CN106104220A - 用于车辆的空气质量测量装置、空气质量测量系统和空气质量测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的空气质量测量装置(102)，具有：载体元件(220，222)；用于提供空气质量数据的空气质量传感器(224)，该空气质量传感器(224)布置在载体元件(220，222)上；用于提供另外的传感器数据的至少一个另外的传感器(226，326)，该至少一个另外的传感器(226，326)布置在载体元件(220，222)上；以及分析处理电路(228)，该分析处理电路具有用于接收空气质量数据的第一输入接口、用于接收另外的传感器数据的至少一个第二输入接口(464，466)并且具有输出接口，所述分析处理电路(228)布置在载体元件(220，222)上并且构造成用于将空气质量数据和另外的传感器数据作为捆绑的传感器数据通过输出接口提供。

Description

用于车辆的空气质量测量装置、空气质量测量系统和空气质 量测量方法
技术领域
本发明涉及用于车辆的空气质量测量装置、空气质量测量系统和空气质量测量方法，它们例如可以在车辆的内燃发动机中用于测量空气质量。
背景技术
在汽油和柴油发动机中建立空气质量测量。空气质量测量用于调节燃料喷射量和废气导回。
发明内容
在该背景下，通过本发明按照主权利要求提出用于车辆的一种空气质量测量装置、一种空气质量测量系统以及一种空气质量测量方法。由各从属权利要求和后面的说明书得知有利构型。
有利地，可以由空气质量测量装置除了空气质量外还感测至少一个物理参量。感测的数据可以捆绑地通过接头传送。与不捆绑的传送相比可以减少为传送感测的数据所需的导线数量。
即使在实施方式和实施例中谈到空气，该空气质量测量装置也可以用于测量任何气体或气体混合物的质量。在车辆领域中的应用也仅是示例地选择的。
一种用于车辆的空气质量测量装置具有下面的特征：
载体元件；
用于提供空气质量数据的空气质量传感器，其中，该空气质量传感器布置在所述载体元件上；
用于提供另外的传感器数据的至少一个另外的传感器，其中，该至少一个另外的传感器布置在载体元件上；和
分析处理电路，具有用于接收空气质量数据的第一输入接口、用于接收另外的传感器数据的至少一个第二输入接口并且具有输出接口，其中，所述分析处理电路布置在所述载体元件上并且构造成用于将所述空气质量数据和所述另外的传感器数据作为捆绑的(gebündelten)传感器数据通过输出接口提供。
所述空气质量测量装置例如可以用于获知输入该车辆内燃发动机的空气质量。所述空气质量测量装置例如可以实施为所谓集成式压力和湿度传感器。由分析处理电路在输出接口上提供的数据例如可以被车辆的控制器接收并且进一步处理。所述载体元件可以成型为用于布置在壳体的电子室内。所述另外的传感器可以构造成用于感测由空气质量传感器感测其质量的空气的其它物理参量。所述分析处理电路可以实施为集成电路。所述至少一个传感器可以包括用于调理所感测的传感器值的信号调理装置并且构造成用于将传感器数据作为经调理的数据传送给分析处理电路。所述分析处理电路可以构造成用于将通过输入接口接收的数据按照输出接口的传输协议捆绑(bündeln)成捆绑的传感器数据。捆绑的数据例如可以同时或者在时间上错开地在输出接口上提供。
按照一实施方式，所述空气质量测量装置可以具有空气湿度传感器并且附加地或替代地具有压力传感器作为所述至少一个另外的传感器。通过这种方式可以与空气质量一起感测空气湿度以及空气压力。
所述空气质量测量装置可以附加或替代地具有温度传感器。该温度传感器可以通过载体元件的传感器接口与载体元件连接。由此，所述温度传感器的温度计例如可以与载体元件相邻地布置。因此除了空气质量外也可以附加地感测空气温度。
