CN102804684B - 传感器单元、连接系统和供给电能并且传输数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将一数据提供单元(12，USS)连接到一连接链(30)上的连接元件(40)，其中，该连接元件(40)具有第一接口(41)，该第一接口由至少一个第一(43a)、第(43b)、第三(43c)、第四(43d)和第五(43e)触点端子组成，这些触点端子能从所述连接元件(40)的外部触点接触；其中，第一(43a)和第(43b)触点端子导电地相互连接或者可连接，并且第四(43d)和第五(43e)触点端子导电地相互连接或可连接。该连接元件(40)还具有第二接口(42)，用于数据提供单元(12，USS)的能量供给并且用于数据提供单元(12，USS)的数据的数据转送，其中，第二接口(42)具有至少一个第一(44a)、第(44b)和第三(44c)连接触点，并且第一连接触点(44a)被设置用于数据提供单元(12)的能量供给并且与第一(43a)和/或第(43b)触点端子连接，第二连接触点(44b)被设置用于数据转送并且与第三(43c)触点端子连接，并且第三(44c)连接触点被设置用于数据提供单元的能量供给并且与第四(43d)和/或第五(43e)触点端子连接。

Description

传感器单元、连接系统和供给电能并且传输数据的方法

技术领域

本发明涉及一种传感器单元，一种用于将多个传感器单元连接在一数据处理单元上的连接系统以及一种用于给多个传感器单元供给电能并且用于将所述传感器单元的数据传输到一数据处理单元上的方法。

背景技术

例如在倒车辅助和泊车辅助系统中大多使用一个控制装置和多个(尤其2至12或更多个)超声波传感器。但是在此也使用一些系统，在这些系统中控制装置不是实施为单个的、分开的控制装置，而是在这些系统中控制装置功能被集成在一个中央控制装置中，该中央控制装置操作多个功能。在图1中以4个传感器为例示出了在这些情况中常见的电缆布线，其中，这样的电缆布线符合现有技术。

在这些在图1中所示的系统中，例如各个安装在机动车中的(超声波)传感器12a、12b、12c和12d通过一个中央数据处理单元10连接。该连接例如通过一个转接插座或一个电缆线束14实现，其中，用于传输传感器12的数据的各个数据线路16通过该电缆线束14通到数据处理单元10。同时通过转接插座或电缆线束14同样能够实现传感器12的能量供给，其中，在该情况下设有一个从数据处理单元10至电缆线束14的第一供给线路18(例如用于引入正极电势)和一个从数据处理单元10至电缆线束14的第二供给线路20(例如用于引入接地电势)。通过两个供给线路18和20提供的用于驱动传感器的能量可以在转接插座14后面在供给链26中通过相应的接头22划分或分配，使得这些传感器12a至12d中的每个具有一个自己的经由接头22的在相应的能量供给线路18和20上的能量连接。

每个传感器12以该方式与控制装置通过三个线路连接：例如正极供给18、接地线路20和(双向的)数据线路16。因为传感器12大多位于保险 杠中，所以出于装配原因在控制装置10(ECU)和传感器12(USS)之间设有一转接插座14，该转接插座将车身-电缆线束24与保险杆-电缆线束26(作为用于连接各个传感器12的连接链)连接。通常两个供给线路在车身-电缆线束24中对于所有的传感器12共同地引伸并且只有在转接插座14之后才通过接头22分开到各个传感器12上。这使插座14变便宜，但是通过设置接头22也需要附加耗费。

数据线路不仅在车身-电缆线束24中而且在保险杠-电缆线束26中对于每个传感器12分开地引伸。

其替代方案是市场上的介于中间的系统，这些系统将传感器经由数据总线与控制装置连接。由于传感器的有问题的、几何的地址(控制装置必须知道，哪个传感器位于保险杠中的何处)，这些系统以串级链结构实施。这样的结构在图2中在使用一个控制装置10以及四个传感器12a-d的情况下被举例地示出。

