CN105849588A - 用于传感器连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行传感器系统、尤其超声传感器系统的方法，所述传感器系统具有至少一个超声传感器和至少一个控制装置。经电流调制地将数据由至少一个超声传感器传输到控制装置上。经电压调制地将数据由所述控制装置传输到所述至少一个超声传感器上。

Description

用于传感器连接的方法

背景技术

基于超声的测量系统用于测量与位于超声传感器之前的对象的距离。所应用的超声传感器基于脉冲/回波方法。在该运行中传感器发出超声脉冲并且测量超声脉冲的通过对象引起的发射，也即其回波。在超声传感器与对象之间的间距通过回波的所测量的传播时间和声速计算。在当前所应用的基于超声的测量系统中类似地实现回波信息时间的传输。这表示：在超过阈值特性曲线的时刻设置用于确定的持续时间(回波宽度)的电压信号。随后在相应控制装置(ECU)中实现实际的传播时间的测量。下一研发代的超声传感器将超声传感器中的回波信号通过模拟/数字转换器转换为数字信号并且通过相应的信号处理处理器处理接收信号。因此适合的是，数字地传输回波信息。这允许，也可以将回波的其他特征例如幅度、传播时间、脉冲宽度传输到上级的控制单元上。

为了回波信息的数字传输，具有总线能力的传感器连接是值得期望的，以便可以实现在线缆树上的节省。已经具有不同的数字总线，它们可以用于在车辆中超声传感器的可能的连接。

在LIN总线中不利的是，该总线仅仅允许非常受限的数据传输率，例如仅仅20千比特/秒，在LIN总线中的净传输率还显著更小，因为结构数据的份额相对大。在LIN总线中将二进制信息经电压调制地、也即通过存在的电压的调制通常在大约12V与0.7V之间的值之间传输。LIN总线的另一优点可视为在于，可以出现非常高的电压水平，该高的电压水平干扰超声传感器的测量运行，从而在测量运行期间的通信看起来仅仅很难可能的。

作为另一数字总线可提及CAN总线，借助CAN总线能够实现显著更高的传输率(500千比特/秒的数量级)。用于在CAN总线中的传感器接口的成本基于CAN总线的高带宽和多面性是相对高的。

此外，作为数字总线已知PSI5总线，该总线用于车辆中，例如用于连接安全气囊传感器。在PSI5总线中的传输经电压调制地由控制装置到传感器以2千比特/秒实现而电流调制地由传感器到控制装置以直至189千比特/秒实现。调制电流在PSI5总线中典型地为20毫安左右。传输基于具有扭绞的芯线的双线式接口。安全气囊传感器的供电通过数据线路实现，然而仅仅设有小的供电电流，所述供电电流位于直至最大19毫安的数量级。在控制装置的接口中设有变化的零电流水平的跟踪。

PSI5总线——该总线已经进入机动车应用、尤其作为安全气囊传感器——关于其通信协议非常强地匹配于该应用。以PSI5通信协议通常传输的数据在其结构方面显著区别于借助超声测量系统要传输的数据。区别在于，用于超声测量系统和用于安全气囊传感器的数据查询的时间顺序在时间上非常大幅地相互不同；如此对于安全气囊传感器非常快速的查询是必要的，相比之下在超声系统中查询时间位于10毫秒与40毫秒之间的范围中。

基于其目前为止的应用范围，PSI5总线作为缺点具有小的传输率。此外，PSI5总线不具有单线接口并且在传感器上可设有更高的引脚数。在测量运行期间同时的通信中传感器的可能的自身干扰可能基于相对高的调制电流出现。此外，关于控制装置接口需要相对昂贵的设计，这由电流跟踪导致。最后应理解，至今在PSI5总线上应用的通信协议不可再应用，而是在用于新的应用的每个情况下可修改。