所述分析处理电路可以具有用于接收由空气湿度传感器提供的空气湿度数据的第二输入接口、用于接收由压力传感器提供的压力数据的第三输入接口和用于接收由温度传感器提供的温度数据的第四输入接口。所述分析处理电路可以构造成用于通过输出接口捆绑地提供空气质量数据、空气湿度数据、压力数据和温度数据。在此无需装备所有在这里列举的传感器。通过这种方式给出大的灵活性。例如可以实现具有附加的温度测量、压力测量或湿度测量的不同功能变型。
所述分析处理电路的输出接口可以三芯地构成。通过输出接口的接头，分析处理电路例如可以与供电源并且与地连接。通过第三接头可以传输用于描述捆绑的传感器数据的信号电压。例如所述信号电压可以是振幅调制的或频率调制的信号。这种输出接口例如可以实施为SENT接口(Single Edge Nibble Transmission)。所述输出接口可以实施为数字接口，它能够实现例如到控制器的数字式信号传输。
所述载体元件可以具有传感器载体和电路板。所述空气质量传感器可以布置在传感器载体上。所述至少一个另外的传感器和所述分析处理电路可以布置在电路板上。所述空气质量传感器或传感器载体可以通过电导线与分析处理电路连接。所述电子模块可以具有基底元件，传感器载体和电路板固定在该基底元件上。这种基底元件例如可以是板材。所述基底元件、传感器载体和电路板可以刚性地相互连接。所述基底元件可以用于将电子模块固定在壳体上。为此，所述电子模块可以具有用于将电子模块固定在壳体上的固定接口。
所述分析处理电路和所述至少一个另外的传感器可以布置在电路板的同一侧上。这使得更容易装备电路板。
所述空气质量感测装置可以相应地包括壳体。该壳体可以具有电子室、用于导引气体的测量通道和电接头。所述电子模块可以布置在电子室内。所述空气质量传感器可以插入地布置在测量通道内。所述分析处理电路的输出接口可以通过电导线与电接头连接，用于将捆绑的传感器数据提供给电接头。所述接头可以是空气质量测量装置的外部接口。所述壳体例如可以实施为插接式探头壳体。通过测量通道可以引导要确定其质量的气体，例如空气。通过这种方式，所述空气质量测量装置可以是紧凑的单元。
用于车辆的空气质量测量系统具有已布置在或可布置在车辆的内燃发动机的进气管内的空气质量测量装置。在此所述空气质量测量装置通过电接头与车辆的控制器已连接或可连接。因此，上述空气质量测量装置有利地适合于在车辆内、例如在轿车内或在载重车内使用。
用于车辆的空气质量测量方法包括下列步骤：
通过布置在载体元件上的分析处理电路的第一输入接口接收空气质量数据，其中，所述空气质量数据代表由布置在载体元件上的空气质量传感器提供的数据；
通过分析处理电路的至少一个第二输入接口接收另外的传感器数据，其中，所述另外的传感器数代表由布置在载体元件上的至少一个另外的传感器提供的数据；和
将所述空气质量数据和所述另外的传感器数据作为捆绑的传感器数据通过分析处理电路的输出接口提供。
上述步骤可以有利地在使用上述空气质量测量装置的情况下实施。
附图说明
下面根据附图示例地详细解释本发明。附图示出：
图1具有空气质量测量装置的车辆的示意图；
图2空气质量测量装置的示意图；
图3空气质量测量装置的机构的视图；
图4空气质量测量装置的方框图；
图5空气质量测量方法的流程图。
在下面对本发明优选实施例的说明中，对于在不同附图中示出的作用类似的元件使用相同或类似的附图标记，其中，省去对这些元件的重复说明。
具体实施方式
图1示出具有按照本发明实施例的空气质量测量装置102的车辆100的示意图。车辆100具有内燃发动机104，通过空气通道106对该内燃发动机输入空气108。空气质量测量装置102布置在空气通道106内或旁，并且构造成应用感测代表空气108的空气质量的值并按照该实施例提供给车辆100的控制器110。
按照不同的实施例，空气质量测量装置102还可以构造成用于感测代表空气108的温度、压力和/或空气湿度的值并且与代表空气质量的值一起作为公共数据提供。
图2示出按照本发明实施例的空气质量测量装置102的示意图。空气质量测量装置102具有载体元件。该载体元件可以一体地构成，或者如图2所示包括传感器载体220和电路板222，它们机械地相互连接。