根据该串级链结构，数据线路16、第一供给线路18和第二供给线路20从构成数据处理单元(ECU)的控制装置10通向第一(例如超声波)传感器12a(USS1)。数据线路16、第一和第二供给线路18和20从第一传感器12a以串接方式通向第二(例如又是超声波)传感器12b(USS2)。串接在这里不应理解为串联连接；串接也可以构造为第一和第二传感器(USS1和USS2)的并联连接，其中，但是在去掉第一传感器12a的情况下控制装置10与第二传感器12b之间的通信不再可行。第三传感器12c(USS3)以类似方式串接地与第二传感器12b接线并且第四传感器12d(USS4)以串接方式与第三传感器12c接线。

在对比文件WO 2007/059772 A2中公开另一种可能性：如何实现网络服务器与多个网络客户端之间的直接的、顺序的网络寻址。在此介绍了一种途径：如何通过一个共同的数据线路相继地初始化网络客户端。

发明内容

在该背景下通过本发明介绍了根据独立权利要求所述的连接元件、还有连接链、连接系统以及最后介绍了相应的方法。有利的设计方案由相应的从属权利要求和下面的说明得出。

本发明创造了一种用于将一数据提供单元连接到一连接链上的连接元件，其中，所述连接元件具有以下特征：

第一接口，该第一接口由至少一个第一、第二、第三、第四和第五触点端子组成，这些触点端子能从所述连接元件的外部触点接触；其中，第一和第二触点端子导电地相互连接或者可连接，并且第四和第五触点端子导电地相互连接或可连接；

第二接口，用于数据提供单元的能量供给并且用于数据提供单元的数据的数据转送，其中，第二接口由至少一个第一、第二和第三连接触点组成，并且第一连接触点被设置用于数据提供单元的能量供给并且与第一和/或第二触点端子连接，第二连接触点被设置用于数据转送并且与第三触点端子连接，并且第三连接触点被设置用于数据提供单元的能量供给并且与第四和/或第五触点端子连接。

本发明还创造了一种用于给多个数据提供单元供给电能并且用于将多个数据提供单元与一数据处理单元连接的连接链，其中，所述连接链至少具有以下特征：

第一数据线路，该第一数据线路被构造用于在第一数据提供单元和数据处理单元之间的直接的数据传输；

第二数据线路，该第二数据线路被构造用于在第二数据提供单元和数据处理单元之间的直接的数据传输，

能量供给线路，用于至少第一和第二数据提供单元在其运行时的能量供给，其中，能量供给线路以串接方式配置，使得用于第一和第二数据提供单元的运行的能量从一能量供给端子首先被传输到用于第一数据提供单元的接口上并且用于第二数据提供单元的运行的能量通过第一数据提供单元的接口被转送到用于第二数据提供单元的一接口上，从而排除了在没有第一数据提供单元的接口的情况下由能量供给端子对第二数据提供单元的直接的能量供给。

本发明也创造了一种用于将多个数据提供单元连接在一数据处理单元上的连接系统，其中，所述连接系统至少包括以下特征：

数据处理单元；

具有根据上述实施方式之一的连接元件的第一数据提供单元；

具有根据上述实施方式之一的连接元件的第二数据提供单元；

根据上述实施方式之一的连接链，用于给至少第一和第二数据提供单元供给电能并且用于将至少第一和第二数据提供单元的数据直接传输到数据处理单元上。

本发明最后创造了一种用于给多个数据提供单元供给电能并且用于将多个数据提供单元连接到一数据处理单元上的方法，其中，所述方法具有以下步骤：

将第一数据提供单元的数据直接传输到数据处理单元上；

将第二数据提供单元的数据直接传输到数据处理单元上；

通过第一数据提供单元的一接口从一能量供给端子接收用于第一和第二数据提供单元的运行的电能；和

将接收到的用于第二数据提供单元的运行的电能从第一数据提供单元的接口转送到第二数据提供单元的一接口上，从而排除了在没有第一数据提供单元的接口的情况下由能量供给端子对第二数据提供单元的直接的能量供给。

