功能性设施和/或直接与一个或多于一个的功能性设施通信。
优选为，信号处理设施以这样的方式构建，其附加地表现出信息品质评估功能，该功能特别地提供关于所派生的和/或一次测量变量的一个或多于一个或每一个体的可靠性和/或准确性和/或可用性的信息项。
关于准确性的信息项优选为理解为对于第一或规定的另一测量值的属性，此第一测量值至少部分地冗余存在。为此，传感器系统具有两个或多于两个的、特别是不同的测量路径，用于提供这一测量值，各个测量路径包含至少一个传感器元件和至少一个信号处理功能。对于这些测量路径中的每一个，测量准确度以特别优选的方式来分配，其经由建模和/或试验测量和/或规格来定义。由信息品质评估功能分配给第一测量值的测量准确度在下文中从至少部分冗余地提供此第一测量值的所述两个或多于两个的测量路径的测量准确度获得，在上下文中，此第一测量值的测量准确度在特别优选的方式中对应于，在对于此第一测量值的当前可用测量路径的一组测量准确度中，一个测量路径的最优/最大测量准确度。术语“测量准确度”被适当地理解为测量精度，或者相应地为相对较小的测量偏差或测量误差。
关于可靠性的信息项优选为理解为对于第一或规定的另一测量值由信息品质评估功能分配的属性，此第一测量值至少部分地冗余存在。为此，传感器系统具有两个或多于两个的、特别是不同的测量路径，用于提供这一测量值，各个测量路径包含至少一个传感器元件和至少一个信号处理功能。这些测量路径的当前测量值相应地彼此比较或验证，在上下文中，特别地，依赖于或分别将第一测量值的不同测量路径的当前测量值的绝对和/或相对偏差考虑在内，信息项关于当前能提供第一测量值的可靠性来产生。关于第一测量值的可靠性的信息项，在特别优选的方式中考虑和理解为功能性设施能够使用所提供的测量值的程度，或者，分别地，其安全要求由此第一测量值的当前值满足。不同测量路径的测量值的验证或比较例如通过包含测量值的规定间隔的表来进行。
关于可用性的信息项优选为理解为由信息品质评估功能对于第一或规定的另一测量值分配的属性，第一测量值至少部分冗余地存在。为此，传感器系统具有两个或多于两个的、特别是不同的测量路径，用于提供此测量值，各个测量路径包含至少一个传感器元件以及至少一个信号处理功能。可用性适当地为关于信号或测量值仍然可用的长度的信息项，也就是说，时间信息项。为了获得可用性，这样的情况优选为被包括在内或被评估：在对于第一测量值的一组测量路径中，第一测量路径、特别是具有最优准确度和/或可靠性的测量路径将被抛弃降或刚好已被抛弃，以及，对于何种时间长度，此第一测量值仍能借助其他测量路径提供，因此，将对于最小可靠性的规定要求和对于最小准确度的规定要求考虑在内，第一测量路径的失去能被充分补偿。
优选为，特别是作为规定变量或参数，信息品质评估功能将一个或多于一个的或全部的以下信息项分配到各个测量变量、特别是测量变量的各个测量值：准确度信息项和/或可靠性信息项和/或可用性信息项。在上下文中，所述至少一个附加信息项或分别地，此至少一个附加参数与测量变量或测量变量的各个测量值一起被传输到功能性设施中的至少一个。
适当的是，信号处理设施以这样的方式构建：其附加地包含校准功能，借助该功能，传感器元件和/或其信号处理的校准被或能被执行或开始或受到影响。
信号处理设施包含优选为一个或多于一个程序，其分别通过至少一个微处理器或在至少一个微处理器系统上受到处理。
优选为，接口设施被构建为总线和/或接口程序，其以规定的方式向功能性设施供给信息，特别是以规定的形式提供双向信息交换。在上下文中，接口设施特别优选为设计为通信协议的传输层，特别优选为根据OSI“开放系统互连参考模型”层模型。
信号处理设施优选为以这样的方式设计：其向或能向各个功能性设施提供至少一个派生测量变量以及关于此派生测量变量的可用性和/或准确性和/或可靠性的一个信息项。
适当的是，作为传感器元件，传感器系统表现出至少一个旋转速度传感器，至少一个加速度传感器，一个转向角传感器，以及至少一个、特别是四个车轮速度传感器，特别地，附加表现出至少一个底盘水平传感器、和/或至少一个环境传感器、和/或至少一个位置传感器——其采用卫星导航系统的形式，和/或至少一个地上光学速度(opticalspeedoverground)传感器，其光学地检测道路并由此确定车辆速度。
特别地，作为附加或作为替代的是，优选为，传感器系统包含传感器元件，其检测机动车的环境数据或环境信息——例如与其他物体、车辆的距离——和/或用于物体模式(pattern)的检测的信息，和/或传感器元件以这样的方式设计：其检测例如温度、外部湿度或雨和/或驱动动力传输和驱动系统和/或电动机管理的变量。
