CN113302853B - 对用于金属杂质识别的天线系统进行功能检验的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对天线系统进行功能检验的设备，所述天线系统尤其是用于金属杂质识别，所述设备包括具有多个天线（A0，...，A31）的天线系统，所述天线与选择单元（SE）的所分配的输入端接线。多个天线（A0，...，A31）的第一天线组的天线（A0，...，A15）与选择单元（SE）的第一复用器（MUXa）的输入端接线。多个天线（A0，...，A31）的第二天线组的天线（A16，...，A31）与选择单元（SE）的第二复用器（MUXb）的输入端接线。第一天线组的天线（A0，...，A15）和第二天线组的天线（A16，...，A31）相邻地和/或成对重叠地布置。计算单元（CU）被构造用于通过为选择单元（SE）提供控制信号（CTRL_MUX_I，CTRL_MUX_II，CTRL_MUX_III，CTRL_DIAG）来将交流信号馈入到第一天线组的所选择的天线（A0，...，A15）中，并且在选择单元（SE）的输出端（SEO）处针对第一天线组的所选择的天线（A0，...，A15）检测在第二天线组的每一个天线（A16，...，A31）处施加的天线信号，并且对其进行存储用于随后评估。从针对第一天线系统的所选择的天线（A0，...，A15）的所确定的天线信号和所分配的预期的天线信号的比较中可以推断出所选择的天线/天线系统的差错。

Description

对用于金属杂质识别的天线系统进行功能检验的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对天线系统进行功能检验的设备和方法，所述天线系统尤其是用于金属杂质识别。尤其是，本发明涉及选择元件的功能检验。
背景技术
在感应充电时，借助于变压器原理在几厘米直至约20cm的路段上传输能量。在此，根据间距、结构和功率可以在外部地面线圈(所谓的初级线圈)和车辆侧底部线圈(所谓的次级线圈)之间形成大的磁场。两个线圈彼此对准得越差，杂散磁场(EMV)可能变得越大，对于人类的磁载荷可能变得越大，和/或越少的功率可能被传输到车辆的电池中。此外，传输系统的效率变得较差。
在能量传输时在气隙中形成的交变磁场由于高的传输功率而导致：处于气隙中的金属体、诸如硬币、钉子等被加热。在此在金属体中出现的温度可能变得如此高，使得包覆外部地面线圈的通常由塑料制成的外壳可能被损坏。此外存在以下危险，即通过热金属体可能使位于附近的易燃物质、诸如纸燃烧，由此存在形成较大火灾的危险。如果另一方面人员试图从外部地面线圈移除已经变热的金属物体，则存在烧伤的危险。
因此，在感应式机动车充电系统的情况下存在所谓的金属杂质识别的需求，所述金属杂质识别当在地面间隙中探测到金属物体时去活外部地面线圈和/或输出警告。由于这样的金属杂质识别也可能具有缺陷，因此必须定期地对为此使用的传感器系统鉴于其功能性进行检验。
发明内容
本发明的任务是说明用于对感应式机动车充电系统的用于金属杂质识别所使用的天线系统进行功能检验的设备和方法，所述设备和方法是简单的、成本低的并且可靠的。尤其是，在运行感应式充电系统之前和在运行感应式充电系统期间，应该能够实现对接收天线的正确操控(选择)的诊断。
这些任务通过用于对天线系统进行功能检验的设备和用于对天线系统进行功能检验的方法来解决。
根据第一方面，提出一种用于对天线系统进行功能检验的设备，所述天线系统尤其是用于金属杂质识别。该设备和天线系统尤其是感应式机动车充电系统的组成部分。该设备包括具有多个天线的天线系统，所述天线与所述设备的选择单元的所分配的输入端接线。多个天线的第一天线组的天线与选择单元的第一复用器的输入端接线。多个天线的第二天线组的天线与选择单元的第二复用器的输入端接线。第一天线组的天线和第二天线组的天线相邻地和/或成对重叠地布置。所述设备的计算单元被构造用于通过为选择单元提供控制信号将交流信号馈入到第一天线组的所选择的天线中。所述设备的计算单元此外被构造用于在选择单元的输出端处针对第一天线组的所选择的天线检测在第二天线组的每一个天线处施加的天线信号，并且对其进行存储用于随后评估。从针对第一天线系统的所选择的天线的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中，通过计算单元推断出所选择的天线/天线系统的差错。
根据本发明的设备所基于的原理基于：第一天线组的天线相对于第二天线组的天线布置为使得在将交流信号馈入到第一天线组的天线之一(其被称为所选择的天线)中时得出与第二天线组的天线的磁耦合，所述第二天线组的天线与第一天线组的所选择的天线重叠或者与该所选择的天线直接相邻地布置。在重叠的情况下，给出强磁耦合，在直接邻近关系的情况下，通常仍然存在弱磁耦合。由于第一和第二天线组的天线的已知位置关系，对于任意的所选择的天线，来自第二天线组的天线中的每一个天线的预期的天线信号是已知的。从所测量的天线信号与预期的天线信号的偏差中可以推断出天线系统、尤其是选择单元的元件中的差错。
