CN103814549A - 用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将第一传感器（104）与至少一个第二传感器（106）耦合的方法（200），其中，所述方法（200）包括将由所述第一传感器（104）向所述至少一个第二传感器（106）发送（202）第一信号的步骤。此外，所述方法（200）包括通过所述第二传感器（106）提供（204）第二信号的步骤。响应于所述第一信号提供所述第二信号，其中，所述第二信号代表所述第二传感器（106）的测量值。此外，所述方法（200）包括通过所述第一传感器（104）输出（206）用于控制设备（108）的第三信号的步骤。响应于所述第二信号实现所述第三信号的输出，其中，所述第三信号至少代表所述第一传感器（104）的测量值。

Description

用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法、一种相应的设备以及一种相应的计算机程序产品。

背景技术

为了通过总线系统查询传统的传感器，由控制设备单独查询传感器。同样，传感器可以通过总线不受调节地（ungeregelt）提供信息，在需要时控制设备可以读取所述信息。

例如DE102009029217A1描述了具有场效应晶体管的惯性传感器（Inertialsensor），所述场效应晶体管包括栅电极、源电极、漏电极以及设置在源电极与漏电极之间的沟道区域。栅电极构造为固定的，并且沟道区域构造为可运动的。

发明内容

在所述背景下，借助本发明提出根据主权利要求的一种用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法、一种使用该方法的设备以及一种相应的计算机程序产品。有利的构型由相应的从属权利要求和以下的说明书得到。

不依赖于是否通过数据总线实现信息的各个查询或信息的连续提供，在两种情况下通过大量的数据通信使总线负荷，这可能降低总线系统的工作效率。例如，可能通过数据总线的分支上的可传输的数据量限制总线的分支中的传感器的数量。附加地，通过一个串行的总线总是仅仅能够处理一个询问，因此必须在第一询问之后实现第二询问。由此，可能从传感器到传感器地推迟测量时刻。于是，传感器的测量值不再反映同一时刻的参量。

本发明基于以下认知：传感器的装置的传感器中的一个能够承担管理的任务以便减轻数据总线的负担。对此，作为主传感器的传感器通过另一个总线与该装置的从传感器进行通信。所述另一个总线上的指令能够普遍适用于所有传感器，或者寻址到各个传感器。所述另一个总线可以不依赖于数据总线。所述另一个总线可以借助不同于所述数据总线的另一个通信协议工作。例如，所述另一个总线可以使用更简单的通信协议。

本发明实现了一种用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

由第一传感器向至少一个第二传感器发送第一信号；

响应于第一信号，通过第二传感器提供第二信号，其中，第二信号包含第二传感器的测量值；

尤其响应于第二信号，将第三信号通过第一传感器输出到控制设备上，其中，第三信号至少包含第一传感器的测量值。

传感器可以理解为测量值指示器（Messwertgeber）。传感器例如可以是惯性传感器。信号可以是数据字或脉冲。信号可以构造用于传送信息。信号能够寻址到各个总线用户，或者对于所有总线用户适用或可接收。所述第一信号和所述第二信号可以以不同的数据格式存在。第一传感器可以具有至少两个接口，其中，第一接口与第二传感器连接，并且第二接口与控制设备连接。第二传感器可以具有一个、两个或更多个接口，其中，第二传感器也可以与控制设备连接。能够响应于预给定的时间段的期满发送第一信号。

同样，可以将第二信号输出到控制设备上。由此，控制设备能够接收测量值不经改变地用于进行分析处理。

能够将第二信号输出到第一传感器上，并且第三信号能够至少包含第一传感器的测量值和第二传感器的测量值。第一传感器能够将多个传感器的信号与其自身的信号组合（也就是说，例如将自身的测量值与第二传感器的测量值结合），以便向控制设备发送一个单个信号并且减轻总线的负担。

