CN110622037A - 用于发射信号和接收所反射的回波信号的传感器以及包括控制设备和该传感器的系统 - Google Patents
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Abstract
一种传感器(10)，其包括至少一个换能器(12)、模拟/数字转换器(22)、分析处理单元(30)和通信单元(40)，至少一个换能器用于发射信号和接收所反射的回波信号，所述换能器设置用于输出模拟测量信号(101)，模拟/数字转换器用于将模拟测量信号(101，102)转换成数字测量信号(104)，分析处理单元用于对所述数字测量信号(104)进行分析处理，所述通信单元用于通过数字通信接口传输所述分析处理的测量结果(110)，其中，所述通信单元(40)设置用于通过数字通信接口(50)接收对于诊断数据(54)的请求(52)，所述通信单元还设置用于将所述传感器(10)切换到诊断运行中并通过数字通信接口传输所请求的诊断数据(54)，其特征在于，所述通信单元(40)设置用于通过数字通信接口以至少两个不同的数据速率进行通信，其中，为了传输诊断数据(54)所使用的数据速率高于为了在所述传感器(10)的正常运行中传输所述测量结果(110)所使用的数据速率。本发明的另一方面涉及一种系统，所述系统包括控制设备和所描述的至少一个传感器(10)。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，该传感器包括：至少一个换能器，其用于发射信号并且用于接收所反射的回波信号，该换能器设置用于输出模拟测量信号；模拟/数字转换器，其用于将模拟测量信号转换成数字测量信号；分析处理单元，其用于对数字测量信号进行分析处理；通信单元，其用于通过数字通信接口传输分析处理的结果。本发明的另一方面涉及一种包括控制设备和这种传感器的系统，其中，控制设备和至少一个传感器通过数字通信接口彼此保持连接。
背景技术
现代车辆具有多个传感器，通过这些传感器可以获得关于车辆的周围环境的信息。为了确保依赖于所获得的数据的车辆系统能够安全运行，期望的是：在将所使用的传感器安装到车辆中之后也能够检查这些传感器。
由DE 10 2011 121 092 A1已知一种用于机动车的超声传感器，该超声传感器配备有到机动车的数据线路的通信连接端。该传感器能够切换到测试模式中，并且该传感器设置用于在测试模式中在绕开常见通信单元的情况下将测试信号输出给通信连接端。在此充分利用以下事实：超声传感器具有多个内部端口(即所谓的调试端口)，可以通过这些端口在生产中截取传感器的不同信号，所述不同的信号包括：所存储的阈值曲线、传感器的接收信号或接收增益特性。这些端口在传感器内部可用，使得在已安装状态中，在不损坏这些传感器的情况下不再能访问所述端口。通过传感器的通信连接端在不转换为通信协议的情况下输出测试信号。
现有技术中已知的解决方案需要提供其他的诊断技术来检查传感器，以便对由传感器在测试模式中输出的模拟信号进行分析处理。
发明内容
提出一种传感器，该传感器包括至少一个换能器，其用于发射信号并且用于接收所反射的回波信号，其中，该换能器设置用于输出模拟测量信号。该传感器还包括：模拟/数字转换器，其用于将模拟测量信号转换成数字测量信号；分析处理单元，其用于对数字测量信号进行分析处理；通信单元，其用于通过数字通信接口传输由分析处理单元产生的测量结果。该通信单元设置用于通过数字通信接口接收对诊断数据的请求，并且该通信单元还设置用于将传感器切换到诊断运行中并且用于通过数字通信接口传输所请求的诊断数据。在此，通信单元设置用于通过数字通信接口以至少两个不同的数据速率进行通信，其中，为了在传感器的诊断运行中传输诊断数据所使用的数据速率高于为了在传感器的正常运行中传输测量结果所使用的数据速率。
所提出的传感器除了包括换能器之外，还包括：为了操控该换能器所需的电子部件、为了分析处理所接收的测量信号而所需的电子部件，以及用于通过数字通信接口数字地传输测量结果的所需部件。这种数字通信接口例如实施为总线系统，其中，在结合车辆使用的情况下，例如通常使用LIN总线(本地互连网络)和CAN总线(控制器局域网)。对于这些数据总线，可以以不同的数据速率进行通信。