文献DE 10 2008 000 570 A1涉及一种基于超声的驾驶员辅助系统。该驾驶员辅助系统包括至少一个超声传感器和至少一个用于与其他同类的传感器并且与控制装置进行数据交换的接口。该接口能够实现与多个其他总线参与者的通信，其中，所连接的传感器中的每一个传感器的单个的识别码借助同样通过总线通信的控制装置可读取。接口和总线系统基于经修改的PSI5系统。具有双线连接的类似PSI5系统如此扩展，使得可以连接和运行多于最大四个传感器，其中，引入另一线路，该线路能够实现：使传感器的供电与数据传输分离。因此存在如下可能性，在没有所谓的菊花链方法的情况下也实施逻辑和地理编址并且关于位宽和扩展的半双工模式优化数据协议。由文献DE 10 2008 000 570 A1得知一种用于在总线系统中传感器的编址的方法，其中，传感器的、逻辑的和位置有关的编址通过总线仲裁的确定形式的编址序列借助在系统中安装的序列号的有针对性的查询来实现。第一方法利用识别码的连续查询，而第二方法基于到总线系统上的、时间错开的连接。

文献DE 10 2008 044 367 A1同样涉及一种基于超声的驾驶员辅助系统，该系统具有用于机动车的智能传感器。该智能传感器优选构造为超声传感器并且具有接口，例如总线配置中的PSI5接口。该传感器具有时钟发生器，其构造用于产生时钟信号，该时钟信号代表用于传输数据组的时间周期。传感器根据通信协议与主机通信。在使用根据由传感器时钟发生器产生的时间周期的通信协议的情况下，在通过时间区段形成的时间窗期间传输数据组到主机上，其中，可以根据代表时钟频率的调节信号改变时间周期的时钟频率。传感器的时钟发生器产生载波信号，从而传感器时钟发生器的时钟频率相应于主机时间周期的所求取的时钟频率。

对到传输系统上的传输率的要求例如：

对于由控制装置到超声传感器的传输≥10千比特/秒；

对于超声传感器控制装置的传输≥100千比特/秒；

在测量运行期间的通信中小的自身干扰；

成本有利的实现；

尽可能单线通信接口。

发明内容

根据本发明提出一种用于运行传感器系统的方法，所述传感器系统具有至少一个超声传感器和至少一个控制装置，其中，经电流调制地将数据由至少一个超声传感器传输到控制装置上，而经电压调制地将数据由控制装置传输到至少一个超声传感器上。

由此确保传感器例如超声传感器、传感器系统到控制装置的成本有利的双向的全数字的以及具有数据总线能力的传感器连接。通过根据本发明提出的解决方案，可以在修改相应的PSI5数据总线接口之后正好将该数据总线和用于数据传输的LIN数据总线相互组合以便充分利用两个总线系统的优点。

在本发明所基于的构思的有利构型中，实现由至少一个超声传感器到控制装置通过PSI5接口以在单线路上≥378千波特/秒的传输率的数据传输。为了数据由至少一个超声传感器到控制装置的传输，将发送电流在通信线路上调制。发送电流位于≤100毫安优选≤10毫安的数量级上。如果调制电流减小到该数量级，则自身干扰的水平可以急剧减小。由此确保具有最小化的自身干扰的运行。在此将自身干扰理解为由通信脉冲到在超声传感器测量运行中接收通道的串扰。

按照根据本发明提出的解决方案，将至少一个超声传感器的超声回波数据经电流调制地传输到控制装置上，这优选如此实现，即对于每个超声回波可以将所涉及的超声传感器的相应的回波传播时间、幅度以及其他回波特征以及测量状态经编码地传输到控制装置上。超声回波数据优选在至少一个预先定义数据协议中以对于每个超声回波16、24优选然而32位的位宽传输。

数据由控制装置到至少一个超声传感器的传输优选包括编址、发送命令、至少一个配置命令以及时间段(Zeitspanne)限定的同步脉冲(SYNC)。由至少一个超声传感器到控制装置的数据传输借助数据总线进行并且在同一数据总线上沿两个方向优选在先前提及的单线连接上实现。

用于数据由控制装置到至少一个超声传感器的经电压调制的传输的传输率优选位于≥10k比特的数量级中、优选20k比特处。

根据所述方法关于数据传输经电流调制或经电压调制地运行的超声系统包括超声传感器，该超声传感器构造用于能够实现借助经电流调制的到控制装置上的数据传输。超声系统还包括控制装置，该控制装置构造用于将数据经电压调制地传输到至少一个超声传感器上，该至少一个超声传感器可以根据如上所述用于运行传感器系统的方法运行。

