CN107107819B - 用于使用被放置于方向盘内部的测力传感器来生成喇叭启动信号的方法以及用于实现该方法的设备 - Google Patents

用于使用被放置于方向盘内部的测力传感器来生成喇叭启动信号的方法以及用于实现该方法的设备 Download PDF

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Abstract

描述了用于生成喇叭启动信号的方法和装置。测力传感器(20，20’)被放置在方向盘内部，所述测力传感器(20，20’)在由于方向盘的力传递部件而受到压力和/或产生形变时改变其欧姆电阻，以使得所述测力传感器(20,20’)在外力施加到所述力传递部件(14，14’)时改变其欧姆电阻。取决于所述测力传感器(20，20’)的欧姆电阻的实际电压(Va)被持续测量，所述喇叭启动信号基于该实际电压(Va)的测量而生成。为了使喇叭启动更加可信，该实际电压(Va)除了取决于所述测力传感器(20，20’)的欧姆电阻，还取决于由可调节电压生成装置(34)生成的可调节电压(Vad)。另外，所述实际电压(Va)的测量结果持续地与限定值进行比较，并且该可调节电压(Vad)响应于该实际电压(Va)的测量结果和该限定值之间的差值而持续调节，至少只要没有喇叭启动信号生成就持续调节，因此生成了对于该实际电压(Va)的闭合电路。

Description

用于使用被放置于方向盘内部的测力传感器来生成喇叭启动 信号的方法以及用于实现该方法的设备
技术领域
本发明涉及一种用于使用被放置于方向盘内部的测力传感器来生成喇叭启动信号的方法，以及一种用于实现该方法的设备。
背景技术
在几乎每辆轿车、公共汽车或卡车的方向盘中，定位有喇叭开关。出于这一目的，方向盘的活动部件被保持在方向盘的非活动部件上，以使得其能够被压下以对抗弹簧的力。该非移动部件通常是所谓的方向盘体而该移动部件通常是气囊模块的一部分，例如该模块的壳体(称作浮动模块概念)或是该气囊模块的盖(称作浮动盖概念)。通常具有多于一个喇叭开关，但出于简明的目的，下文中参考仅一个这样的喇叭开关。
在最简单的情况下，喇叭开关由在方向盘的静止部件上的接触件和在方向盘的活动部件上的匹配的接触件构成。只要不对移动部件施加力，则所述接触件通过弹簧与另一个接触件彼此分离。如果移动部件被压下以对抗所述弹簧的力，则两个接触件彼此接触并闭合引起喇叭启动的电路。这一设计的一个缺陷在于，接触件可能经受机械损耗或电损耗。
通用EP 2 326 534 B1建议在方向盘的喇叭开关中使用测力计形式的测力传感器。测力传感器是响应于施加在其上的机械压力而改变其欧姆电阻的电阻器。测力计是测力传感器的一个示例。在EP 2 326 534 B1中描述的方向盘中，测力计被置于方向盘的静止部件和方向盘的力传递部件，也就是活动部件之间，以使得测力计在活动部件被向下压到静止部件上时受到压力。测力计的电阻的变化能够被测量，该测量的结果能够被用于生成喇叭启动信号。为了响应于测力计的电阻改变而生成喇叭启动信号，需要例如以控制和评估单元形式的电子电路。
通用EP 2 326 534 B1中，测力计的电阻通过使用惠斯通电桥(Wheatstonebridge)来测量，而测力计是所述惠斯通电桥的一部分。在车辆启动(以及喇叭未压下)时，控制和评估单元测量测力计在基础状态(未受到应力)的电阻并且由该电压计算零值。测力计的电阻持续地通过测量实际电压来确定，而该实际电压与该零值进行比较。测量出的改变被解释，并由此得到喇叭启动信号。
发明内容
从现有技术开始，本发明的任务在于提供用于使用测力传感器来生成喇叭启动信号的增强的方法。特别地，本发明的任务在于提供更加可靠的喇叭启动信号并使其能够使用低成本的标准电子元件。