本发明基于以下认识：当在数据提供单元和数据处理单元之间设有直接的数据线路时，能够实现将多个数据提供单元(例如传感器)的数据快速且不易受影响地传输到控制装置或数据处理单元上。通过该方式省去了各个数据提供单元的数据的繁杂的寻址。但是同时各个数据提供单元的能量供给可以用“串级链结构”实现，使得允许减少用于各个数据提供单元的能量供给的电缆布线耗费。为了实施这样的串级链结构，应当在数据提供单元的区域中设置相应的连接链和适当的连接元件。例如，数据提供单元的区域中的连接元件可以具有五个可外部地接近的触点，其中，这些触点中的一个设置用于数据提供单元和控制装置之间的数据传输，这些触点中的另外两个设置用于能量接收并且这些触点中的又另外两个设置用于能量转送，其中，一个用于能量接收的触点与一个用于能量转送的触点连接或者至少可连接，并且另一个用于能量接收的触点与另一个用于能量转送的触点连接或至少可连接。

本发明提供了优点，即不需要改变或配置迄今所使用的控制装置或数据提供单元(传感器)。仅仅需要设置一个转接插座、特别是所谓的连接元 件和相应构造的连接链。但是连接元件形式的转接插座允许制成为简单且成本有利的结构元件。相应的连接链同样可以简单且成本有利地被提供，因为一方面在各个数据提供单元上设置更少的用于供给的线路并且还可以省去根据现有技术的接头。这导致用于将控制装置连接到相应的数据提供单元上的成本的有利减小。在相应的数据提供单元中也不需要进行数据的费劲的更改地址，因为数据提供单元的数据直接地、即不经过总线连接，传输到控制装置上。这也能够使在数据提供单元中所需的电子装置保持得简单。

在本发明的一种有利的实施方式中，第一接口具有一在第一和第二触点端子之间的金属连接结构和一在第四和第五触点端子之间的另外的金属连接结构，其中，这些金属连接结构尤其设置在这些触点端子的一个能从连接元件的外部触点接触的区域中。连接元件的这种实施方式提供了优点，即通过在第一和第二触点端子之间以及在第四和第五触点端子之间设置金属连接结构能非常简单地实现用于各个数据提供单元的能量供给的相应的串级链结构。这些触点端子之间的费劲的开关连接由此可以省去。

在本发明的另一种实施方式中，第一接口的第一和第四触点端子也可以被构造用于对用于数据提供单元的运行的能量的能量接收，并且第一接口的第二和第五触点端子也可以被构造用于对用于另外的数据提供单元的运行的能量的能量转送。这提供了优点，即相应的触点端子可以相应地确定尺寸并且由此也保证了转送足够的能量用于以串接形式设置在后面的数据提供单元的运行。

尤其也可以设置一个传感器单元，该传感器单元包括：

根据上述实施方式之一的连接元件；和

用于机动车的传感器元件，尤其是超声波传感器，用于提供传感器数据，其中，传感器能借助第一和第三连接触点被供给能量，并且传感器元件被构造用于将传感器数据通过第二连接触点输出到一数据处理单元上。

本发明的这种实施方式提供了优点，即本发明可具体地用于机动车传感器，在机动车传感器中高的成本压力要求尽可能有利的连接结构。此外也可以通过省去费劲的改变地址来保证数据传输安全，这尤其是在传输关乎安全的信号(例如用于安全气囊-释放)时是重要的。

能量供给线路也可以被构造成将用于至少第一和第二数据提供单元的运行的能量从数据处理单元提供给第一数据提供单元的一接口。这提供了优点，即数据处理单元可以通过连接链提供对于数据提供单元的运行所需的能量，从而能够实现数据提供单元在数据处理单元上的非常简单且完整的连接，而不必动用其它的电缆链或供给线路。