可以在运行开头提到的感应式充电设备之前和运行开头提到的感应式充电设备期间使用对设备的功能性的检验。
该设备可以以简单并且成本低的方式实现。尤其是，与用于金属杂质识别的传统天线系统相比，仅需要少量附加器件。可以在使用现有的信号分析结构的情况下执行功能性的检验。功能性的评价可以通过计算单元以软件的形式实现。
根据一种适宜的构型，交流信号由诊断电路产生，其中所述诊断电路包括由通过计算单元可控制的开关元件和交流电压源组成的串联电路。在此，交流电压源可以经由可控开关元件与第一复用器的输出端耦合。与传统天线系统相比，诊断电路作为唯一的附加组件是需要的。这使得能够提供交流信号，借助于所述交流信号充分利用第一和第二天线组的天线的耦合关系。
如果选择单元包括第三复用器，则此外是适宜的，所述第三复用器以级联方式与第一和第二复用器接线。由于级联，第三复用器的输入端与第一和第二复用器的分别分配的输出端连接。第三复用器的输出端构成选择单元的输出端。第三复用器的输出端与计算单元的输入端耦合用于传输天线信号。这种构型使得能够在天线系统的按规定运行中顺序地检测多个天线的天线信号，用于金属杂质识别。此外，在(可以)测量第二天线组的天线的天线信号期间，级联使得能够将交流信号馈入到第一天线组的天线中。
为了测量第二天线组的天线的天线信号，第三复用器在功能检验期间通过计算单元的控制信号将第二复用器的输出端持久地与其输出端连接。
计算单元适宜地被构造用于为了完全测试天线系统，将交流信号顺序地分别馈入到第一天线组的所选择的天线中，在选择单元的输出端处针对第一天线组的恰好选择的天线检测在第二天线组的每一个天线处施加的天线信号，并且对其进行存储用于随后评估，并且从针对第一天线系统的所有天线的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中推断出天线系统的差错。因此根据第一天线组的天线的数量重复上述行动，由此获得结果表格，将所述结果表格与预定义的预期结果表格进行比较。针对两个表格的彼此相应的位置进行比较。将结果表格中列x和行y中的条目(x，y)与预期结果表格中的相应条目(x，y)进行比较。对于所有表格条目进行比较。
从第一结果表格与第二结果表格的比较中，通过计算单元此外可以推断出选择单元的复用器之一的差错。例如，计算单元可以被构造用于确定是否选择了第一天线组的正确天线。可替代地或附加地，计算单元可以被构造用于确定是否选择了第二天线组的正确天线。
根据第二方面，提出一种用于对天线系统进行功能检验的方法，所述天线系统尤其是用于金属杂质识别。天线系统包括多个天线，所述天线分别与选择单元的所分配的输入端接线。多个天线的第一天线组的天线与选择单元的第一复用器的输入端接线。多个天线的第二天线组的天线与选择单元的第二复用器的输入端接线。第一天线组的天线和第二天线组的天线相邻地和/或成对重叠地布置。在该方法情况下，为选择单元提供控制信号。此外，将交流信号馈入到第一天线组的所选择的天线中。在选择单元的输出端处，针对第一天线组的所选择的天线检测在第二天线组的每一个天线处施加的天线信号，并且对其进行存储用于随后评估。从针对第一天线系统的所选择的天线的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中推断出所选择的天线/天线系统的差错。
该方法具有与以上结合根据本发明的设备描述的这些优点相同的优点。
适宜地，为了完全地测试天线系统，将交流信号顺序地分别馈入到第一天线组的所选择的天线中。在选择单元的输出端处针对第一天线组的恰好选择的天线，检测在第二天线组的每一个天线处施加的天线信号并且对其进行存储用于随后评估。从针对第一天线系统的所有天线的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中推断出天线系统的差错。
根据另一适宜的构型，从比较中推断出选择单元的复用器之一的差错。尤其是，从比较中确定：是否选择了第一天线组的正确天线。此外，从比较中确定：是否选择了第二天线组的正确天线。
附图说明
下面根据附图中的实施例更详细地描述本发明。其中：
图1示出用于对用于金属杂质识别的天线系统进行功能检验的根据本发明的设备的等效电路图的示意图；
图2示出图1的天线系统的第一天线组的天线的布置的示例性图示；
图3示出图1的天线系统的第二天线组的天线的布置的示例性图示；
图4示出天线系统的图示，所述天线系统由在图2和3中所示的天线组的相叠布置得出；和
图5示出作为矩阵存在的预期结果表格，其中当在天线系统中不存在差错时，示出根据图4的天线系统的功能测试的结果状态。
具体实施方式
图1示出用于对天线系统进行功能检验的根据本发明的设备的等效电路图的示意图。天线系统用于金属杂质识别，所述金属杂质识别在探测到金属物体、例如硬币、螺钉、钉子等时输出警告和/或去活与设备连接的技术系统。该设备用于能够对天线系统以及与天线系统连接的信号处理组件的缺陷鉴于其功能性进行检验。