空气质量传感器224布置在传感器载体220上。在电路板222上布置有至少一个另外的传感器226和分析处理电路228。该另外的传感器226和分析处理电路228按照该实施例布置在电路板222的同一上侧面上。
空气质量传感器224构造成用于提供关于空气质量流238的空气质量数据。空气质量传感器224构造成用于将空气质量数据通过电导线提供给分析处理电路228。
该至少一个另外的传感器226构造成用于感测关于空气质量流236的其它传感器数据，例如空气质量流236的温度、空气湿度或压力，并且通过电导线提供给分析处理电路228。
按照该实施例，分析处理电路228对于每个传感器224，226具有一个用于接收传感器224，226各自的传感器数据的输入接口。分析处理电路228还具有输出接口。分析处理电路228构造成用于通过分开的接口接收空气质量传感器224的空气质量数据和至少一个另外的传感器226的另外的传感器数据，并且将其作为捆绑的传感器数据通过公共的输出接口提供。该输出接口例如可以具有一根导线或一对导线，通过它们不仅可以传输代表空气质量数据的信号，而且可以传输代表其它传感器数据的信号。为此，分析处理电路228可以构造成用于按照输出接口的传输协议将空气质量数据与另外的传感器数据相互组合。
按照一个实施例，空气质量测量装置102可被理解为电子模块，该电子模块可以布置在壳体240内。
替换地，空气质量测量装置102可以如图2所示理解为一模块，该模块具有带电子室的壳体240，在该电子室中布置有带有空气质量传感器224的传感器载体220和带有另外的传感器226以及分析处理电路228的电路板222。壳体240具有用于引导质量流238的测量通道242。空气质量传感器224可以布置成插入到测量通道242中。壳体240具有作为外部接口的电接头244，通过该外部接口可以使空气质量测量装置102例如与控制器连接。电接头244与分析处理电路228的输出接口通过电导线连接。通过电接头244引导的数据的传输协议可以符合输出接口的传输协议。
图3示出按照本发明一种实施例的空气质量测量装置102的机构的视图。按照该实施，空气质量测量装置102例如实施为插接式探头，尤其实施为插接式压力探头、插接式湿度探头和插接式温度探头。
示出了电子模块，它具有用于空气质量传感器的传感器载体220和带有分析处理电路228的电路板222，该电路板按照该实施例还带有两个另外的传感器226，326。分析处理电路228实施为分析处理IC。另外的传感器226例如实施为压力传感器，例如可钎焊的压力传感器，另外的传感器326实施为湿度传感器，该湿度传感器例如包括带有测量室湿度传感器的半透膜和湿度传感器。该电子模块还包括底部板材350。电路板222的背离传感器226，326和分析处理电路328的一侧放置在底部板材350的底部上。底部板材350具有两个对置的壁区域，它们与底部板材30的底部成直角地布置并且电路板222的沿着两个对置边缘。底部板材350的这些壁区域具有固定器件，例如通孔和/或卡锁钩，用于将底部板材350固定在空气质量测量装置102的壳体240上。传感器载体220突出于电路板222的没有被底部板材350的壁区域遮蔽的自由端部。传感器载体220相对于电路板222的自由端部大致居中地布置。传感器载体220大致是电路板222一半宽。传感器载体220的和电路板的主表面基本相互平行地定向。
壳体240具有用于接收电子模块的电子室。壳体240在邻接电子室处具有测量通道。测量通道由壳体240的测量通道区段并且由另一壳体件340成形出，该壳体件作为测量通道(旁路)盖安放在壳体240的测量通道区段上。测量通道具有多个弯曲，以引导气体穿过空气质量测量装置102的壳体。如果电子模块布置在电子室中，则传感器载体220伸入到测量通道内。通过这种方式，布置在传感器载体220上的空气质量传感器可以与被引导穿过测量通道的气体直接接触。