在传感器的正常运行中，通过数字通信接口仅传输测量结果。测量结果例如可以是如下值表：该值表说明，传感器在哪些距离处识别到对象或障碍物。与数字测量信号(该数字测量信号表示通过分析处理单元进行数字分析处理的起点)相比，该值表例如仅具有非常小的数据量，使得即使在低数据速率的情况下，也可以通过数字通信接口快速地完成对测量结果的传输。因此在正常运行中，不需要通信接口的以较高数据速率的运行，这种运行通常伴随着增加的能量需求和增加的易受干扰性。
在传感器的诊断运行中设置，根据需求选择诊断数据，并且通过数字通信接口来传输该诊断数据。由此，待通过数字通信接口传输的数据量显著增加。因此设置，在诊断运行中运行传感器时，以较高的数据速率运行数字通信接口。由此能够传输更多的数据量，和/或，能够更频繁地更新所传输的数据。
诊断数据优选包括数字测量信号。此外，附加地或替代地，诊断数据可以包括数字测量信号的包络线和/或数字测量信号的I/Q解调。数字测量信号是后续数字分析处理的起点，并且该数字测量信号表示对由传感器接收的信号的最早的数字可访问性。在没有模拟/数字转换器的情况下，由换能器直接提供的模拟测量信号不适用于通过数字通信接口传输。例如可以通过对数字测量信号进行整流和平滑来获得数字测量信号的包络线。
优选地，通过分析处理单元借助滤波器处理数字测量信号。优选地，诊断数据包括经滤波的数字测量信号。
优选地，分析处理单元设置用于使数字测量信号与参考信号相关，其中，产生经相关的信号。在这种情况下，诊断数据优选包括从以下各项选择的数据：参考信号、经相关的信号的幅度、参考信号与数字测量信号之间的相位位置的一致性的度量，或者这些数据中的至少两个的组合。
优选地，分析处理单元设置用于在数字测量信号中、在经相关的信号中或者在经滤波的数字测量信号中识别局部最大值，其中，诊断数据包括关于所识别的最大值的参数。这些参数例如从以下各项选择：所识别的最大值对应的幅度、相位、时间或者这些参数中的至少两个的组合。
诊断数据优选包括传感器参数。此外，通信单元优选设置用于接收配置数据并且根据配置数据来配置传感器参数。优选地，传感器数据从以下各项选择：增益曲线、阈值曲线、发送频率、发送波形、模拟/数字转换器的采样率、数字/模拟转换器的采样率、滤波器的参数或者这些传感器参数中的至少两个的组合。
增益曲线描述：在进行模拟/数字转换之前和/或之后，由转换器输出的模拟测量信号被怎样放大。在此，尤其可以设置如下模拟放大器：该模拟放大器在进行模拟/数字转换之前对由换能器输出的模拟测量信号进行放大。增益曲线尤其也可以是时间相关的。由此例如能够实现：所接收的回波随着自发射信号以来所经过的时间段被不同强度地放大。
例如可以将阈值曲线预给定作为标准，以便在所接收的回波信号中确定回波信号的如下分量：该分量来自所发射的信号在障碍物处的反射。在此尤其可以设置，在识别到数字测量信号的幅度高于阈值曲线时，可以推断出存在障碍物。在此尤其还可以设置：阈值曲线是时间相关的，即——通过阈值曲线预给定的阈值与自发射信号以来所经过的时间相关。
可以通过传感器参数(发送频率和/或发送波形)来影响通过换能器发射的信号。在此，可以任意地选择发送波形，其中，可以预给定正弦信号作为最简单的发送波形。在这种情况下，发送频率表示正弦信号的频率。
其他传感器参数可以涉及模拟/数字转换器的运行参数(尤其采样率)。采样率说明：通过模拟/数字转换器对模拟测量信号多频繁地采样，以便产生数字测量信号。
优选地，数字通信接口构型成CAN总线、PSI5(外围传感器接口5)接口、点对点连接，或LIN总线或LIN-总线。在此，尤其可以基于给出的总线类型中的一个来构造点对点连接。因此，传感器的通信单元设置用于通过相应的通信接口来进行通信。
例如，在将数字通信接口实施成CAN总线时，可以在正常运行中使用125kbit/s的低数据速率，并且可以使用1Mbit/s的增大的数据速率来传输诊断数据。
优选地，传感器构造成超声传感器或雷达传感器。如果传感器构造成超声传感器，则该换能器涉及声换能器，该声换能器设置用于发射声信号，并且相反地设置用于接收回波形式的声信号。
