CN111142498A - 具有并行总线端口配置的传感器布线 - Google Patents
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Abstract
一种车辆传感器系统包括电子控制单元和与电子控制单元的总线相关联的多个传感器。传感器可以相对于它们相应的相关联的总线并联布线。该系统可以包括多引脚功率总线，其在电子控制单元和传感器之间提供复用通信。可以利用相关联的方法来初始化和操作传感器系统。
Description
技术领域
本公开涉及车辆电子控制单元与多个传感器之间的数据通信。在一些实施例中，传感器包括运动或接近传感器。在一些实施例中，传感器包括超声传感器。在一些实施例中，电子控制单元与多个传感器之间的数据通信利用时分复用协议。
背景技术
现代机动车辆可以具有可操作以提供在向驾驶员提供反馈或执行高级驾驶员辅助操作中有用的数据的传感器或传感器阵列。在一些车辆中，传感器可以可操作以提供在提供具有车辆的自主或部分自主操作的自动驾驶功能中有用的数据。这样的传感器通常包括接近或运动传感器，其用于生成指示必须被考虑以在车辆移动期间避免碰撞的静止或移动物体的存在的数据。
传感器可以在车辆内体现为单独的传感器或体现为传感器阵列的一部分。传感器使用称为电子控制单元（ECU）的专用子处理器与车辆处理器进行交互。ECU可以与多个传感器进行数据通信。期望最大化传感器与它们相应的ECU之间的通信效率，并最小化实现通信信道的成本。
发明内容
本公开的一个方面针对一种车辆传感器系统，该车辆传感器系统包括电子控制单元，该电子控制单元经由多引脚总线与多个传感器进行数据通信。多个传感器可以以并联配置耦合以实现数据通信。多个传感器中的每个可以包括传感器处理器和传感器存储器。电子控制单元与多个传感器之间的数据通信可以利用时分复用信号。时分复用信号可以包括数据信号和功率信号。在一些实施例中，电子控制单元可以与关联于多个总线的传感器进行数据通信。
本公开的另一方面针对一种车辆电子控制单元与多个传感器之间的数据通信的方法。该方法可以包括在电子控制单元和多个传感器之间建立多引脚总线连接。该方法可以进一步包括将激活信号从电子控制单元发送到多个传感器，并且作为响应，传感器将指示符发送到电子控制单元。该方法可以进一步包括使用响应于所接收的指示符而限定的时分复用协议来维持数据通信。该方法可以利用包括功率信号分量和数据信号分量的复用信号。
下面将参考附图更详细地解释本公开的以上方面和其他方面。
附图说明
图1A是超声传感器的实施例的示意图。
图1B是超声传感器的实施例的示意图。
图2是第一车辆传感器系统的示意图。
图3是第二车辆传感器系统的示意图。
图4是图示操作车辆传感器系统的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图公开了图示的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅旨在作为可以以各种且替代形式体现的示例。图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定组件的细节。所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而应解释为教导本领域技术人员如何实践所公开概念的表示性基础。
图1A和图1B示出了对于检测物体的接近和运动有用的传感器类型的示意图。所描绘的传感器可以在车辆传感器系统内使用。图1A描绘了传感器100的第一实施例，并且图1B描绘了传感器101的第二实施例。传感器100和传感器101包括许多类似的组件。在所描绘的实施例中，传感器100和传感器101中的每个可以包括超声传感器，但是其他实施例可以包括其他运动传感器而不偏离本文公开的教导。
传感器100可以包括多个超声发送器103，所述超声发送器103可操作以生成用于使用回波定位来检测车辆环境中的物体的超声发送。超声发送被发送以从环境中的物体反射并被超声接收器105捕获。然后可以与传感器处理器107共享指示超声反射的状态的数据。在一些实施例中，可以将超声发送器103和超声接收器105组合成可操作以发送和接收超声信号的单个超声收发器而不偏离本文所公开的教导。