可以相对于第二信号时间错开地输出第三信号。由此，通信安全可以存在于数据总线上。第二传感器的测量值能够不被第一传感器的测量值扭曲。

在输出的步骤中可以输出至少一个另外的信号，其中，所述至少一个另外的信号包含由第一传感器的测量值以及至少第二传感器的测量值求取的参量。第一传感器可以继续处理这些测量值。第一传感器可以过滤测量值。例如，当测量值大于预给定的标准时，才可以提供这些测量值。

所述方法可以具有合理性验证的步骤，其中，通过至少第二传感器的测量值来对第一传感器的测量值进行合理性验证，和/或通过第一传感器的测量值来对第二传感器的测量值进行合理性验证。如果对于测量值预期可比较的结果，则可以在这些结果的相互的非预期的偏差的情况下识别出错误。由此，能够识别出测量值中的异常值。同样，能够识别出传感器缺陷。

能够响应于控制设备的查询实现发送的步骤，并且在发送的步骤中能够响应于所述查询测量第一传感器的测量值。能够进一步响应于第二信号输出第三信号。由此，可以确定用于所有传感器的统一的测量时刻。然后，能够可靠地同时地实现时间关键的测量任务。

第一信号可以具有不同于第三信号的数据格式。第一信号也可以具有与第三信号相同的数据格式。第一传感器可以具有两个相同的接口。第三信号可以具有比第一信号更大的带宽。第三信号可以构造用于，以高的精确度表示至少第一传感器的测量值。

在提供的步骤中，能够响应于第一信号检测并且为了发送而提供第二传感器的测量值，其中，响应于第一传感器的第四信号实现所述发送。因此，如果当需要测量值时才调出测量值，则可以进一步减轻数据总线的负担。

此外，本发明实现了一种设备，所述设备构造用于在相应的装置中实施或实现根据本发明的方法的步骤。也可以通过本发明的以一种设备的形式的这种实施变型方案快速且有效地解决本发明所基于的任务。

设备在此可以理解为处理传感器信号并且据此输出控制信号的电设备。所述设备可以具有按硬件方式和/或按软件方式构造的接口。在按硬件方式的构造中，接口例如可以是包括所述设备的最不同功能的所谓的系统ASIC的一部分。然而，还可能的是，接口是单独的集成电路或至少部分地由分立部件组成。在按软件方式的构造中，接口可以是软件模块，其例如与其他软件模块共存在微控制器上。

具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，所述程序代码可以存储在机器可读的载体，如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并且用于当在计算机或设备上执行程序时根据先前描述的实施方式之一来实施所述方法。

附图说明

以下根据附图示例性地进一步阐述本发明。附图示出：

图1：根据本发明的一个实施例的具有用于使用的传感器阵列的车辆的示图；

图2：根据本发明的一个实施例的用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法的流程图；

图3：根据本发明的一个实施例的传感器阵列的示图；

图4：根据本发明的另一个实施例的传感器阵列的示图。

在本发明的优选实施例的后续描述中，对于在不同附图中示出并且起类似作用的元件使用相同的或类似的参考标记，其中，不重复描述这些元件。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的具有由八个传感器104、106组成的传感器阵列102的车辆100。由控制设备108使用传感器阵列102的信息。传感器阵列102的传感器104、106彼此与第一数据总线连接。这些传感器104、106中的一个作为主传感器104通过第二数据总线与控制设备108连接。其他的传感器106是从传感器106。主传感器104构造用于，通过第一数据总线向这些从传感器106发送第一信号。在该实施例中，这些从传感器106构造用于，在它们接收了第一信号之后它们通过第一数据总线各提供一个第二信号。在此，第二信号代表或包含相应的传感器106的至少各一个测量值。主传感器104构造用于，响应于通过第一数据总线接收第二信号来通过用于控制设备108的第二数据总线输出第三信号。在该实施例中，第三信号代表或包含至少所述传感器106的测量值和所述传感器104的测量值。当控制设备108通过第二数据总线发送相应的请求信号时，也才可以输出第三信号。