尤其是，下面描述的设备被设置用于在感应式车辆充电系统情况下使用，其中借助于变压器原理在几厘米直至约20cm的路段上传输能量。在这样的能量传输系统情况下，根据间距、结构和功率，在外部地面线圈和车辆侧底部线圈之间形成大的磁场。在激活的地面线圈情况下，位于地面线圈的有效区域中的金属体可能被加热。在此在金属体中出现的温度可能变得如此高，使得包覆外部地面线圈的典型地由塑料制成的外壳可能被损坏。此外，存在以下危险：即通过热金属体可能点燃位于附近的易燃物质。同样对于与已经变热的金属物体接触的生物存在烧伤的危险。
下面描述的设备使得能够对天线系统、尤其是其中使用的选择单元(例如复用器)在误动作或错误选择方面进行功能检验。
在本实施例的描述中，待检验的天线系统包括2n＝32个天线A0、...、A31，其中数量n原则上可以被选定为大于或小于5。所述天线A0、...、A31中的每一个分别接线在加载有偏压Vofst的节点K与选择单元SE的分配给各自天线A0、...、A31的输入端SEI0、...、SEI31之间。根据未示出的电压供应装置，偏压可以具有正值或负值(在单极电压供应装置的情况下)或者可以处于地电位。
在图1中所示的实施例中，选择单元SE由复用器MUXa、MUXb、MUXc的级联组成。在此，选择单元具有两个级联级MUX I和MUX II。在此，在本实施例中，表示选择单元SE的输入端的级联级MUX II具有两个复用器MUXa、MUXb，所述复用器具有相同数量的输入端、即2n/2＝16。表示选择单元SE的输出端SEO的级联级MUX I具有复用器MUXc。与此相应地，第二级联级MUX II的复用器MUXa、MUXb的输出端MUXaO、MUXbO与第一级联级MUX I的复用器MUXc的输入端MUXcI1、MUXcI2连接。复用器MUXc的输出端表示选择单元SE的输出端SEO。
选择单元SE的输出端SEO经由信号处理单元SPU与计算单元CU的输入端CUI连接，所述信号处理单元SPU例如包括滤波器和放大器等。计算单元CU被构造用于在不同的输出端CUO1、CUO2、CUO3处为选择单元SE的复用器MUXa、MUXb、MUXc提供控制信号CTRL_MUX_I、CTRL_MUX_II和CTRL_MUX_III，其中在天线系统的按规定运行中通过控制信号确定：可以将选择单元SE的哪个输入端SEI0、...、SEI31与选择单元SE的输出端SEO连接。由此，计算单元可以确定：哪个天线A0、...、A31与计算单元连接用于评估天线信号。
计算单元CU此外被构造用于在其输入端CUI处接收在选择单元SE的输出端SEO上施加的(anliegende)并且通过信号处理单元SPU处理的天线信号。
该设备此外包括诊断电路DC。诊断电路DC包括由可控开关元件S1和交流电压源AC组成的串联电路。由可控开关元件S1和交流电压源AC组成的串联电路接线在参考电位端子K1和接点K2之间，所述接点K2将第一复用器MUXa的输出端MUXaO和第三复用器MUXc的第一输入端MUXcI1相互连接。借助于控制信号CTRL_DIAG对可控开关元件S1进行控制，所述控制信号通过计算单元CU在第四输出端CUO4处被输出。
为了执行功能测试，激活诊断电路DC，其方式是借助于可控开关元件S1将交流电压源AC与节点K2连接。同时，借助于控制信号CTRL_MUX_III将第三复用器MUXc的第二输入端MUXcI2与第二复用器MUXb的输出端MUXbO连接。根据确定出选择了选择单元的输入端SEI0、...、SEI15(对应于第一复用器MUXa的相应输入端)中的哪一个输入端的控制信号CTRL_MUX_I，给与该输入端连接的天线A0、...、A15加载交流信号，所述交流信号使得能够基于天线的布置的随后描述的特定特性对天线系统进行功能检验。
天线A0、...、A31划分成两个天线组，即第一天线组和第二天线组，其中天线对第一天线组或第二天线组的归属性取决于：所述天线是与第一复用器MUXa的输入端连接还是与第二复用器MUXb的输入端连接。在本说明书中，与第一复用器MUXa耦合的天线A0、...、A15是第一天线组的天线。与第二复用器MUXb耦合的天线A16、...、A31是第二天线组的天线。
图2示出第一天线组的16个天线A0、...、A15的示例性布置，其中在该图中仅示出天线的编号而没有字母“A”。天线A0、...、A15(对应于图2中的表示“0”、...、“15”)示例性地被构造为圆弧，所述圆弧布置在围绕中心设想的四个圆上并且具有α＝90°的各自中心角。
第二天线组的16个天线A16、...、A31的布置是相应的，其中在图3中再次仅示出天线的编号而没有字母“A”。天线A16、...、A31(对应于图2中的表示“16”、...、“31”)相应地被构造为圆弧，所述圆弧布置在围绕中心设想的四个圆上并且具有α＝90°的各自中心角。在此，整个布置相对于图2的布置旋转了45°。