传感器处理器107可以可操作以使得能够实现传感器的组件之间的数据通信，并且还可操作以使得能够实现传感器100与外部设备之间的数据通信。传感器处理器107可以与传感器存储器109进行数据通信。传感器存储器109可以可操作以向传感器处理器107提供可执行指令，并且可以包括非易失性部分，其可操作以提供与传感器100相关联的指示符数据。指示符数据可以包括针对外部设备标识传感器类型的部件号、或唯一标识传感器的序列号。传感器存储器109可以包括对于传感器处理器107的操作或在传感器系统的上下文内的传感器100的利用可能有用的其他数据。例如，传感器存储器109可以包括用于指示在操作期间由传感器观察到的行为的许多代码。
传感器100可以进一步包括可操作以提供传感器100与外部设备之间的电信号通信的多个连接器。功率（power）连接器111可以可操作地耦合到功率总线。功率连接器111可以电耦合到传感器100的一个或多个元件并且可操作以向每个组件提供电功率。在所描绘的实施例中，功率连接器111可以电耦合到传感器处理器107，其向其他组件提供功率，但是其他实施例可以包括其他配置而不偏离本文公开的教导。功率连接器111可以被配置用于单引脚连接或多引脚连接。在所描绘的实施例中，功率连接器111可以包括两引脚连接，但是其他实施例可以包括其他配置而不偏离本文公开的教导。
传感器100可以另外包括数据连接器113。数据连接器113可以可操作以发送数据信号和从外部设备接收数据信号。在所描绘的实施例中，数据连接器113可以包括可操作以与多引脚总线对接的多引脚连接器，但是其他实施例可以包括其他配置而不偏离本文公开的教导。
图1B描绘了超声传感器101的实施例。传感器101包括与传感器100的配置非常类似的配置，主要因为传感器101不包括数据连接器113而是可区分的。作为代替，传感器101可以可操作以利用通过功率连接器111供应功率的电流的调制以解释数据信号。在所描绘的实施例中，传感器处理器107可以可操作以监视在功率连接器111处接收到的功率信号，并且还可以可操作以控制在功率连接器111处的电流的调制，以便将数据信号发送到外部设备。在这样的实施例中，传感器处理器107可以可操作以响应于在功率连接器111处观察到的接收到的数据命令而在接收模式和发送模式之间切换。下面将在传感器系统的上下文中关于每个传感器的使用来解释传感器100和传感器101的操作之间的另外的区别。
图2是包括多个传感器100和可操作以协调传感器的操作的电子控制单元（ECU）201的车辆传感器系统的示意图。在所描绘的实施例中，ECU 201可以可操作以向每个传感器100提供功率供应连接。在所描绘的实施例中，功率供应连接包括正功率线203和中性接地线205，但是其他实施例可以包括不同数量的功率供应连接，而不偏离本文公开的教导。在一些实施例中，ECU 201可以被配置成使用单个功率供应线来提供功率，而不偏离本文公开的教导。在所描绘的实施例中，ECU 201可以被配置成提供两个功率总线，每个包括一组功率线连接。在所描绘的实施例中，第一功率总线可以包括正功率线203a和中性接地线205a，并且第二功率总线可以包括正功率线203b和中性接地线205b。每个功率总线可以可操作以向彼此并联连接地布线的多个传感器提供电功率。在所描绘的实施例中，每个功率总线可以可操作以支持六个传感器，但是其他实施例可以包括不同数量的传感器，而不偏离本文公开的教导。
其他实施例可以包括不同数量的功率总线而不偏离本文公开的教导。在所描绘的实施例中，每个传感器100a-1可以分别使用数据总线之一207a-1电耦合到ECU 201。在该实施例中，ECU 201可以被配置成针对每个传感器100利用不同的数据总线，并且必须进一步被配置成包括足够的连接器以支持每个数据总线207，以便容纳每个附加传感器。在所描绘的实施例中，ECU 201被配置成容纳十二个传感器100，但是其他实施例可以包括任意数量的传感器，而不偏离本文公开的教导。容纳更多数量的传感器100的配置可能会增加ECU201的成本以容纳更多数量的传感器100。容纳更多数量的传感器100的配置可能会另外增加ECU 201的处理复杂度，这可能会增加ECU 201的处理组件的成本。
图3提供了包括并联电耦合到电子控制单元（ECU）301的多个传感器101的车辆传感器系统的示意图。在所描绘的实施例中，ECU 301可以可操作以将功率供应连接提供到每个传感器100。在所描绘的实施例中，功率供应连接包括正功率线203和中性接地线205，但是其他实施例可以包括不同数量的功率供应连接，而不偏离本文公开的教导。在一些实施例中，ECU 201可以被配置成使用单个功率供应线来提供功率，而不偏离本文公开的教导。在所描绘的实施例中，ECU 301可以配置成提供两个功率总线，每个包括一组功率线连接。在所描绘的实施例中，第一功率总线可以包括正功率线203a和中性接地线205a，并且第二功率总线可以包括正功率线203b和中性接地线205b。每个功率总线可以可操作以向彼此并联连接地布线的多个传感器提供电功率。在所描绘的实施例中，每个功率总线可以可操作以支持六个传感器，但是其他实施例可以包括不同数量的传感器，而不偏离本文公开的教导。