这一任务通过下面的方法以及设备来解决。所述方法是用于使用放置在方向盘内的测力传感器来生成喇叭启动信号的方法，所述测力传感器在由于方向盘的力传递部件而受到压力和/或产生形变时改变其欧姆电阻，以使得所述测力传感器在外力施加在所述力传递部件时改变其欧姆电阻，所述方法包括取决于所述测力传感器的欧姆电阻而对实际电压Va的持续测量以及基于对实际电压Va的测量来生成所述喇叭启动信号，除了所述测力传感器的欧姆电阻，所述实际电压Va还取决于由可调节电压生成装置生成的可调节电压Vad，所述可调节电压生成装置包括微控制器的脉冲宽度调制(PWM)输出端和对PWM信号进行整平的滤波器；所述实际电压Va的测量结果持续地与限定值进行比较，以及所述可调节电压Vad响应于所述实际电压Va的测量结果和所述限定值之间的差值来持续地调节，至少只要没有喇叭启动信号生成就持续该调节，因此生成了所述实际电压Va的闭合电路。所述设备包括：测力传感器，所述测力传感器被放置在方向盘内部，并在外力施加到力传递部件时受到压力和/或产生形变，以使得所述测力传感器在外力施加到所述力传递部件时改变其欧姆电阻；测量装置，所述测量装置用于取决于所述测力传感器的欧姆电阻来持续地或周期性地测量实际电压Va以及喇叭启动检测装置，所述喇叭启动检测装置48用于基于所述实际电压Va的测量来生成所述喇叭启动信号。所述设备还包括：可调节电压生成装置，所述可调节电压生成装置用于生成和供应可调节电压Vad，以使得所述实际电压Va除了取决于所述测力传感器的欧姆电阻，还取决于所述可调节电压Vad；电压校正装置，所述电压校正装置连接到所述测量装置以用于测量所述实际电压Va，以及连接到所述可调节电压生成装置，以使得所述可调节电压Vad响应于所述实际电压Va的测量结果和限定值之间的差值来持续地调节，至少只要没有喇叭启动信号生成就持续该调节，因此出现了所述实际电压Va的闭合电路。
已经发现—至少只要使用低成本的标准电子和电气部件，特别是测力传感器——在车辆启动时单体校准通常对于以可靠方式来生成喇叭信号是不够的。因此，根据本发明，建议通过闭合回路的方式来持续地校准该系统。这通过以下测量来实现：提供由可调节电压生成装置生成的可调节电压，以使得实际电压除了取决于测力传感器的欧姆电阻还另外取决于该可调节电压。该实际电压测量结果持续地与限定值进行比较，其中“持续地”在大多数情况下意味着具有一定的频率。响应于实际电压的测量结果和限定值之间的差值，可调节电压被持续地调节，以使得至少只要没有生成喇叭启动信号，则生成对于该实际电压的闭合回路并且采用恒定校准。
通过持续校准的方式，环境参数的改变，特别是热漂移的改变能够被补偿。该方法使用价格低的标准电子部件来工作。
优选地，在“常规”模式开始之前，运行初始化。在初始化期间，搜索实际电压的启动值并优选地不激活喇叭启动信号的生成。
由于在力传递部件作用在测力传感器上时实际电压能够具有相当大的变化，因此优选地，在检测到喇叭激活时，中断对实际电压的持续调节。
本发明的另一优选实施方式在其他附属权利要求中限定，并跟随在下文中参照附图进行描述的优选实施方式。
附图说明
本发明现在参照附图通过优选实施方式来进行详细的解释。
附图示出了以下内容：
图1示出了包括喇叭开关的方向盘的部分的示意图和对于该喇叭开关的电路的示意表示。
图2是在该方向盘的移动部件被向下压至静止部件时的在图1中示出的内容，
图3是根据图1的表示的替选实施方式，
图4是在根据图2的状态中的在图3中示出的内容，
图5是用于基于作为喇叭开关的一部分的测力传感器的欧姆电阻来生成喇叭启动信号的电子器件的另一个示意性但更加详细的表示。
具体实施方式
图1示出了包括喇叭开关的方向盘的一部分的非常示意性的表示，以及对于该喇叭开关的电子器件的非常示意性的表示。该方向盘包括可以是方向盘体的一部分的静止部件10，以及形式为活动部件14’的力传递部件14，该力传递部件14被保持在方向盘的静止部件10上并通过弹簧18连接到方向盘的静止部件10。活动部件14’特别地能够是气囊模块的一部分，例如是气囊模块的壳体或是气囊模块的盖。提供喇叭开关以使得能够在方向盘的移动部被压下时生成喇叭启动信号。该喇叭开关包括固定到方向盘的静止部件10的测力计20’形式的测力传感器20以及从活动部件14’延伸出的支柱16，以使得在该活动部件14’被向下压时，该支柱作用在测力计20’上并且该测力计被拉伸，因此其欧姆电阻增加(图2)。当然也可以选择其他机械结构，例如测力计20’可以被固定在活动部14’上，或者测力计能够在静止部件10和活动部件14’之间延伸。唯一不变的是在活动部件14’向下压以使得改变其欧姆电阻时，该测力计20受到应力(在变形的图1和图2的示例中)。因此在图1和图2中示出的机械布局仅仅是一个示例。