优选为，信号处理设施以这样的方式构建：在检测到故障或不可用的一次测量变量或派生测量变量时，其提供冗余的一次测量变量或派生测量变量，作为对于至少一个功能性设施的替代信号和/或替代信息。
传感器元件和信号处理设施以及特别地作为附加的是接口设施优选为以这样的方式被构建并彼此连接：至少一次测量变量和派生测量变量在规定的时间间隔中和/或以规定的最小响应时间被提供给功能性设施。为此目的，至少信号处理设施在特别优选的方式中包含具有实时能力的微处理器系统，其具有有着实时能力的操作系统或有着实时能力的程序结构。
优选为，一组传感器元件的至少两个传感器元件彼此直接连接，这些传感器元件中仅仅第一个连接到信号处理设施，其中，第一传感器元件被构件为主传感器元件，其与此传感器元件组中作为从传感器元件的所述至少一个另一传感器元件通信。在上下文中，传感器元件组、特别优选的是主传感器元件特别以这样的方式构建：已将至少一个一次测量变量与同样类型的至少一个派生测量变量进行比较，和/或冗余的一次测量变量彼此进行比较，其中，这些测量变量整体上由多个传感器元件提供，其中，测量变量的所述至少一个比较的结果和/或以这样的方式验证的至少一个一次测量变量和/或派生测量变量被提供给信号处理设施。
作为替代的是，优选为，多个，特别是全部传感器元件在各自的情况下包含其自己的信号处理电路，这些传感器元件彼此连接并构成传感器元件网络，其中，这一网络的传感器元件至少部分地彼此交换至少测量变量和/或派生测量变量，这些传感器元件以这样的方式构建：其至少验证至少测量变量和/或派生测量变量，其中，传感器元件的网络连接到信号处理设施，且其中，传感器元件网络的传感器元件的测量变量和派生测量变量至少部分地传输到信号处理设施，特别优选的是，像是来自于验证的至少一个信息项。
信号处理设施适当地包含相应的仅仅一个微处理器或微处理器核，信号处理功能仅仅相应地由一个微处理器或微处理器核处理。这在至少一组传感器元件和/或至少一个传感器元件网络已经执行测量变量和/或派生测量变量的至少一个验证时有利且特别可行，作为其结果，冗余验证也能在信号处理设施中相应地具有仅仅一个微处理器或微处理器核的情况下得到保证。
传感器系统或信号处理设施优选为也被指示为传感器节点或车辆传感器节点。
相应地，派生测量变量或其测量信号优选为指示为可观测量(observable)。或者，可观测量优选为理解为一次测量变量或派生测量变量，也就是说，可观测量可特别为派生测量变量和一次测量变量二者。
派生测量变量优选为理解为这样的测量变量：其通过从另一测量变量的变换和/或计算确定，特别是与之相关联或依赖于其。
测量变量适当地在各自的情况下包含若干个测量值。
一组传感器元件的传感器元件优选为测量同样的物理变量。主传感器元件于是将其测量值与至少一个从传感器元件的测量值进行比较。
作为替代的是，传感器元件组的传感器元件优选为测量不同的物理变量。主传感器元件于是将其测量值与至少一个从传感器的至少一个测量值进行比较，其中，其自己的测量值通过建模从这些测量值派生得出。
在上下文中，下面的变型优选为用于一组传感器元件组中的监视，将瞬时值彼此进行比较。在与阈值相比较大的偏差的情况下，对错误发出信号，
或者，在特定时间段上对滑动平均进行比较。在与阈值相比较大的偏差的情况下，对错误发出信号，
或者，特别是，形成偏差的滑动平均。如果此平均超过阈值，对错误进行报告。
接口设施和/或传感器元件组或传感器元件网络的传感器元件优选为表现出出于滤波目的的至少一个低通滤波器和/或至少一个中值(median)滤波器，和/或至少一个频率变换设施。特别地，根据本发明的传感器系统具有下列优势中的至少一个或几个或全部，依赖于所提出的构造，：
-透明的结构化的体系结构。通过分别引入传感器系统或传感器节点，E-E体系结构变得更为结构化且关于接口更加清楚。传感器系统在形式上的这种标准化意味着新功能的较少的开发费用。另外，由于不清楚的信号流和信号延迟时间引起的可能的误差得到减小。
-消除了多余的冗余性。在现有技术中，传感器或传感器元件分别主要在各自的情况下分配给功能或个体功能化设施，信号也可主要对于这些功能而被抵达(reached)。然而，其它功能可从这些传感器信号切除，使得它们对于同样的测量任务需要另外的传感器。这对于根据本发明的传感器系统不再有必要。
-改进的准确度，由于若干个传感器信号的合并(fusion)，存在相互比较冗余可观测量或可能已经由传感器信号派生得出的派生测量变量的可能。由此，能在各自的情况下得出更为准确的测量信息项。
-更高的故障安全水平或改进的错误管理：由以不同方式测量和计算的可观测量的比较，个体传感器的故障能更为迅速地检测。