ECU 301与ECU 201（参见图2）有所不同，因为ECU 301可以配置成利用功率总线将功率信号和数据信号复用到每个传感器101。因为ECU 301可操作以将功率信号提供给每个传感器101，所以可以通过调制在ECU 201和每个传感器101之间发送的电流来沿每个功率总线复用数据信号。因为与特定功率总线相关联的每个传感器101并联地布线，所以ECU301和每个相关联的传感器101可以利用时分复用（TDM）协议，以便确保当在功率总线上观察到信号时正确地解释信号。
在所描绘的实施例中，在正功率线203中提供的电流的调制可以提供脉冲编码发送，其可以由ECU 301或传感器处理器107之一（参见图1B）解释。为了沿功率总线正确地发送和接收数据信号，数据信号内必须存在同步信号，以使得每个ECU 301和与特定总线相关联的传感器101知道当前时间线以及何时发生时间划分。在所描绘的实施例中，ECU 301可以向用于功率总线的协议分配时间划分，其指示每个传感器101应当何时预期接收命令并发送其自身的命令。在这样的配置中，ECU 301可以请求针对与特定功率总线相关联的每个传感器101提供标识数据的指示符。
在所描绘的实施例中，第一功率总线与六个传感器101a-f相关联，并且第二功率总线与六个传感器101g-l相关联，但是其他实施例可以包括用于ECU 301的不同数量的功率总线而不偏离本文公开的教导。由于要求附加的处理组件来容纳功率总线的操作，附加的功率总线可能会增加ECU 301的成本。然而，在这样的实施例中，每个单独的传感器101的成本可以不变。虽然所描绘的实施例将六个传感器101与功率总线相关联，但是其他实施例可以包括不同数量的传感器101，而不偏离本文公开的教导。有利地，与较大组的相关联的传感器101相比，与较少数量的传感器101相关联的功率总线可能要求更短的时间划分以正确地容纳两个方向上的数据发送。
在所描绘的实施例中，可以利用两引脚功率总线配置，以便使得ECU 301或传感器101中的一个或多个能够执行降噪计算或回波抑制计算。其他实施例可以包括其他配置而不偏离本文公开的教导。
ECU 301和传感器101可能要求共同理解的TDM协议以正确操作。在所描绘的实施例中，一个功率总线与六个传感器101相关联，并且因此协议可以至少容纳用于ECU发送的六个时间划分和用于传感器发送的六个时间划分：每个传感器一个时间划分，以将其数据发送到ECU 301。在该实施例中，十二个总时间划分可以包括用于功率总线的单个时间周期，但是其他实施例可以包括其他配置而不偏离本文公开的教导。
在其他实施例中，可以对TDM协议进行格式化，使得与特定传感器101相关联的ECU发送划分在时间线上与该特定传感器的发送划分成对。其他TDM协议可以包括发送划分的其他配置。本领域普通技术人员将认识到，发送划分可以在完整的时间周期内以任何次序发生而不偏离本文所公开的教导，只要单个时间划分包括所有必要的发送划分以容纳从ECU 301向与特定功率总线相关联的每个传感器101发送数据和接收数据。
ECU 301可能要求与特定功率总线相关联的每个传感器101的指示符，以便建立正确格式化的TDM协议。指示符可以包括部件号，该部件号指示每个传感器101在传感器系统的相关联车辆的上下文内的位置。例如，安装到车辆的驾驶员侧前挡板的传感器可以关联于与安装到车辆的乘客侧后挡板的传感器不同的部件号。本领域普通技术人员将认识到，车辆传感器系统部件号将取决于车辆的规格和与特定ECU相关联的传感器的数量以及特定ECU的总线配置。
在一些实施例中，指示符可以包括相关联的传感器101的序列号。在这样的实施例中，ECU 301可以利用相关联的传感器101的唯一序列号标识来提供与关联于特定功率总线的每个传感器的直接通信。在这样的实施例中，TDM协议可以有效地在ECU 301和与总线相关联的一个或多个传感器101之间提供任意通信，因为协议的组成部分可以为每个发送划分指定特定序列号。这样的实施例可以有利地减少用于整个时间周期的必要的时间长度，但是也可能增加传感器101的操作的复杂度，因为每个传感器101可能需要在从ECU 301的发送期间识别其自己的指示符信息的能力。