电子室可以用另一盖遮盖。在此可以是电子室盖。通过电子室盖可以相对于环境遮盖压力传感器326和湿度传感器356的连接部。
壳体240具有导体梳352。导体梳352具有多个电导体轨。通过导体梳352可以使电路板222以及尤其是分析处理电路228与空气质量测量装置102的布置在壳体240上的电接头连接。
在壳体240上可以布置有环绕的密封环354。如果空气质量测量装置102例如以壳体240的具有测量通道的区段向前插入空气通道106内，则空气通道的外壁被密封环354密封，空气质量测量装置102穿过该外壁。在此，空气质量测量装置102的接头可以布置在空气通道之外。
按照该实施例，空气质量测量装置102具有呈温度计356形式的另一传感器。温度计356例如可以与电路板222相邻地布置。温度计356的接头可以通过导体梳352接通。
传感器226，326，356可以称为传感器卫星。
按照一种实施例，空气质量测量装置102实施为空气质量传感器102，在具有数字式SENT接口的插接式探头内集成有压力传感器和湿度传感器226，326。
在空气质量传感器102(集成式压力和湿度传感器)中，除了空气质量和吸入空气温度外还在湿度传感器326上获知其它测量参量，如压力、相对湿度和温度。用于压力、空气质量、湿度和温度的各个传感器226，326，356相互独立地工作。各个测量参量分别通过独立的导线传送给分析处理电路228。由于分析处理电路228的公共输出接口，在空气质量传感器102的壳体240上不需要8极插头，而是例如3极插头作为接头就足够了。此外不需要在插接式探头的正面和背面设置两个电子室，而是唯一一个电子室就足够了。在公共的电子室内不仅存在用于空气质量测量的电子装置，而且存在用于压力测量和湿度测量的电子装置。用于空气质量测量的电子装置以及压力传感器226和湿度模块356的装配可以在一条生产线上进行。
该空气质量传感器例如可以实施为微机械传感器。
所述方案使得能够实现灵活地、成本有利地将压力和湿度传感装置226，326与仅一个分析处理电路228集成，并且通过信号导线将测量数据例如传送给控制器。
通过将压力和湿度传感器226，326集成在空气质量测量装置102的电子模块上可以完全省去迄今为装配压力传感器226和湿度模块326所必需的生产线。同时可以明显减少必要构件的数量。这例如涉及去掉用于湿度模块326的另一电路板或去掉微控制器。去掉第二电子室使得能够使用更小的插接式探头壳体240，其具有减小的外部尺寸和例如在压力降方面更好的功能。
通过将传感器卫星226，326，556连接到空气质量测量装置(HFM)102的分析处理IC228上，可以通过一根信号导线将所有传感器信号发送给控制器。由此，通过将空气质量测量装置102的接头的插脚数量例如从8个减少到3个，能够明显降低例如用于车辆电缆束的成本。
空气质量测量装置102(压力，温度，湿度)具有电子室。电子室用于接收电子模块。电子模块由带有注塑上的传感器载体220的底部板材350组成。传感器载体220用于接收用于空气质量测量的传感器。在底部板材350上装配有所装备的电路板222。按照一种实施例，借助细丝键合进行电路板222与用于空气质量测量的传感器的连接。除了温度计356以外的所有电元件226，228，326通过标准SMD工艺装备在电路板222上并钎焊。该装备多联地、即同时在多个电路板222上进行。通过SMD装备工艺可以实现相对简单且成本有利的变型，例如没有压力传感器226。
湿度传感器326放置在所谓测量室内，该测量室的开口用半透膜封闭。该半透膜对于湿气是可透过的，但是同时保护湿度传感器326免受侵入的水和污物。
压力和湿度传感器226，326作为电路板222上的独立传感器工作。即，在各个传感器226，326自身内进行测量和信号调理。温度计356通过导体梳352和处于导体梳352与电路板222之间的粗丝键合连接而附接到空气质量测量装置102的分析处理电路228上。