图3和图4示出了一个示例，其中，力传递部14不需要是可移动的并且不需要弹簧。本文中，测力传感器20是恒定地与以下二者直接接触的：静止部件10和力传递部件14。静止部件10和力传递部件14能够至少部分地与彼此直接连接，如图3所示，以使静止部件10和力传递部件14之间不需要间隙。当在测力传感器的区域对力传递部件14施加推力时(图4)，该力通过力传递部件14而传递到测力传感器20以使得测力传感器20受到压迫，其欧姆电阻改变。在负载传递期间，负载传递部件14能够轻微地弹性形变。
测力传感器20电连接到电子电路，该电子电路能够被看作包括恒定电压源30以及控制和评估单元，该控制和评估单元具有用于喇叭启动信号的输出端48a。实际上，如图5所示，大多数控制和评估单元以及恒定电压源可以是微控制器60的一部分。但基本上，该控制和评估单元还可能被设计成离散元件，但仍应强调，更优选使用微控制器。虽然功能性元件被至少部分地集成在微控制器中，然而出于语义清晰的原因，功能性元件在图5中和对其的描述中被称作“单元”。但是由于该“单元”不需要是物理单元，因此在权利要求中使用了更通用的术语“装置”。
参照图5，描述了电子器件(基本上意味着控制和评估单元)的一个优选实施方式。如已经提及的那样，大多数组件可以被集成在微控制器60中，但为了解释该电子电路，示出为离散单元，虽然其中大部分是前述微控制器60的一部分。
第一，恒定电压源30通过电阻器32被连接到测力传感器20，该电阻器例如能够具有10kΩ的电阻。测力传感器20被连接到电阻器32并且接地，其例如在基础状态能够具有例如480Ω的欧姆电阻。测力传感器20和第一电阻器32之间的电压被供应到微分电路40。该电压被称作原始电压Vr，因为该电压仅取决于恒定电压、电阻器32的电阻和测力传感器20的电阻。该微分电路40的另一个输入端被连接到可调节电压生成装置34，其输出电压表示为可调节电压Va。该可调节电压生成装置34基本上是数模(A/D)转换器，在示出的实施方式中，其包括微控制器60的脉冲宽度调制(PWM)输出端36和对PWM信号进行整平的滤波器38。这种类型的可调节电压的生成在本领域是已知的。
微分电路40或是从可调节电压Vad减去原始电压Vr，或是相反，从原始电压Vr中减去可调节电压Vad，以使得该微分电路40的输出电压是上述两个电压之间的差值。该电压被称作实际电压Va。在描述的实施方式中，从可调节电压Vad中减去原始电压Vr。该实际电压Va通过放大单元来放大，该放大单元在本实施方式中由两个运算放大器42和44构成。该放大单元的输出电压称作放大的实际电压Vamp，其是实际电压Va的直接函数，该输出电压被馈送到模数(A/D)转换器46。因此，放大单元和A/D转换器形成用于测量实际电压Va的测量单元(或装置)。该A/D转换器的数字输出信号代表对实际电压的测量结果。该A/D转换器46的数字输出被连接到喇叭启动检测单元48以及电压矫正单元50。喇叭启动单元48具有用于输出喇叭激活信号的输出端48a，电压矫正单元50具有连接到可调节电压生成装置34的输出端.另外，喇叭启动检测单元48和第一电压矫正单元50能够被双向地彼此连接。
所述电路的操作模式如下所述：
存在两个操作模式，即非持续初始化模式和持续操作模式，非持续初始化模式例如能够在每次车辆启动时执行，而持续操作模式则在初始化模式完成后，在驾驶车辆期间执行。首先，描述初始化模式：
该初始化模式的目的在于调整可调节电压Vad，以使得实际电压Va(或者相应地，放大的第一电压Vamp)被调节以使得对该实际电压的测量结果(也就是数字输出)在限定值附近的区间内。更进一步的解释是，假设微分电路40从可调节电压Vad减去原始电压Vr，以使得实际电压Va是正数，只要可调节电压Vad的值增加原始电压Vr的值。