附图说明

借助附图举例地详细描述本发明。其示出：

图1数据提供单元在数据处理单元上的传统连接的方框图；

图2数据提供单元在数据处理单元上的串级链结构的另一种传统连接的方框图；

图3数据提供单元在数据处理单元上的连接的第一实施例的方框图；

图4本发明的作为连接元件的实施例的立体图；

图5本发明的作为连接元件的实施例的另一个立体图；

图6本发明的作为方法的实施例的流程图；

具体实施方式

相同或类似的元件可以在图中通过相同或类似的附图标记表示，其中，消除了对这些元件的重复说明。附图的图、附图说明以及权利要求含有大量的组合特征。在此本领域技术人员清楚的是，这些特征也能够被单独地考虑或者能够将它们组合成其它的、在这里未具体描述的组合。本发明还在下面的说明书中可能在应用不同的大小和尺寸阐述，其中，这些大小和尺寸的列举不应理解为，本发明被限制在这些大小和尺寸上。在下面的说明书中也借助作为方法的实施例说明本发明。在这方面要注意的是，在该实施例中提到的方法步骤也能够以另一种顺序执行。在本发明的另一个变型中在这里说明的实施例的各个方法步骤也能够被去掉或者改变。因此要明确，在该申请中介绍的发明不是仅仅局限于下面描述的方法步骤的顺序。

通过在这里介绍的发明应当尤其是列举一种解决方案，该解决方案能够建立在现存的用于数据传输的解决方案上，不需要用于设置数据总线的附加耗费，但是适合于在OEM(Original Equipment Manufacturer＝原始设 备制造商)中节省电缆线束成本、尤其是避免电缆线束中的昂贵的接头。

本发明的一个实施例的方框图在图3中示出。在此，这些传感器12a至12d通过一个改进的串级链结构连接到控制装置10上，但是在每个单个的传感器12和ECU10之间还存在一个经由数据线路16a至16d的直接连接，这些数据线路将传感器12a至12d中的每个单独地与控制装置10连接。即正好没有设置用于将传感器12的数据传输到控制装置10上的数据总线，传感器的数据必须通过数据总线传输。但是取代早先的接头22，两个供给线路(例如正极18和接地20)现在通过传感器12或预联的连接元件形成环路，这些连接元件连接在改变的连接链30和传感器12之间。每个传感器12或预联的连接元件现在具有五个端子(两个端子用于串接的传感器的输入的供给，两个端子用于串接的传感器的输出的供给以及一个端子用于数据线路)。

控制装置在当前可以理解为电的装置，其处理传感器信号并且根据传感器信号输出控制信号。控制装置可以具有一接口，该接口可以按照硬件和/或软件方式构成。在按照硬件方式的构造中，接口可以例如是所谓的系统ASIC的一部分，该部分包含控制装置的极不同的功能。但是也可能的是，这些接口是自己的集成电路或者至少部分地由离散的结构元件组成。在按照软件方式的构造中，接口可以是软件模块，这些软件模块例如在其它软件模块旁边存在于微控制器上。

该解决方案的优点首先来自于：用于控制装置10和传感器12的已有的技术标准在很大程度上可以被接受。当传感器供给的布线直接在传感器插座中，即在供给链30与真正的传感器12之间的连接元件40中进行时，尤其是可以接受具有电子装置和印制电路板布局的完整的印制电路板。该电连接可以非常容易、简单且有利地实施，如其在图4中所示那样。

在图4中以立体图示出连接元件40的第一实施例，该连接元件具有一第一接口41和一第二接口42。第一接口41包括一第一触点端子43a、一第二触点端子43b、一第三触点端子43c、一第四触点端子43d和一第五触点端子43e。第二接口42具有一第一连接触点44a、一第二连接触点44b和一第三连接触点44c。第一接口41的触点端子43a，43b，43c，43d，43e在此优选能从连接元件40的外部触点接触，例如通过连接元件40的开口 45。

第一触点端子43a在此通过一个金属连接结构46a与第二触点端子43b连接。第四触点端子43d以相同方式通过另一个金属连接结构46b与第五触点端子43e连接。这些金属连接结构46a和46b确保了在插座区域中这些触点上的信号的桥接。