在根据图1的天线系统中，图2和图3中所示的两个天线组相叠地布置，即两个布置的中心彼此叠置，如图4中所示的那样。在此，可以容易地看出，位于围绕中心的各自设想圆上的天线成对地重叠50％，即在馈入交流信号时具有(强)磁耦合。耦合可能(弱得多)即使在位于相邻的设想圆上的相邻天线情况下也存在。
根据本发明的设备所基于的原理因此基于：第一天线组的天线相对于第二天线组的天线布置为使得在将交流信号馈入到第一天线组的天线之一(其被称为所选择的天线)中时得出与第二天线组的天线的磁耦合，所述第二天线组的天线与第一天线组的所选择的天线重叠或者与该所选择的天线直接相邻地布置。在重叠的情况下，给出强磁耦合；在直接邻近关系的情况下，通常仍然存在弱磁耦合。由于第一和第二天线组的天线的已知位置关系，对于第一天线组的任意的所选择的天线，来自第二天线组的天线中的每一个天线的预期的天线信号是已知的。从所测量的天线信号与预期的天线信号的偏差中可以推断出天线系统、尤其是选择单元的元件中的差错。
在图5中示出矩阵(表格)，其中当不存在复用器MUXa、MUXb、MUXc的误动作并且也不存在选择中的差错时，对于第一天线组的天线A0、..、A15(所谓的发射天线)的可能操控状况示出在第二天线组的天线A16、...、A31(所谓的测量天线)处的结果值(测量信号)。如果通过计算单元CU探测到在馈入交流信号时所选择的(发射)天线A0、...、A15与测量天线(即第二天线组的天线A16、...、A31)之间的强耦合，则在此在矩阵中包含条目“H”。例如，从图4中可以得知，(发射)天线A2(＝第一天线组的天线)与(测量)天线A17、A18(＝第二天线组的天线)在最外面的设想圆上重叠地布置。由此在天线A2和A17、A18之间得出强磁耦合。与此相对地，第二天线组的相邻天线A21、A22仅弱耦合，因此在矩阵中实现条目“L”。对于图4中所示的天线系统类似地得出其他矩阵条目。
为了执行功能测试，(发射)天线A0、...、A15(＝第一天线组的天线)中的每一个相继地被加载交流信号。在发射天线中的各自发射天线加载有交流信号期间，对于(测量)天线A16、...、A31(＝第二天线组的天线)进行测量信号的检测，使得产生如图5中所示的结果表格，将所述结果表格与图5中所示的预期结果表格进行比较。
在偏差的情况下，于是推断出选择单元的复用器MUXa、MUXb、MUXc之一的差错。例如，计算单元可以被构造用于确定是否选择了第一天线组的正确天线。可替代地或附加地，计算单元可以被构造用于确定是否选择了第二天线组的正确天线。

Claims (15)

1.一种用于对天线系统进行功能检验的设备，所述设备包括：
-具有多个天线(A0，...，A31)的天线系统，所述天线与选择单元(SE)的所分配的输入端接线，其中
所述多个天线(A0，...，A31)的第一天线组的天线(A0，...，A15)与所述选择单元(SE)的第一复用器(MUXa)的输入端接线并且所述多个天线(A0，...，A31)的第二天线组的天线(A16，...，A31)与所述选择单元(SE)的第二复用器(MUXb)的输入端接线，并且
所述第一天线组的天线(A0，...，A15)和所述第二天线组的天线(A16，...，A31)相邻地和/或成对重叠地布置；
-计算单元(CU)，所述计算单元被构造用于通过为所述选择单元(SE)提供控制信号(CTRL_MUX_I，CTRL_MUX_II，CTRL_MUX_III，CTRL_DIAG)，
将交流信号馈入到所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)中，
在所述选择单元(SE)的输出端(SEO)处针对所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)检测在所述第二天线组的每一个天线(A16，...，A31)处施加的天线信号，并且对其进行存储用于随后评估，和
从针对所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中推断出所选择的天线/所述天线系统的差错。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备用于金属杂质识别。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述交流信号由诊断电路(DC)产生，其中所述诊断电路(DC)包括由通过所述计算单元(CU)可控制的开关元件(S1)以及交流电压源(AC)组成的串联电路，其中所述交流电压源(AC)能够经由所述可控制的开关元件(S1)与所述第一复用器(MUXa)的输出端(MuXaO)耦合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述选择单元(SE)包括第三复用器(MUXc)，所述第三复用器以级联方式与所述第一和第二复用器(MUXa，MUXb)接线，由此其输入端与所述第一和第二复用器(MUXa，MUXb)的分别分配的输出端连接，并且其输出端构成所述选择单元(SE)的输出端，所述输出端与所述计算单元(CU)的输入端(CUI1)耦合用于传输所述天线信号。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，在功能检验期间，所述第三复用器(MUXc)通过所述计算单元(CU)的控制信号(CTRL_MUX_III)将所述第二复用器(MUXb)的输出端持久地与其输出端连接。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述计算单元(CU)被构造用于为了完全地测试所述天线系统，