发明优点：

根据本发明提出的解决方案能够实现传感器系统的运行，其中，在多个传感器、尤其超声传感器与控制所述超声传感器的控制装置之间的数据传输一方面通过修改的PSI5数据总线实现而另一方面经电压调制地类似于LIN数据总线地实现，由此可以相互组合两个总线系统的优点。初始点是具有相应数据总线的PSI5接口的高带宽的经电流调制的传输。该传输率通过相应的构件设计进一步提升超过可用的189千比特/秒到378千比特/秒。限于扭绞线的传输限制可以在超声传感器中消除，因为线路容量不影响超声传感器的测量结果。经电压调制的传输率可以提高到超过10千比特/秒、优选20千比特/秒，因为可以利用LIN数据总线的有利特征，由此LIN数据总线在较高电平下运行并且因此可以确保这样的传输率。有利地可以通过根据本发明提出的方法的实现来实现如下，即调制电流为了避免自身干扰可以足够程度地被降低，优选在10毫安之下的数量级。

借助根据本发明提出的解决方案可以实现高的数据传输率。因此实现由控制装置到至少一个超声传感器的以20千比特/秒的数据传输。命令——例如超声发送命令更快地实现，从而能够实现对象的更快的首次检测。由至少一个超声传感器到控制装置的数据传输以378千比特/秒的传输率实现。回波数据的数量以及回波特征的数量可以大地选择，从而产生更好且更快速的对象检测。此外存在如下可能性，即可以扩展在数据总线上的参与者的数量，因为可以创建非常简单并因此成本有利的布线。尽管在电流调制中的小的自身干扰，但是测量运行的可能发生的干扰以及在传输期间所测量的输入电平可以位于正常放大噪声水平之上。这当所期望的回波信号仅仅稍微位于噪声之上时是危险的，这优选在大的对象间距的情况下回波传播时间>20毫秒时存在。然而在较小的对象间距的情况下，干扰基于回波显著更高的信号水平是可容忍的。因此目标在于，在时间<20毫秒中对于数据总线的所有总线参与者实现传输。根据本发明提出的解决方案避免电流零水平的昂贵的电流跟踪，如这在PSI5数据总线中需要的那样。不发生传感器通过通信线路的供电，而是取而代之地实现具有相应数据传输率的纯数据传输。根据本发明提出的用于运行传感器系统、尤其超声传感器系统的方法的实现使用数据传输协议，该数据传输协议能够实现：在进行的测量运行中通过SYNC脉冲不发生测量运行的干扰，因为该SYNC脉冲共同集成在超声传输命令(发送命令)中。SYNC脉冲因此也在不规则的栅格(Raster)中发出，也即总是正好当控制装置期望超声发射时。在PSI5数据总线如例如用于安全气囊中，SYNC脉冲以明确规定的间隔是需要的并且因此不适用于在超声系统中的应用。发送命令用于在ASIC组件中RC振荡器的校准。因此要求针对短时稳定性，由此<0.2至0.5％的精度是可能的。因为不需要高度精确的石英振荡器，所以可以实现成本节约。因为在总线参与者的各个通信间隙之间存在小的间歇，所以相比于LIN数据总线可以实现高的净数据传输率，在LIN数据总线中间歇显著更长，因为在LIN总线中时间基础是极其不准确的。因此可以传输大的数据量，相比于PSI5协议实现通过8位数据安全方法(CRC：循环冗余校验)对所有数据的保护并且不借助3位数据安全方法(CRC)对每个数据字的保护。因此产生更小的成本，这反映在显著更高的净数据传输率上。

具体实施方式

在根据本发明提出的方法中可以确保具有至少一个超声传感器和至少一个控制装置的传感器系统、尤其超声传感器系统的运行。由控制装置到至少一个超声传感器的数据传输率一方面足够高，此外在测量运行期间在同侧通信时超声传感器的自身干扰可以基于相对低的调制电流被避免或至少大幅地抑制。