图2示出根据本发明的一个实施例的用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法200的流程图。可以在如图1中所示出的传感器阵列上执行方法200。所述方法200具有发送202的步骤、提供204的步骤以及输出206的步骤。在发送202的步骤中，第一传感器向第二传感器或多个传感器发送第一信号。第一信号可以理解为用于传感器的测量时刻的触发信号。在第二传感器或所述多个传感器中，通过第一信号触发至少一个待测量的参量的测量并且以测量值反映该测量。在提供204的步骤中，由第二传感器或所述多个传感器提供第二信号，所述第二信号代表或包含测量值。第二信号可以包括一个数据字或多个数据字。响应于第一信号的接收来提供第二信号。可以将提供的时刻推迟预先确定的持续时间。同样，可以针对调出提供第二信号。借助第一传感器的一个另外的信号例如由其他的传感器中的每一个分别调出第二信号。在输出206的步骤中，由第一传感器向上级的控制设备输出第三信号。第三信号至少代表或包含第一传感器的测量值。第三信号可以包括一个数据字或多个数据字。可以在与其他的测量值相同的测量时刻检测第一传感器的测量值。可以为调出而准备好第三信号，并且响应于控制设备的命令输出所述第三信号。当由第一传感器接收到第二传感器或多个传感器的第二信号时，第三信号也可以代表或包含其他的传感器的测量值或第二传感器的测量值。第一传感器也可以继续处理这些测量值。例如，第一传感器可以实施这些测量的错误分析并且可以抑制有错误的测量值。同样，第一传感器可以使用测量值用于获取至少一个（间接的）参数，所述至少一个（间接的）参数也可以表示在第三信号中。

图3示出根据本发明的一个实施例的传感器阵列102的示图。传感器阵列102构造用于，如图2所示的那样实施用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法。传感器阵列102如图1所示的那样具有作为主传感器的第一传感器104。此外，传感器阵列102具有作为从传感器的至少一个第二传感器106。传感器阵列102可以如在此用虚线所示的那样具有多个从传感器106，所述多个从传感器可以类似于所示出的从传感器106运行。在该实施例中不同于图1，从传感器106和可能的其他的从传感器106与主传感器104并联地与第一数据总线300和第二数据总线302连接。第二数据总线302与控制设备108连接。在该实施例中，直接在第二数据总线302上提供第二信号，并且可以直接由控制设备108接收所述第二信号。在此，第一数据总线300仅用于传感器104、106彼此的通信。第一数据总线300例如可以是SPI总线。第二数据总线302例如可以是PSI总线或CAN总线。

图4示出根据本发明的另一个实施例的另一种传感器阵列102的示图。传感器阵列102构造用于，如图2所示的那样实施用于将第一传感器与至少一个第二传感器耦合的方法。如图1所示的那样，传感器阵列102具有作为主传感器的第一传感器104。此外，传感器阵列102具有作为从传感器的至少一个第二传感器106。传感器阵列102可以如在此用虚线所示的那样具有多个从传感器106，所述多个从传感器可以类似于所示出的从传感器106运行。在该实施例中如图1中所示的那样，从传感器106和可能的其他的从传感器106串联地通过第一数据总线300与主传感器104连接。第二数据总线302将主传感器104与控制设备108连接。在该实施例中，在第一数据总线300上提供第二信号。主传感器104处理测量值并且通过用于控制设备108的第二数据总线302提供第三信号。