当初始化模式开始后，可调节电压生成装置34生成可调节电压Vad的起始电压。在所描述的实施方式中，该起始电压是被选择的以使得该电压确定高于原始电压Vr，因此生成正的实际电压Va。该实际电压Va经由放大单元来放大，该放大的实际电压Vamp被馈送到A/D转换器46。来自该A/D转换器的数字信号对应于实际电压Va的测量结果，该数字信号被馈送到电压矫正单元50并与限定值进行比较，该限定值对应于设定电压。在下文中，由于含义相同，“将实际电压与设定电压进行比较”和“将实际电压的测量结果与限定值进行比较”是可互换地使用的。如果发现该实际电压高于该设定电压，则第一电压矫正单元50以使可调节电压Vad下降得方式控制可调节电压生成装置34。在示出的实施方式中，这意味着由微控制器的输出端输出的脉冲宽度降低。因此，生成新的实际电压Va并且将该新的实际电压Va与设定电压进行比较。如果发现该实际电压低于该设定电压，则电压矫正单元50控制可调节电压生成装置以使得可调节电压Vad上升(意味着PWM输出的脉冲宽度通过一个或若干个步骤上升)，如果发现该实际电压高于该设定电压，则第一电压校正单元50控制可调节电压生成装置34以使得可调节电压Vad下降(意味着PWM输出的脉冲宽度通过一个或若干个步骤下降)，等等。该可调节电压Vad的调节通过例如几千Hz的限定频率来执行。该频率必须与PWM信号的频率区别开，通常要高至少一个数量级。
该初始化模式运行直到对实际电压的测量结果稳定在限定值附近的区间内(换言之：直到实际电压Va稳定地达到所期待的设定电压附近的区间内的值)。在初始化模式期间，优选地是：由电压校正单元50执行的调节开始于大的区间，然后每一轮将前一个区间砍掉一半。这导致快速找到所寻找的实际电压。在初始化模式期间，喇叭启动检测单元48不激活。
在初始化模式完成后，该系统切换到持续操作模式。在该模式期间，系统继续如上所述通过闭合回路将实际电压Va调节到期待的设定电压。在持续操作模式期间，优选的是：由电压校正单元50实现的该调节以例如一个PWM步骤的恒定区间来实现。在替选实施方式中，该区间的大小能够取决于实际电压Va和设定电压之间的测量出的差值来改变。因此，由于例如温度的改变而发生的测力传感器20的基础电阻的改变得到补偿。当喇叭启动检测单元48检测到意味着驾驶员启动喇叭的实际电压Va的改变时，其通过其输出端口48a来发送出喇叭启动信号。另外，其停止闭合环路调节，因此可调节电压Vad保持恒定以使得该系统不尝试将实际电压Va调节至设定电压，只要测力传感器20由于方向盘的力传递部件下压而受到压力。一旦该喇叭启动检测单元48发现喇叭启动结束，则闭合环路调节再次开始。可以被喇叭启动检测单元48判断为喇叭启动的典型事件可以是实际电压的快速改变并且该改变具有至少一个预设时间段的持续时间，例如半秒。
在初始化期间的采样率(即可调节电压Vad被调节的频率)可能高于在持续操作期间的采样率。
在方向盘集成测试中，该系统可以(通过阈值参数限定)在灵敏度方面进行调节。
由于该实际电压被初始地和持续地进行调节，因此该系统是对环境温度的变化和部件的系列偏差不敏感的。
参考标号列表
10 方向盘的静止部件
12 测力计的固定部件
14 力传递部件
14’ 方向盘的移动部件
16 支柱
18 弹簧
20 测力传感器
20’ 测力计
30 恒定电压源
32 第一电阻器
34 可调节电压生成装置
36 微控制器的PMM输出端
38 滤波器
40 微分电路
42 第一运算放大器
44 第二运算放大器
46 A/D转换器
48 喇叭启动检测单元
48a 喇叭启动检测单元的输出端
50 电压校正单元
60 微控制器
Vr 原始电压
Vad 可调节电压
Va 实际电压
Vamp 放大的实际电压

Claims (7)

1.用于使用放置在方向盘内的测力传感器(20,20’)来生成喇叭启动信号的方法，所述测力传感器(20,20’)在由于方向盘的力传递部件(14,14’)而受到压力和/或产生形变时改变其欧姆电阻，以使得所述测力传感器(20,20’)在外力施加在所述力传递部件(14,14’)时改变其欧姆电阻，