通过通信协议的修改、也即该通信协议与在传感器系统如例如超声传感器系统中的给定条件的特定匹配，可以修改主题编址、发送命令、配置命令、传输间隙/SYNC脉冲以及到控制装置上的回波数据传输。

通过根据本发明提出的方法实现超声传感器系统的超声传感器中的一个超声传感器通过控制装置的编址，例如已知的菊花链方法。通过在相应车辆中实现的布线因此确定在相应车辆的保险杠中超声传感器的物理位置。对于菊花链方法的实现替代地，可以在多个步骤中实现逻辑和地理编址，其中，在初始化期间可以由控制装置同时对话所有超声传感器。以上的前提是明确的传感器序列号或传感器ID(32-48比特)，所述传感器序列号或传感器ID保存在传感器或EEPROM中。相应超声传感器的逻辑和地理编址的基本构思在于，编址序列通过总线仲裁的确定形式、借助并且有针对性地查询在传感器系统中安装的序列号来实施。在第二步骤中实现所谓的“自动定位”方法，例如通过特定的噪音算法，因为各个超声传感器相互间距是已知的，已知的对象环境以“倾斜壁”的形式存在或者通过借助分别在车辆中存在的转向角信息的、直接回波的和/或交叉回波的统计分析处理。替代地，可以在车辆制造商或在保险杠单元的供应商处通过校准装置传送传感器的位置，该校准装置通过声源给每个传感器发送直接回波。此外也存在以下可能性：在该方法内设置限定的安装顺序的遵循以及在相应测试台中的应答装置，从而传感器系统的相应超声传感器可以被明确识别和定位。

根据本发明修改的通信协议还包括发送命令。

通过由控制装置传送给至少一个超声传感器的发送命令激励超声传感器进行超声脉冲的发射。发送命令一般由以下组成部分组成：起始位、命令ID、编址、发送信息、奇偶信息以及停止位。发送命令通常具有固定地预给定的位宽。通过相应的传输率因此也确定一个固定时间，该固定时间在相应发送命令的起始位与停止位之间流逝。发送命令的停止位在此用作用于模仿超声脉冲的触发器。发送命令的发射然后关于相应停止位以固定延迟地发生。通过所述编址可以激励不仅一个超声传感器而且多个通过相应数据总线相互连接的超声传感器发出超声脉冲。通信协议此外也包括如下信息，即超声传感器何时传输其数据。该时刻或者相应时间间隙如此选择，使得与之有关的自身干扰设置在具有高度背景噪音(地面杂波)的时间范围中。

此外，通信协议包括配置命令，所述配置命令包括以下信息：起始位、命令ID、编址、配置数据以及奇偶/CRC。

相应配置数据的保护针对为相应命令ID确定的方案实现，或者通过奇偶位或者数据保护方法，例如CRC方法(CRC＝Cyclic Redundancy Check)。

此外，通信协议包括关于同步总线(SYNC脉冲)或者关于数据传输间隙的信息。通过所述配置命令给与数据总线通信的相应超声传感器预给定固定的时间片段(Zeitscheibe)用于其相应数据到控制装置上的传输。这些时间片段或时间段涉及同步脉冲。同步脉冲基于测量运行的可能的干扰不允许在各个超声传感器的测量窗也即测量时间间隔(Messzeitraum)中中断。按照根据本发明提出的方法，该同步脉冲作为限定的比特限定在发送命令(优选作为相应的停止位)内。在传感器系统内的超声传感器可以要求用于其数据要求的多个时间片段，然而优选对于数据传输对于每个超声传感器仅仅确定的时间片段可用。相应时间片段的长度或用于数据传输的持续时间是配置参数并且可以通过要分开地中断的命令在传感器系统、尤其超声传感器系统的运行期间也匹配。由此可以关于各个超声传感器的数据在传感器系统的运行期间改变传输量。这提供以下优点：根据运行状态和需求，超声传感器中的一些可以变得未激活。

在超声测量的相应测量周期内参与的超声传感器实施在相应超声传感器内超声回波的传播时间测量。该传播时间测量是用于紧接着在控制装置中发生的三边测量的基础。横向误差极大地取决于所实施的传播时间测量的精度，在三边测量期间在各个超声传感器之间信号的相对时间偏差尤其是重要的。