本发明的另一方面提供一种包括控制设备和至少一个传感器的系统。该传感器优选如所描述的那样构造，并且控制设备和至少一个传感器都通过数字通信接口彼此保持连接。在此，控制设备设置用于请求和分析处理至少一个传感器的诊断数据。
控制设备尤其设置用于通过数字通信接口以不同的数据速率进行通信，其中，为了传输诊断数据(传感器在诊断运行中传输该诊断数据)所使用的数据速率高于在至少一个传感器的正常运行中为了接收数据(尤其测量结果)所使用的数据速率。
为了对传感器的问题进行诊断，尤其可以将参考数据存储在控制设备中，控制设备尤其可以设置用于将所接收的诊断数据与所储存的参考数据进行比较，并且在识别到偏差时推断出检测传感器的错误。
根据本发明的传感器以及根据本发明的系统设置用于在诊断运行中，将处理完成的测量结果以及(例如数字测量信号形式的、经滤波的数字测量信号形式的或作为经相关的信号存在的)中间结果从传感器传输至控制设备，使得能够检查传感器的行为。由于诊断数据的传输导致所传输的数据量增加，因此有利地设置：在诊断模式中传输诊断数据时所使用的数据速率高于在传感器的正常模式中传输测量结果时所使用的数据速率。
然而，更高的数据速率的传输引起更高的能量需求，以及在数据传输时通常引起更高的易受干扰性。有利地，在根据本发明的传感器以及根据本发明的系统中，仅当由于通过诊断数据而导致数据量增大，从而需要更高的传输容量时，才使用高的数据传输速率。
与由现有技术已知的在传感器的通信接口处输出模拟测量值相比，所提出的解决方案具有以下优点：不需要用于分析处理的附加部件。不需要外部的模拟/数字转换器来检测模拟测试信号。有利地，使用数字通信接口形式的如下基础设施来传输诊断数据：所述基础设施与例如用于传输传感器的正常运行中的测量结果的基础设施相同。因此，对于传感器的布线和连接端而言，不需要任何附加措施。
有利地，即使对于那些应附加地实现传感器的诊断的控制设备而言，也无需进行结构上的改变。可以通过相同的数字通信接口接收诊断数据，并且随后可以在控制设备中进行数字分析处理。因为在控制设备中无论如何都存在处理器或微控制器，所以为此无需留有其他部件。
在使用所提出的传感器或系统的情况下能够快速且简单地实现传感器的功能的诊断。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例，在以下描述中更详细地阐述本发明的实施例。
附图示出：
图1示出传感器的示意图；
图2示出车辆的示意图，该车辆具有包括控制设备和两个传感器的系统。
具体实施方式
在本发明的实施例的以下描述中，相同的部件和元件借助相同的附图标记表示，其中，在个别情况下省去对这些部件或元件的重复性描述。附图仅示意性地示出本发明的主题。
图1示出传感器10，该传感器包括换能器12、分析处理单元30和通信单元40。
换能器12设置用于在被施加模拟发送信号107的情况下发射信号。在传感器10构造成超声传感器的情况下，换能器12是声换能器，使得该声换能器在被施加模拟发送信号107的情况下发射声信号。为了生成模拟发送信号107，传感器10包括信号发生器20、数字/模拟转换器18以及发送放大器14。通过信号发生器20生成数字发送波形，该数字发送波形以数字形式被传输给数字/模拟转换器18。该数字/模拟转换器接下来产生模拟信号，该模拟信号在通过发送放大器14放大之后作为模拟发送信号107输出。
通过换能器12将所接收的信号以模拟测量信号101的形式输出。然而，为了在分析处理单元30中进行处理，需要将模拟测量信号101预先转换成数字测量信号104。为此，在换能器12与分析处理单元30之间布置有前置放大器16以及模拟/数字转换器22。模拟测量信号101由前置放大器16进行前置放大和预处理，并且以经放大的模拟测量信号102的形式被传输给模拟/数字转换器22。在转换之后，将数字测量信号104传输给分析处理单元30。