在一些实施例中，ECU 301可能需要操作的激活阶段，以便在系统启动时建立TDM协议。在激活阶段，ECU 301可以将初始化命令发送到与特定总线相关联的所有传感器101，并且等待接收来自每个传感器101的响应。来自传感器101的响应可以包括指示符数据，该指示符数据可操作以标识相应的传感器101以在TDM协议中使用。在所描绘的实施例中，与特定总线相关联的每个传感器101可以一接收到初始化命令就尝试响应。为了避免沿功率总线的冲突响应，每个传感器101可以在其响应的开始处包括命令，该命令用于使所有其他传感器101进入等待模式直到经过用于使ECU 301接收本传感器的响应的足够时间。在发送其对初始化命令的响应之后，每个传感器101可以进入准备模式，从而等待来自ECU 301的完整时间周期的开始，诸如定时信号。
在该初始化期间，ECU 301可以进入激活模式，其中，它可接收来自每个传感器101的响应。ECU 301可以知道与功率总线相关联的传感器101的总数，并且因此可以预期在预定时间阈值内接收所有响应。如果在预定时间阈值内未接收到所有预期响应，则ECU 301可以生成车辆的用户或技术人员可观察到的错误代码。在ECU 301从与功率总线相关联的传感器101接收到所有预期响应之后，系统可以进入通信模式：ECU 301可以退出激活模式并开始发送同步信号，并且作为响应，每个相关联的传感器101可以退出等待模式并对同步信号进行响应。根据TDM协议。在一些实施例中，可以即时地设计TDM协议，其中基于相关联的传感器101响应于来自ECU 301的初始化命令所采用的次序来分配每个时间划分。
图4是描绘根据本文公开的本发明的实施例的激活和操作车辆传感器系统的单个总线的方法的流程图。该方法开始于步骤400，其表示系统诸如响应于来自车辆的接通信号的初始激活。在步骤402，在ECU和与总线相关联的传感器之间建立总线连接。
该方法继续到步骤404，其中，发起激活阶段。ECU将初始化命令发送到每个传感器，并等待来自每个传感器的响应。在步骤406，与传感器相关联的指示符被发送到ECU。由于ECU知道预期与总线相关联的传感器有多少，所以ECU在步骤408检查是否所有传感器都已经正确地响应于初始化命令。如果一些传感器还没有响应，则该方法返回到步骤406，直到接下来的传感器以用于ECU的指示符进行响应。
如果所有传感器均已响应于初始化命令，则ECU在步骤410关于TDM协议向每个传感器分配时间划分。在建立了TDM协议后，ECU在步骤412发起通信阶段，从而开始TDM协议的时间周期。
在通信阶段期间，ECU可以在步骤414调制流过总线的电流，以便将数据发送到每个相关联的传感器。在ECU完成其发送之后，在步骤416，传感器可以顺序地调制电流以将数据发送回ECU。在一些实施例中，步骤414和416可以以不同的次序、同时地、或以切换顺序发生而不偏离本文公开的教导。
在步骤418，ECU确定时间周期是否完成。如果时间周期尚未完成，则该方法返回到步骤416，以使得ECU可以接收与分配给接下来的时间划分的传感器相关联的数据。
如果时间周期已经完成，则该方法进行至步骤420，其中，ECU诸如响应于来自车辆的切断信号而确定是否适合使系统脱离（disengage）。一些实施例可以包括使系统脱离的其他原因，诸如系统故障、脱离命令、或本领域普通技术人员已知的任何其他原因，而不偏离本文公开的教导。如果不存在使系统脱离的原因，则该方法返回到步骤412以发起通信阶段的另一时间周期。如果系统应当脱离，则该方法通过进行到步骤422而结束。
虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了所公开的装置和方法的所有可能形式。更确切地说，说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应当理解，可以在不偏离所要求保护的本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。各种实施方式的特征可以组合以形成所公开概念的另外的实施例。
Claims (19)
1.一种车辆传感器系统，包括：
电子控制单元（ECU），其被配置成耦合到车辆并且具有被配置成收发复用信号的ECU引脚；
电耦合到ECU引脚的多引脚总线；和
与多引脚总线并联电耦合的多个传感器，多个传感器中的每个被配置成耦合到车辆，并包括传感器处理器、传感器存储器和配置成收发复用信号的传感器引脚，