第一接口41在此这样地与第二接口42耦联，使得第一和第二触点端子43a和43b与第一连接触点44a导电地连接。第三触点端子43c与第二连接触点44b导电地连接并且第三连接触点44c与第四和第五触点端子43d和43e导电地连接。

连接元件40可以通过第一接口41例如与一个在图4中未示出的连接链30触点接触。通过连接元件40的第二接口42可以触点接触一个在图4中同样未示出的传感器12或一个标准印制电路板。

在此，一个连接在第二接口42上的数据提供单元(例如传感器12)的能量供给可以通过第一连接触点44a和第三连接触点44c实现。在该情况下，在数据提供单元12的能量供给方面的串级链结构可以通过连接元件40这样地实现，即一个能量输入通过第一和第五触点端子43a和43e实现并且对于另一个串接的数据提供单元的运行所需的能量通过金属连接结构46a和第二触点端子43b以及金属连接结构46b和第四触点端子43d转送。数据提供单元的数据可以通过第二连接触点44b、第三触点端子43c和(在图5中未示出的)连接链30实现到数据处理单元10上的传输，而对于数据传输不需要另外的连接元件40。

在图5中在另一个视角下以剖视图再现了在图4中所示的实施例的另一个立体图。

该连接，即在图4和5中所示的连接元件40，自然也可以提供在印制电路板上，这仅仅意味着，人们也必须相对于现有技术改变印制电路板。

总体上在使用在此介绍的解决方案时相对于传统的串级链解决方案节省了一定的电子装置附加耗费。通过使用在这里介绍的方案允许尤其是避免接头22。相对于传统的解决方案的附加耗费主要在于传感器插座的改变和连接链26中线路引伸的改变，其中，能够实现所需线路的减少。

在图6中还示出了本发明的一个实施例作为用于对多个数据提供单元 供给电能并且用于将多个数据提供单元与数据处理单元连接的方法600，其中，该方法具有一个将第一数据提供单元的数据直接传输610给数据处理单元的步骤。该方法600还具有另一个将第二数据提供单元的数据直接传输620给数据处理单元的步骤。附加地，该方法具有一个通过第一数据提供单元的一个接口从能量供给端子接收630用于运行第一和第二数据提供单元的电能的步骤。此外，该方法具有一个将所接收的用于第二数据提供单元的运行的电能从第一数据提供单元的接口转送640到第二数据提供单元的一接口上的步骤，从而消除了从能量供给端子对第二数据提供单元的直接的能量供给。

Claims (7)

1.传感器单元(12)，具有用于将一传感器单元(12，USS)连接到一连接链(30)上的连接元件(40)，其中，所述连接元件(40)具有以下特征：

第一接口(41)，该第一接口由至少一个第一触点端子(43a)、第二触点端子(43b)、第三触点端子(43c)、第四触点端子(43d)和第五触点端子(43e)组成，这些触点端子能从所述连接元件(40)的外部接触；其中，第一触点端子(43a)和第二触点端子(43b)导电地相互连接或者可连接，并且第四触点端子(43d)和第五触点端子(43e)导电地相互连接或可连接；

第二接口(42)，用于给传感器单元(12，USS)供给能量并且用于转送传感器单元(12，USS)的数据，其中，第二接口(42)具有至少一个第一连接触点(44a)、第二连接触点(44b)和第三连接触点(44c)，并且第一连接触点(44a)被设置用于给传感器单元(12)供给能量并且与第一触点端子(43a)和/或第二触点端子(43b)连接，第二连接触点(44b)被设置用于转送数据并且与第三触点端子(43c)连接，并且第三连接触点(44c)被设置用于给传感器单元供给能量并且与第四触点端子(43d)和/或第五触点端子(43e)连接，