-更大的可用性：同样由于可观测量的冗余确定，传感器信息能够在传感器故障的情况下更长地提供给车辆功能或功能性设施。
作为附加地，本发明与通过根据本发明的传感器系统的传感器信号处理方法以及传感器系统在机动车中的使用有关。
另外，本发明涉及一种计算机程序产品，其包含传感器系统的程序。
附图说明
借助附图，由从属权利要求以及下面对示例性实施例的介绍，获得进一步的优选实施例。
在图中：
图1示出了根据本发明的传感器系统的示例性实施例；以及
图2示出了根据现有技术的示例性传感器系统。
具体实施方式
图1示出了示例性传感器系统。在此系统中，传感器元件或传感器4，分别关于其信号处理和接口成束地连接，并结合成为传感器系统。作为传感器元件4，“传感器硬件1到n”，传感器系统表现为例如旋转速率传感器，加速度传感器，转向角传感器，四个轮速传感器，底盘水平传感器，卫星导航系统(全球导航卫星系统)的位置传感器。传感器元件4借助规定的接口“传输层传感器节点”连接到接口设施1，其中，例如，这种规定的接口“传输层传感器节点”至少关于信息的传输被共同地构建，或者满足共用的接口定义，且其中，此接口的物理构造可分立地对于各个传感器元件4或对于传感器元件组或在网络框架内设计。传感器元件4自身布置在其中，例如，分布在机动车内，但以这样的方式在传感器系统中选择：其对于功能性设施——例如驱动动态控制功能性设施——的至少一个规定的组提供信息。
接口设施1包含若干个信号处理功能，其被构建为例如程序：故障管理功能“故障安全”5；关于若干个传感器元件4或传感器元件4组的故障管理功能——“多传感器故障安全”9；传感器信号或传感器信息项的滤波功能“滤波器”6；校准功能“校准”8，使用该功能，传感器元件和/或其信号处理功能的校准能得以实施；计算和/或提供一个或多于一个的派生测量变量“可观测量计算”7，其中，这些派生计算变量或可观测量能例如由不同的传感器信号或借助规定的建模形式或借助规定的计算产生。因此，例如，绕车辆竖直轴的旋转速度能从车轮速度传感器的信号以及从偏航率(yawrate)传感器的信号得出。因此，这些可观测量和一次测量变量提供了关于车辆/环境的冗余信息，其能在信号处理设施或在传感器节点中彼此比较或者能彼此支持，如果一个信号路径上存在扰动、同时另一个仍可运行的话。由以不同的方式计算的可观测量的比较，能得出可观测量的可靠性和准确性的结论，使得故障测量能被滤除。传感器节点或信号处理设施，分别对可观测量的准确度进行资格评估(qualify)，并将可观测量和关于准确度的信息项一起作为传感器信息经由接口设施2——例如车辆的总线/传输层——传送到多媒体应用和舒适系统的多种功能性设施3，例如，传送到用于主动和被动安全性的功能性设施3。
在由现有技术已知的当前车辆体系结构中，传感器或传感器元件被分配给一次功能，但传感器信号也能由二次功能使用，其中，它们或者经由主要在具有故障相关一次功能的情况下的网关传送，或者可直接访问。根据现有技术的实例借助图2示出。
Claims (15)
1.一种传感器系统，包含多个传感器元件(4)，所述多个传感器元件以这样的方式构建：其检测至少部分地不同的一次测量变量并使用至少部分地不同的测量原理，该系统进一步包含信号处理设施(1)、接口设施(2)和若干个功能性设施(3)，其中，传感器元件(4)连接到信号处理设施(1)，信号处理设施(1)以这样的方式设计：其对于传感器元件(4)中的至少一个和/或其输出信号在各自的情况下至少包含下面的信号处理功能中的一个：
故障管理功能(5，9)，
滤波功能(6)，
计算和/或提供派生测量变量(7)，其中，至少一个测量变量由一个或多于一个的传感器元件(4)的至少一个一次测量变量派生得出，
且
所有的功能性设施(3)经由接口设施(2)连接到信号处理设施(1)，信号处理设施(1)向功能性设施(3)提供信号处理功能(5，6，7，8，9)，所述系统的特征在于，信号处理设施(1)以这样的方式构建：其附加地表现出信息品质评估功能，该功能提供关于所派生得出的和/或一次测量的变量的一个或多于一个或各个个体变量的准确性和可靠性或者准确性和可用性或者准确性和可靠性和可用性的信息项。
2.根据权利要求1的传感器系统，其特征在于被构建为机动车控制系统的一部分，且其特征在于，功能性设施(3)中的至少一个被构建为驱动动态控制功能和/或机动车安全功能和/或机动车乘员舒适功能，其中，所述至少一个功能至少部分地被设计为程序。
3.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，这种传感器系统的所有传感器元件(4)共同和/或在各自的情况下连接到信号处理设施(1)。