在图1示出的实施例中，分析处理单元30包括数字滤波器24、阈值滤波器28、计算单元32、回波探测器34和回波选择单元36。数字滤波器24例如可以构型成匹配滤波器(英：Matched-Filter)。在此，使用预期的接收信号的原则上已知的结构，以便将有用信号与噪声分离。随后由数字滤波器24将经滤波的数字测量信号106传输给分配单元26。在分配单元中，将经滤波的数字测量信号106传输给阈值滤波器28以及计算单元32。在阈值滤波器28中，例如可以将经滤波的数字测量信号106与阈值进行比较，其中，将幅度低于阈值的信号去除。将未被去除的信号传输给回波选择单元36。在计算单元32中，将经滤波的数字测量信号106归一化，并且计算时间函数形式的相关性系数。将计算单元32的结果传输给回波探测器34。在回波探测器34中在预处理的结果中挑选出如下信号分量：这些信号分量来自障碍物或对象的反射。随后将回波探测器34的结果传输给回波选择单元36。
通过回波选择单元36选择出待作为测量结果110传输的数据，并且必要时在此进行测量结果110的格式化，使得测量结果相应于控制设备(参见图2)所期望的格式。此外，由回波选择单元36对双重回波(即不仅通过回波探测器34而且通过阈值滤波器28求取的回波)进行合并，使得仅传输一个测量结果。
随后，将测量结果110传输给通信单元40。如从图1的图示中能够得出的，通信单元40不仅与回波选择单元36保持连接，而且通信单元也具有：至分析处理单元30的所有其他部件的连接，以及至信号发生器20的、至模拟/数字转换器22的、至前置放大器16的、至数字/模拟转换器18的和至发送放大器14的连接。
通过这些附加的连接，通信单元40能够在接收到请求52时对诊断数据54进行整理(zusammenstellen)，并且通信单元能够通过数字通信接口发送诊断数据。在此，数字通信接口不仅在传感器10的诊断运行中使用，而且数字通信接口还用于在传感器10的正常运行中传输测量结果110。
请求52还可以包括配置数据，于是可以通过通信单元40写入用于传感器10的各个部件的运行所需的传感器参数。相反，通信单元40又设置用于读取传感器参数。在图1的图示中，对参数的读取标有附图标记200。对参数的写入标有附图标记202。
此外，由图1可以看出：通信单元40从模拟/数字转换器22获得数字测量信号104，通信单元40从数字滤波器24获得经滤波的数字测量信号106，并且通信单元40还获得分析处理单元30的其他部件的结果。这些连接分别借助带有附图标记201的虚线箭头标注。
因此，传感器10的通信单元40能够截取所有数字形式的中间结果(这些中间结果导致测量结果110)，并且在获得请求52时，通信单元能够通过数字通信接口(参见图2)将所述中间结果作为诊断数据54传输。此外，通信单元40设置用于读取和重新写入运行参数，所述运行参数尤其是数字/模拟转换器18的、放大器14、16的、模拟/数字转换器22的以及信号发生器20的运行参数。
在此，传感器10的各个部件可以至少部分地在唯一的物理单元中实现。分析处理单元30的各个单元例如可以以计算机程序产品的形式实现，这些计算机程序产品例如在可编程计算机装置(例如微控制器)上实施。替代地，分析处理单元30也可以构型成ASIC(专用集成电路)。
图2示出包括系统2的车辆1，该系统包括控制设备60以及参照图1所描述的两个传感器10。这两个传感器10都通过数字通信接口50与控制设备60连接，该数字通信接口例如构型成CAN总线4。
为了执行诊断，控制设备60可以通过CAN总线4将请求52发送给传感器10中的一个，然后，该传感器从正常运行切换到诊断运行中。因此，使用增大的数据速率来进行进一步的传输。然后，相应的传感器10发送诊断数据54，这些诊断数据的整理和内容取决于之前发送给控制设备60的请求52。然后，控制设备60可以对获得的诊断数据54进行分析处理，并且控制设备在必要时将所获得的诊断数据与参考数据进行比较。如果识别到与参考数据存在偏差，则可以推断出相应传感器10有缺陷。
本发明不局限于在此描述的实施例及其中强调的方面。而是在通过权利要求说明的范围内能够实现各种变型方案，这些变型方案在本领域技术人员能够处理的范畴内。在此，分析处理单元30的构型尤其可以匹配于相应于传感器10的需求。
Claims (11)