通过利用数字SENT接口，可以通过一根信号导线将所有传感器信号发送给控制器。为此用于压力、温度和湿度的附加传感器226，326，356作为卫星连接到空气质量测量装置102的分析处理IC228上，如在图4中所示。该分析处理IC228收集测量数据，调理测量数据并且通过SENT接口例如传送给控制器。
图4示出按照本发明实施例的空气质量测量装置102的方框图。尤其示出如例如借助图3所示的那样的传感器卫星226，326，356在分析处理电路228上的连接。
传感器卫星如借助图3说明的那样可以是湿度传感器426、压力传感器226和温度传感器356。
按照该实施例，湿度传感器426具有一个接往供电源(VSupply)460的接头、一个接往地(GND)462的接头和两个用于连接湿度传感器426与分析处理电路228的第一输入接口464的双向接头。湿度传感器426按照该实施例通过串联的数据总线与分析处理电路228连接。第一输入接口464按照该实施例实施为I2C接口(Inter Integrated Circuit)。
按照该实施例，压力传感器226具有一个接往供电源(VSupply)460的接头、一个用于地(GND)462的接头和四个用于连接压力传感器226与分析处理电路228的第二输入接口466的双向接头。压力传感器226按照该实施例通过同步串联的数据总线与分析处理电路228连接。第二输入接口466按照该实施例实施为SPI接口(Serial PeripheralInterface)。
按照该实施例，温度传感器356具有用于连接温度传感器356与分析处理电路228的第三输入接口468的接头。温度传感器356按照该实施例通过类似的接头与分析处理电路228连接。第三输入接口468按照该实施例实施为模拟-数字转换器。
分析处理电路228按照该实施例以ASIC形式的集成分析处理电路实现。该分析处理电路具有第一输出接口471和第二输出接口472。第一输出接口471按照该实施例实施为SENT接口或者频率接口。第二输出接口473按照该实施例实施为频率接口。
按照一实施例，分析处理电路228构造成用于组合通过输入接口446，466，468接收的传感器数据和可选择地附加组合可以通过另一输入接口与分析处理电路228耦合的空气质量传感器224的传感器数据，并且通过实施为公共接口的第一输出接口输出这些传感器数据。
图5示出按照本发明实施例的空气质量测量方法的流程图。该方法例如可以在使用如前面所述附图中所示的空气质量测量装置的情况下实施。
在步骤581中，空气质量数据通过布置在载体元件上的分析处理电路的第一输入接口接收。空气质量数据可以由布置在载体元件上的空气质量传感器提供。
在步骤583中，其它传感器数据通过分析处理电路的至少一个第二输入接口接收。这些其它传感器数据可以由至少一个布置在载体元件上的其它传感器提供。
在步骤585中，捆绑的传感器数据通过分析处理电路的输出接口输出或提供。捆绑的传感器数据不仅包括空气质量数据，而且包括其它传感器数据。空气质量数据以及其它传感器数据在接收后可以通过分析处理电路中间存储，以便能够将它们整合到输出接口的传输协议中。
所说明的并且在附图中示出的实施例仅是示例性选择的。不同的实施例可以完全或者就个别特征而相互组合。一个实施例也可以通过另一实施例的特征来补充。
本发明方法步骤还可以重复地以及按照不同于所说明的顺序地实施。
如果一个实施例在第一特征与第二特征之间包括连词“和/或”，则这应解读为，该实施例按照一种实施方式既具有第一特征也具有第二特征，而按照另一实施方式或者仅具有第一特征、或者仅具有第二特征。

Claims (10)

1.用于车辆(100)的空气质量测量装置(102)，具有下列特征：
载体元件(220，222)；
用于提供空气质量数据的空气质量传感器(224)，其中，该空气质量传感器(224)布置在所述载体元件(220，222)上；