所述传感器单元(12)还具有用于机动车的传感器元件，用于提供传感器数据，其中，所述传感器元件能借助第一连接触点(44a)和第三连接触点(44c)被供给能量，并且，所述传感器元件被构造用于将传感器数据通过第二连接触点(44b)输出到一数据处理单元(10)上。

2.根据权利要求1所述的传感器单元(12)，其特征在于，所述连接元件(40)的第一接口(41)具有一在第一触点端子(43a)和第二触点端子(43b)之间的金属连接结构(46a)和一在第四触点端子(43d)和第五触点端子(43e)之间的另外的金属连接结构(46b)，其中，这些金属连接结构(46a，46b)设置在这些触点端子(43a，43b，43c，43d，43e)的能从所述连接元件(40)的外部接触的区域中。

3.根据以上权利要求中任一项所述的传感器单元(12)，其特征在于，所述连接元件(40)的第一接口(41)的第一触点端子(43a)和第五触点端子(43e)被构造用于接收用于使第一传感器单元(12a)和一第二传感器单元(12b)运行的能量，并且，第一接口(41)的第二触点端子(43b)和第四触点端子(43d)被构造用于转送用于使第二传感器单元(12b)运行的能量。

4.根据权利要求1所述的传感器单元(12)，其特征在于，所述传感器元件是超声波传感器。

5.用于将多个传感器单元(12a，12b)连接在一数据处理单元(10)上的连接系统，其中，所述连接系统至少包括以下特征：

-数据处理单元(10)；

-所述多个传感器单元中的第一传感器单元(12a)，所述第一传感器单元相应于根据权利要求1至4中任一项所述的传感器单元(12)；

-所述多个传感器单元中的第二传感器单元(12b)，所述第二传感器单元相应于根据权利要求1至4中任一项所述的传感器单元(12)；

-连接链(30)，用于给第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)供给电能并且用于将第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)与一数据处理单元(10，ECU)连接，以便将第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)的数据直接传输到所述数据处理单元(10)上，

其中，所述连接链(30)至少具有以下特征：

第一数据线路(16a)，该第一数据线路被构造用于在第一传感器单元(12a)和数据处理单元(10)之间进行直接的数据传输；

第二数据线路(16b)，该第二数据线路被构造用于在第二传感器单元(12b)和数据处理单元(10)之间进行直接的数据传输，

能量供给线路(18，20)，用于在第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)运行时至少给所述第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)供给能量，其中，能量供给线路(18，20)以串接方式配置，使得用于使第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)运行的能量从一能量供给端子首先被传输到一用于第一传感器单元(12a)的第一接口(41)上并且用于使第二传感器单元(12b)运行的能量通过第一传感器单元(12a)的所述第一接口(41)被转送到一用于第二传感器单元(12b)的第一接口(41)上，从而排除了在没有第一传感器单元(12a)的第一接口(41)的情况下由能量供给端子对第二传感器单元(12b)直接供给能量。

6.根据权利要求5所述的连接系统，其特征在于，所述连接链的能量供给线路(18，20)被构造成将用于至少使第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)运行的能量从数据处理单元(10)提供给第一传感器单元(12a)的第一接口(41)。

7.用于给多个根据权利要求1至4中任一项所述的传感器单元(12)供给电能并且用于将所述多个传感器单元(12)的数据传输到一数据处理单元(10)上的方法(600)，其中，所述方法(600)具有以下步骤：

将第一传感器单元(12a)的数据直接传输到数据处理单元(10)上(610)；

将第二传感器单元(12b)的数据直接传输到数据处理单元(10)上(620)；

通过第一传感器单元(12a)的第一接口(41)从一能量供给端子接收用于使第一传感器单元(12a)和第二传感器单元(12b)运行的电能(630)；和

将接收到的用于使第二传感器单元(12b)运行的电能从第一传感器单元(12a)的第一接口(41)转送到第二传感器单元(12b)的第一接口(41)上(640)，从而排除了在没有第一传感器单元(12a)的第一接口(41)的情况下由能量供给端子对第二传感器单元(12b)直接供给能量。