1.一种传感器(10)，所述传感器包括至少一个换能器(12)、模拟/数字转换器(22)、分析处理单元(30)和通信单元(40)，所述至少一个换能器用于发射信号和接收所反射的回波信号，所述换能器设置用于输出模拟测量信号(101)，所述模拟/数字转换器用于将所述模拟测量信号(101，102)转换成数字测量信号(104)，所述分析处理单元用于对所述数字测量信号(104)进行分析处理，所述通信单元用于通过数字通信接口(50)传输由所述分析处理单元(30)产生的测量结果(110)，其中，所述通信单元(40)设置用于通过所述数字通信接口(50)接收对于诊断数据(54)的请求(52)，并且所述通信单元还设置用于将所述传感器(10)切换到诊断运行中并且通过所述数字通信接口(50)传输所请求的诊断数据(54)，其特征在于，所述通信单元(40)设置用于通过所述数字通信接口(50)以至少两个不同的数据速率进行通信，其中，为了传输所述诊断数据(54)所使用的数据速率高于为了在所述传感器(10)的正常运行中传输所述测量结果(110)所使用的数据速率。
2.根据权利要求1所述的传感器(10)，其特征在于，所述诊断数据(54)包括所述数字测量信号(104)、所述数字测量信号(104)的包络线和/或所述数字测量(104)的I/Q解调。
3.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其特征在于，通过所述分析处理单元(30)借助数字滤波器(24)处理所述数字测量信号(104)，其中，所述诊断数据(54)包括经滤波的数字测量信号(106)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器(10)，其特征在于，所述分析处理单元(30)设置用于使所述数字测量信号(104)与参考信号相关，其中，产生经相关的信号，其中，所述诊断数据(54)包括从以下各项选择的数据：所述参考信号、所述经相关的信号的幅度、所述参考信号与所述数字测量信号(104)之间的相位一致性的度量或这些数据中的至少两个的组合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器(10)，其特征在于，所述分析处理单元(30)设置用于在所述数字测量信号(104)中、在经相关的信号中或在经滤波的数字测量信号(106)中识别局部最大值，其中，所述诊断数据(54)包括关于所识别的最大值的参数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器(10)，其特征在于，所述诊断数据(54)包括传感器参数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器(10)，其特征在于，所述通信单元(40)设置用于接收配置数据并且根据所述配置数据来配置传感器参数。
8.根据权利要求6或7所述的传感器(10)，其特征在于，所述传感器参数从以下各项选择：增益曲线、阈值曲线、发送频率、发送波形、所述模拟/数字转换器(22)的采样率、数字/模拟转换器(18)的采样率、所述数字滤波器(24)的参数或这些传感器参数中的至少两个的组合。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器(10)，其特征在于，所述数字通信接口(50)构型成CAN总线(4)、PSI5接口、电流调制的点对点连接或LIN总线。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器(10)，其特征在于，所述传感器(10)构造成超声传感器或雷达传感器。
11.一种系统(2)，其包括控制设备(60)和根据权利要求1至10中任一项所述的至少一个传感器(10)，其中，所述控制设备(60)和所述至少一个传感器(10)通过数字通信接口(50)彼此保持连接，其特征在于，所述控制设备(60)设置用于请求和分析处理所述至少一个传感器(10)的诊断数据(54)。
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