在传播时间测量中优选应用高精度的振荡器。所应用的振荡器可与传感器系统的相应超声传感器同步。这样的同步在此通过固定地限定的时间间隔的、之前限定的命令的测量实现。优选地在此应用所述命令。此外，实现如下时间段的测量，该时间段在起始位与停止位之间流逝。这附加地具有以下优点：同步总是正好当超声回波的传输临近时才发生。因此对振荡器的要求对于超声传感器如下匹配，确保在分别短的测量时间间隔上的短时稳定性，该测量时间间隔的持续时间为10毫秒至50毫秒。振荡器通过相应的同步被再调整。因此可以确保和保证<0.5％优选<0.2％的相对偏差。基于因此实现的高精度可以将在参与的超声传感器的各个时间片段(通信片段)之间的间歇保持得小，从而高的净数据传输率对于通信可用。

此外，在通信协议中超声回波数据也是感兴趣的，所述超声回波数据由超声系统的相应超声传感器传输到控制装置(ECU)上。超声传感器的超声回波数据根据预先定义的方案构建。回波数据具有限定的位宽并且对于每个超声回波包含相应的回波传播时间以及回波的其他特征。优选地为此限定每个超声回波16、24或32位的位宽。如果预给定所述位宽，则所获得的数据的解读取决于相应应用。因此绝对可以在控制装置中并且在相应超声信号传感器中保存多个数据协议。在预先定义的时间片段中应传输的超声回波的数量可以同样以时间片段的配置确定并且相对传播时间来改变。在超声回波的传输的结束进行另一数据块的传输。该数据块如下表征相应超声传感器的测量状态：即考虑例如故障状态、自诊断条件和/或测量条件。在由相应超声传感器到上级控制单元的数据传输期间数据块的结束形成数据保护位(CRC＝Cyclic Redundancy Check)，该数据保护位通过在时间片段内全部要传输到控制装置上的数据来计算。

根据本发明提出的所述方法在同一数据总线上实现。该方法同样可以应用到具有仅仅一个参与者的数据总线、所谓的点连接上。编址在该情况下是不必要的并且因此可以取消。

本发明不限于在此描述的实施例和在其中突出的方面。相反地，在通过权利要求给出的范围内能够实现多种修改，所述多种修改处于本领域技术人员的能力范围内。

Claims (12)

1.一种用于运行传感器系统的方法，所述传感器系统具有至少一个超声传感器和至少一个控制装置，其特征在于，经电流调制地将数据由所述至少一个超声传感器传输到所述控制装置上，而经电压调制地将数据由所述控制装置传输到所述至少一个超声传感器上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述数据由所述至少一个超声传感器通过经电压和电流调制的双向接口传输到所述控制装置上。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在单线路上以>189千比特的传输率实现所述数据到所述控制装置上的传输，而以>10千比特、优选20千比特的传输率实现所述数据由所述控制装置到至少一个超声传感器的传输。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了将数据由所述至少一个超声传感器传输到所述控制装置上，将发送电流调制到通信线路上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发送电流的电流强度为≤100毫安，优选≤10毫安。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以不规则的和自由限定的间隔实现同步脉冲(SYNC)并且通过由所述控制装置到所述至少一个超声传感器的发送命令、优选作为超声发送命令实现所述同步脉冲。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述至少一个超声传感器的超声回波数据经电流调制地传输到所述控制装置上，如此使得对于每个超声回波将所述超声传感器的回波传播时间和/或幅度和/或其他回波特征以及测量状态传输到所述控制装置上。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个预先定义的数据协议中以每个超声回波16、24、32位的位宽传输超声回波数据。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述控制装置到所述至少一个超声传感器的所述数据传输包括编址、发送命令、配置命令以及时间段限定的同步脉冲(SYNC)。

10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述至少一个超声传感器中通过所测量的、专用通信命令的传输时间校正振荡器频率。

11.一种超声传感器，其构造用于按照根据权利要求1至10中任一项所述的方法经电流调制地传输数据到控制装置上。

12.一种控制装置，其构造用于按照根据权利要求1至10中任一项所述的方法经电压调制地传输数据到至少一个超声传感器上。