其中，ECU和多个传感器中的每个可操作以通过调制电流来收发数据，并且其中，复用信号包括功率信号和数据信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，每个传感器可操作以将指示符发送到ECU，所述指示符提供相关联的传感器的标识符。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述指示符包括部件号。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，ECU被配置成将每个部件号与传感器相对于车辆的已知位置相关联。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述指示符包括序列号。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述指示符被编码在传感器存储器的非易失性部分中。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，多个传感器中的每个还可操作以通过调制多引脚总线的电流而将数据发送到其他传感器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个传感器包括超声传感器。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ECU和传感器可操作以使用时分复用（TDM）协议通过多引脚总线发送和接收信号。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多引脚总线是第一多引脚总线，并且所述系统还包括：
电连接到ECU的第二多引脚总线；和
电耦合到第二多引脚总线的第二数量的传感器，第二数量的传感器中的每个被配置成耦合到车辆，并且包括传感器处理器和传感器存储器，
其中，所述ECU可操作以通过调制流过多引脚总线的电流来将数据发送到第二数量的传感器，并且其中，第二数量的传感器中的每个可操作以通过调制电流来将数据发送到ECU。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多引脚总线包括两引脚总线。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述两引脚总线的引脚之一包括电中性接地引脚。
13.一种发送数据信号的方法，包括：
在电子控制单元（ECU）和多个传感器之间建立多引脚总线连接；
使用复用信号协议从ECU向多个传感器中的每个发送激活命令；
使用复用信号协议从多个传感器中的每个向ECU发送指示符，每个指示符提供用于ECU的其相应传感器的标识符；
使用复用信号协议从ECU向多个传感器中的每个发送数据；和
使用复用信号协议从每个传感器向ECU发送数据，
其中，复用信号协议限定根据时分复用（TDM）方案调制提供给多引脚总线的电流，并且电流调制维持从ECU向传感器供应的电功率的最小电流，所述最小电流供应用于每个传感器的操作的功率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在发送激活命令之后，所述ECU保持处于激活模式，直到从多个传感器接收到预定数量的指示符。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：所述ECU响应于在预定时间阈值内未能接收到预定数量的指示符的状况而生成故障代码。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，从ECU向多个传感器发送数据的步骤还包括：多个传感器中的每个对所述数据进行滤波以去除发送噪声。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，从ECU向多个传感器发送数据的步骤还包括：多个传感器中的每个对所述数据进行滤波以去除发送回波。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，从多个传感器中的每个向ECU发送指示符还包括：ECU将至少部分地设置在车辆主体内的传感器的已知物理位置与每个接收到的指示符相关联，所述车辆主体与包括ECU的车辆相关联。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，从多个传感器中的每个向ECU发送指示符还包括：多个传感器中的每个发送由其他传感器接收的、指示其他传感器应在足以使ECU接收指示符的预定时间长度内进入等待模式的信号。
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