图1至4示出根据本发明的不同的实施例的出于同步或数据交换的目的而耦合多个传感器的实施例。在此所示出的从传感器106例如可以是惯性传感器，其通常设有单一的接口（CAN、SPI、PSI等），以便按照传统地与一个（处理其数据的）控制设备进行通信。传感器104、106也可以实施为支持两个接口的传感器。例如可以支持CAN接口与SPI接口。传感器104、106也可以支持三个接口。因此，例如也可以支持SPI接口、CAN接口以及PSI接口。传感器104、106也可以具有可编程的微控制器内核，由此使得在此所描述的功能性的实现变得容易。在此所提出的方法中，也可以将这些接口300、302中的一个（例如SPI接口300）用于传感器彼此的通信。在所示出的实施例中，传感器通过SPI彼此连接。传感器104起SPI主104的作用，并且可以与作为SPI从106工作的其他的传感器106进行通信。由此，所有所连接的传感器104、106共同（作为簇）起作用或者对彼此作出反应。

通过连接的传感器104、106彼此的同步（通过SPI主104触发）可以同时地（一次地、例如循环地）检测所有参与的传感器104、106中的信号值，以便得到调和的信号变化。此外，参与的传感器可以分别直接与控制设备进行通信——例如通过PSI，在此能够实现超出在总线302自身中给定的可能性的通信方案。例如，通过在相同的时隙中交替地发送可以实现时分复用。由此，能够防止“串扰（Cross-talk）”，即信号的相互的干扰。当总线302不提供同步机制时，通过异步PSI模式（没有控制设备108的同步脉冲）中的两个PSI发送器可以实现向外部（向控制设备108）的通信。

对于（主传感器104中的）数据收集来说可能的是，表示传感器簇102。也就是说，连接的传感器104、106中的仅一个向外部通信。该传感器104在其他的传感器106中查询其他的传感器的数据，并且将其他的传感器的信号值连同自身的信号值通过外部的接口向控制设备108发送。由此，能够将具有仅一个SPI接口的传感器集成，而不需附加成本。（由多个连接的传感器104、106组成的）传感器簇102作为单个的总线用户出现。在CAN总线的情况下得到更简单的具有仅一个CAN控制器、一个收发器、一个插头等的总线拓扑。由此造成低的单位成本和布线成本。在PSI总线的情况下减少到仅一个发送器并且不需要多个发送器的同步。仅需要一个插头等，这同样导致更低的单位成本和布线成本。可以以尽可能少的消息共同发送多个传感器104、106的数据。这导致更少的通信开销以及更低的总线负载。能够实现多个同时检测的信号值的同时传输。

当在主传感器104中进行数据融合时，对于数据收集的迄今所示出的可能性附加地，主传感器104也能够自身处理或分析处理所收集的数据，以便提高数据质量。已经在传感器簇102中能够实现相关信号值的合理性验证和/或附加的信号的计算，例如由所检测的转速计算旋转加速度。同样，在建模的范畴内能够实现新的信号的推导或者能够实现多次检测的信号的汇总以改善信号质量。

通过交换附加的数据——例如信号原始值、在所参与的传感器的多个中的冗余的处理以及最后的比较，能够实现传感器104、106的相互的监视以及最终的信号安全的明显的提高。

为了同步，主传感器104向所有连接的传感器106（通常周期地）发送同步信号，所述所有连接的传感器同时接收同步信号，以便为（所有所连接的传感器104、106中的）待同步的动作创建共同的时基。当接收到同步信号时，在接收器侧（在从传感器106上）可以直接执行同步的动作。一个示例是并行的、同步的信号值检测（而之后通过主传感器106顺序地实现所检测的值的采集）。

也可以在主传感器时基上实现内部的时基的均衡，用于防止不同的时基的分歧。基于（于是同步的）时基，参与的传感器104、106可以在彼此协调的时刻将其各自的消息向控制设备108发送。在此，可以将时分复用（在相同的时隙中交替地发送）或者异步PSI模式中的两个PSI发送器（没有控制设备的同步脉冲）作为模式实施。

可以通过向外部通信的主传感器106实现（主传感器104中的）数据收集。所述传感器104查询其他的传感器106的数据并且将它们的信号值连同自身的信号值通过外部的接口向控制设备108发送。在此，内部（在传感器104、106之间）的消息格式和数据格式可以与外部的消息格式和数据格式彼此不同，以便实现不同的信号的向外部统一的表示。