4.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，信号处理设施(1)以这样的方式构建：其附加地包含校准功能(8)，借助该功能，传感器元件(4)的校准和/或其信号处理被执行或开始或受到影响。
5.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，信号处理设施(1)包含在至少一个微处理器上处理的一个或多于一个的程序。
6.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，接口设施(2)被构建为总线和/或接口程序，其以规定的方式向功能性设施(3)提供信息，以规定的格式提供双向信息交换。
7.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，传感器系统表现出作为传感器元件(4)的至少一个旋转速率传感器，至少一个加速度传感器，一个转向角传感器以及至少一个车轮速度传感器，作为附加地表现出至少一个底盘水平传感器，和/或至少一个环境传感器，和/或至少一个光学速度传感器，和/或用于位置检测的至少一个卫星导航系统。
8.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，信号处理设施(1)以这样的方式构建：在检测到故障或不可用的一次测量变量或派生测量变量时，对于至少一个功能性设施(3)，提供冗余一次测量变量或派生测量变量，作为替代信号和/或替代信息。
9.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，传感器元件(4)和信号处理设施(1)以及作为附加的接口设施(2)以这样的方式被构建并彼此连接：至少一次测量变量和派生测量变量以规定的时间间隔和/或以规定的最小响应时间被提供给功能性设施(1)。
10.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，一组传感器元件的至少两个传感器元件(4)直接彼此连接，这些传感器元件中的仅仅第一个被连接到信号处理设施(1)，其中，第一传感器元件被构建为传感器元件组中的主传感器元件，其与至少一个另一传感器元件通信。
11.根据权利要求10的传感器系统，其特征在于，传感器元件组以这样的方式构建：至少一个一次测量变量已经与相同类型的至少一个派生测量变量相比较，和/或冗余的一次测量变量彼此比较，其中，这些测量变量整体由若干个传感器元件提供，其中，以这样方式验证的至少一个一次测量变量和/或派生测量变量的所述至少一个比较的结果被提供给信号处理设施(1)。
12.根据权利要求1或2的传感器系统，其特征在于，若干个传感器元件在各自的情况下包含其自己的信号处理电路，这些传感器元件彼此连接并构成传感器元件网络，且其特征在于，此网络的传感器元件至少部分地彼此至少交换一次测量变量和/或派生测量变量，且其特征在于，这些传感器元件以这样的方式构建：其至少验证至少一次测量变量和/或派生测量变量，其中，传感器元件的网络连接到信号处理设施(1)，且其中，传感器元件网络的传感器元件的一次测量变量和派生测量变量至少部分地被传输到信号处理设施(1)。
13.根据权利要求10的传感器系统，其特征在于，信号处理设施(1)仅仅包含一个微处理器，信号处理功能(5，6，7，8，9)仅仅由一个微处理器进行处理。
14.根据权利要求11的传感器系统，其特征在于，主传感器元件以这样的方式构建：至少一个一次测量变量已经与相同类型的至少一个派生测量变量相比较，和/或冗余的一次测量变量彼此比较，其中，这些测量变量整体由若干个传感器元件提供，其中，以这样方式验证的至少一个一次测量变量和/或派生测量变量的所述至少一个比较的结果被提供给信号处理设施(1)。
15.根据权利要求12的传感器系统，其特征在于，所有的传感器元件在各自的情况下包含其自己的信号处理电路，这些传感器元件彼此连接并构成传感器元件网络，且其特征在于，此网络的传感器元件至少部分地彼此至少交换一次测量变量和/或派生测量变量，且其特征在于，这些传感器元件以这样的方式构建：其至少验证至少一次测量变量和/或派生测量变量，其中，传感器元件的网络连接到信号处理设施(1)，且其中，传感器元件网络的传感器元件的一次测量变量和派生测量变量至少部分地被传输到信号处理设施(1)。
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