所述方法包括取决于所述测力传感器(20,20’)的欧姆电阻而对实际电压(Va)的持续测量以及
基于对实际电压(Va)的测量来生成所述喇叭启动信号，
其特征在于，
除了所述测力传感器(20,20’)的欧姆电阻，所述实际电压(Va)还取决于由可调节电压生成装置(34)生成的可调节电压(Vad)，所述可调节电压生成装置(34)包括微控制器(60)的脉冲宽度调制(PWM)输出端(36)和对PWM信号进行整平的滤波器(38)，
所述实际电压(Va)的测量结果持续地与限定值进行比较，以及
所述可调节电压(Vad)响应于所述实际电压(Va)的测量结果和所述限定值之间的差值来持续地调节，至少只要没有喇叭启动信号生成就持续该调节，
因此生成了所述实际电压(Va)的闭合电路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
恒定电压至少间接地馈送到所述测力传感器(20,20’)，以使得生成原始电压(Vr)，所述原始电压(Vr)取决于所述恒定电压以及所述测力传感器(20,20’)的欧姆电阻但不取决于所述可调节电压生成装置(34)的所述可调节电压(Vad)，以及
所述实际电压(Va)是所述可调节电压(Vad)和所述原始电压(Vr)之间的差值，或是所述可调节电压(Vad)和所述原始电压(Vr)之间的差值的函数的电压。
3.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，测量所述实际电压(Va)的步骤包括通过A/D转换器(46)的模数转换。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述A/D转换器(46)的输出信号被用于生成所述喇叭启动信号和调节由所述可调节电压生成装置(34)生成的所述可调节电压(Vad)。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在持续模式之前进行的初始化模式期间，所述喇叭启动信号的生成是不可用的。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在喇叭启动信号生成的时间期间，所述可调节电压(Vad)的持续调节是不可用的。
7.用于实现根据权利要求1至6中的一项所述的方法的设备，包括：
测力传感器(20,20’)，所述测力传感器(20,20’)被放置在方向盘内部，并在外力施加到力传递部件(14,14’)时受到压力和/或产生形变，以使得所述测力传感器(20,20’)在外力施加到所述力传递部件(14,14’)时改变其欧姆电阻，
测量装置，所述测量装置用于取决于所述测力传感器(20)的欧姆电阻来持续地或周期性地测量实际电压(Va)以及
喇叭启动检测装置(48)，所述喇叭启动检测装置(48)用于基于所述实际电压(Va)的测量来生成所述喇叭启动信号，
其特征在于，所述设备还包括：
可调节电压生成装置(34)，所述可调节电压生成装置(34)用于生成和供应可调节电压(Vad)，以使得所述实际电压(Va)除了取决于所述测力传感器(20)的欧姆电阻，还取决于所述可调节电压(Vad)，
电压校正装置(50)，所述电压校正装置(50)连接到所述测量装置以用于测量所述实际电压(Va)，以及连接到所述可调节电压生成装置(34)，以使得所述可调节电压(Vad)响应于所述实际电压(Va)的测量结果和限定值之间的差值来持续地调节，至少只要没有喇叭启动信号生成就持续该调节，
因此出现了所述实际电压(Va)的闭合电路。
CN201580068648.5A 2014-12-16 2015-12-09 用于使用被放置于方向盘内部的测力传感器来生成喇叭启动信号的方法以及用于实现该方法的设备 Active CN107107819B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

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