对于以上已经列举的优点附加地，主传感器104也可以实施其他的传感器106的（从从传感器角度看）待从外部控制的初始化序列，而这在控制设备108中不可见。在数据收集的前后关系中，主传感器104也可以用作（传感器簇102的）用于均衡数据的中央存储器，在初始化的范畴内所述中央存储器将所述均衡数据交给其他的传感器106或者甚至用于补偿从传感器106的所读取的数据值。

（主传感器104中的）数据融合需要主传感器104例如以可编程的微控制器内核的形式的相应的工作效率。因此，除上面已经列举的功能之外附加地已经在传感器簇中实现相关信号值的合理性验证、附加的信号的计算——例如由所检测的转速计算旋转加速度、在建模的范畴内新的信号的推导以及多次检测的信号的汇总以改善信号质量。也能够非常灵活地示出基于整体上可支配的信号的其他的功能性。

通过交换附加的数据——例如信号原始值、在参与的传感器104、106的多个中的冗余的处理以及最后的比较，可以实现最终的信号安全的明显的提高。在此，根据安全需求或安全概念可以将冗余或监视从信号原始值延伸到向控制设备的输出。在两个配置（由图3和图4）中能够实现相互的监视。

所描述的和在附图中示出的实施例仅仅是示例性地选择的。不同的实施例可以完整地或关于各个特征彼此组合。一个实施例也可以通过另一个实施例的特征来补充。

此外，可以重复以及以不同于所描述的顺序的顺序执行根据本发明的方法步骤。

如果一个实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”关系，则这可以理解如下：所述实施例根据一个实施方式不仅具有第一特征，而且具有第二特征；并且根据另一个实施方式或者仅仅具有第一特征，或者仅仅具有第二特征。

Claims (11)

1.一种用于将第一传感器（104）与至少一个第二传感器（106）耦合的方法（200），其中，所述方法（200）包括以下步骤：

由所述第一传感器（104）向所述至少一个第二传感器（106）发送（202）第一信号；

响应于所述第一信号，通过所述第二传感器（106）提供（204）第二信号，其中，所述第二信号包含所述第二传感器（106）的测量值；

将第三信号通过所述第一传感器（104）输出（206）到控制设备（108）上，其中，所述第三信号至少包含所述第一传感器（104）的测量值。

2.根据权利要求1所述的方法（200），其中，在所述提供（204）的步骤中将所述第二信号输出到所述控制设备（108）上。

3.根据权利要求1所述的方法（200），其中，在所述提供（204）的步骤中将所述第二信号输出到所述第一传感器（104）上，并且所述第三信号至少包含所述第一传感器（104）的测量值以及所述第二传感器（106）的测量值。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中，在所述输出（206）的步骤中相对于所述第二信号时间错开地输出所述第三信号。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中，在所述输出（206）的步骤中输出至少一个另外的信号，其中，所述至少一个另外的信号包含由所述第一传感器（104）的测量值以及至少所述第二传感器（106）的测量值求取的参量。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），所述方法具有合理性验证的步骤，其中，通过至少所述第二传感器（106）的测量值来对所述第一传感器（104）的测量值进行合理性验证，和/或通过所述第一传感器的测量值来对所述第二传感器的测量值进行合理性验证。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中，响应于所述控制设备（108）的查询实现所述发送（202）的步骤，并且在所述发送（202）的步骤中响应于所述查询测量所述第一传感器（104）的测量值。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中，所述第一信号具有不同于所述第三信号的数据格式。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中，在所述提供（204）的步骤中响应于所述第一信号检测并且为了发送而提供所述第二传感器（106）的测量值，其中，响应于所述第一传感器（104）或所述控制设备（108）的第四信号实现所述发送。

10.一种构造用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法（200）的步骤的设备（102）。

11.一种计算机程序产品，其具有程序代码，用于当在设备上执行程序时实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

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