将交流信号顺序地分别馈入到所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)中，
在所述选择单元(SE)的输出端(SEO)处针对所述第一天线组的恰好选择的天线(A0，...，A15)检测在所述第二天线组的每一个天线(A16，...，A31)处施加的天线信号并且对其进行存储用于随后评估，以及
从针对所述第一天线组的所有天线(A0，...，A15)的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中推断出所述天线系统的差错。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述计算单元(CU)被构造用于从所述比较中推断出所述选择单元(SE)的复用器(MUXa，MUXb)之一的差错。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述计算单元(CU)被构造用于确定是否选择了所述第一天线组的正确天线(A0，...，A15)。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述计算单元(CU)被构造用于确定是否选择了所述第二天线组的正确天线(A16，...，A31)。
10.一种用于对天线系统进行功能检验的方法，所述天线系统具有多个天线(A0，...，A31)，所述天线分别与选择单元(SE)的所分配的输入端接线，其中所述多个天线(A0，...，A31)的第一天线组的天线(A0，...，A15)与所述选择单元(SE)的第一复用器(MUXa)的输入端接线，并且所述多个天线(A0，...，A31)的第二天线组的天线(A16，...，A31)与所述选择单元(SE)的第二复用器(MUXb)的输入端接线，以及所述第一天线组的天线(A0，...，A15)和所述第二天线组的天线(A16，...，A31)相邻地和/或成对重叠地布置，其中
-通过计算单元(CU)为所述选择单元(SE)提供控制信号(CTRL_MUX_I、CTRL_MUX_II、CTRL_MUX_III、CTRL_DIAG)；
将交流信号馈入到所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)中，
在所述选择单元(SE)的输出端(SEO)处针对所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)检测在所述第二天线组的每一个天线(A16，...，A31)处施加的天线信号并且对其进行存储用于随后评估，以及
从针对所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中推断出所选择的天线/所述天线系统的差错。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法用于金属杂质识别。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，为了完全地测试所述天线系统，
将交流信号顺序地分别馈入到所述第一天线组的所选择的天线(A0，...，A15)中，
在所述选择单元(SE)的输出端(SEO)处针对所述第一天线组的恰好选择的天线(A0，...，A15)检测在所述第二天线组的每一个天线(A16，...，A31)处施加的天线信号并且对其进行存储用于随后评估，以及
从针对所述第一天线组的所有天线(A0，…，A15)的所确定的天线信号与所分配的预期的天线信号的比较中推断出所述天线系统的差错。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中从所述比较中推断出所述选择单元(SE)的复用器(MUXa，MUXb)之一的差错。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中从所述比较中确定：是否选择了所述第一天线组的正确天线(A0，...，A15)。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中从所述比较中确定：是否选择了所述第二天线组的正确天线(A16，...，A31)。
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