用于提供另外的传感器数据的至少一个另外的传感器(226，326)，其中，该至少一个另外的传感器(226，326)布置在所述载体元件(220，222)上；和
分析处理电路(228)，该分析处理电路具有用于接收空气质量数据的第一输入接口、用于接收另外的传感器数据的至少一个第二输入接口(464，466)并且具有输出接口(471)，其中，所述分析处理电路(228)布置在所述载体元件(220，222)上并且构造成用于将所述空气质量数据和所述另外的传感器数据作为捆绑的传感器数据通过所述输出接口(471)提供。
2.如权利要求1所述的空气质量测量装置(102)，其中，所述空气质量测量装置具有空气湿度传感器和/或压力传感器作为所述至少一个另外的传感器(226，326)。
3.如权利要求1或2所述的空气质量测量装置(102)，其中，所述空气质量测量装置具有温度传感器(256)，该温度传感器通过所述载体元件(220，222)的传感器接口与所述载体元件(220，222)连接。
4.如上述权利要求中任一项所述的空气质量测量装置(102)，其中，所述分析处理电路(228)具有用于接收由空气湿度传感器(426)提供的空气湿度数据的第二输入接口(464)、用于接收由压力传感器(226)提供的压力数据的第三输入接口(466)和用于接收由温度传感器(356)提供的温度数据的第四输入接口(468)，并且，所述分析处理电路(228)构造成用于通过所述输出接口(471)捆绑地提供所述空气质量数据、所述空气湿度数据、所述压力数据和所述温度数据。
5.如上述权利要求中任一项所述的空气质量测量装置(102)，其中，所述分析处理电路(228)的输出接口(471)三芯地构成。
6.如上述权利要求中任一项所述的空气质量测量装置(102)，其中，所述载体元件(220，222)具有传感器载体(220)和电路板(222)，所述空气质量传感器(224)布置在所述传感器载体(220)上并且所述至少一个另外的传感器(226，326)和所述分析处理电路(228)布置在电路板(222)上。
7.如权利要求6所述的空气质量测量装置(102)，其中，所述分析处理电路(228)和所述至少一个另外的传感器(226，326)布置在所述电路板(222)的同一侧上。
8.如上述权利要求中任一项所述的空气质量感测装置(102)，其中，该空气质量感测装置具有壳体(240，340)，该壳体具有电子室、具有用于导引气体的测量通道(242)以及具有电接头(244)，其中，所述载体元件(220，222)布置在所述电子室内，所述空气质量传感器(224)插入地布置在所述测量通道(242)内并且所述输出接口(471)通过电导线与所述电接头(244)连接，用于将捆绑的传感器数据提供给电接头(244)。
9.用于车辆(100)的空气质量测量系统，该空气质量测量系统具有已布置在或可布置在车辆(100)的内燃发动机(104)的进气管(106)中的、按照权利要求8所述的空气质量测量装置(102)，其中，所述空气质量测量装置(102)通过电接头(471)与车辆(100)的控制器(110)已连接或可连接。
10.用于车辆(100)的空气质量测量方法，该方法包括下列步骤：
通过布置在载体元件(220，222)上的分析处理电路(228)的第一输入接口接收(581)空气质量数据，其中，所述空气质量数据代表由布置在所述载体元件(220，222)上的空气质量传感器(224)提供的数据；
通过分析处理电路(228)的至少一个第二输入接口(464，466)接收(583)另外的传感器数据，其中，所述另外的传感器数代表由布置在载体元件(220，222)上的至少一个另外的传感器(226，326)提供的数据；和
将所述空气质量数据和所述另外的传感器数据作为捆绑的传感器数据通过分析处理电路(228)的输出接口(471)提供(585)。
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