JP5893140B2 - 動作パラメータを検出するためのセンサモジュール、センサモジュールの監視方法 - Google Patents

Description

従来技術
とりわけ自動車分野において、種々の動作パラメータを検出するために多岐にわたる種類のセンサモジュールを使用することが公知であり、これらのセンサモジュールはたとえば、圧力センサ、位置センサ、エアマスセンサ、距離センサおよび明るさセンサ等である。このようなセンサモジュールは、検出対象である物理量を、すなわち該当の動作パラメータを電気信号に変換し、この電気信号は、中央または遠隔のデータ処理装置の更なる処理のために供給される。

たとえば上述の動作パラメータを検出するために、または、センサ信号をセンサモジュール自体において直接処理して雑音無しの伝送を可能にするために、とりわけ、電源を必要とするアクティブセンサモジュールが用いられる。自動車では、そのために必要な給電電圧は給電線を介して伝送されるが、この給電線はたとえば、差込コンタクトが腐食したりまたは接合が不十分であることに起因して、高い抵抗を有することがある。しかし、アクティブセンサモジュールに供給される電圧が過度に低いと、センサモジュールから出力される信号にエラーが生じるか、またはこの出力信号の信頼性が低くなる。

給電電圧の低電圧状態および過電圧状態を検出するセンサモジュールが公知である。給電電圧が、固定的に設定された電圧閾値を下回るかまたは上回ると、低電圧状態または過電圧状態であることがセンサモジュールによって検出される。その場合には、センサモジュールはセンサ信号をデータ処理装置へ伝送するのを停止する。これに代えて択一的に、センサモジュールは（測定信号の代わりに）エラー信号を送信することができる。低電圧であるか過電圧であるかの判定は、センサモジュールにおいて、予め定められた閾値に基づいて行われ、この判定を実現するためには、相当大きな回路上の手間がかかる。以下、このようなセンサモジュールの一例を挙げる。

独国特許出願公開ＤＥ４１０５２８３Ａ１に、圧力センサを備えた流量計が記載されており、この圧力センサは計算ユニットに接続されている。この計算ユニットにはさらに、低電圧判定回路が接続されている。瞬時電圧降下が検出されると、この計算ユニットはその場ですべての重要なデータを記憶する。これに応じて、給電電圧はその場でそのまま直接評価され、センサモジュールにおいてその場でそのまま直接、保護措置がとられる。この構成では、給電電圧を評価して保護措置をとるために、センサモジュールにおいて複雑な回路部品を必要とする。さらに、確実な記憶を実現できる構成要素をセンサモジュールに設けなければならず、そのためには、データ記憶中のエネルギー供給を保証する高容量のエネルギー蓄積器が必要となる。

このような電圧評価およびデータ記憶のための複雑な回路素子、およびエネルギー蓄積器には、複雑な回路素子が必要であり、所要スペースが著しく大きくなる。特に自動車技術では、センサに使用できるスペースが小さく、回路素子を追加することは、回路上格段に大きな手間がかかることに繋がるので、本発明の課題は、従来技術に比して所要スペースを削減し、センサモジュールにおける電圧降下を確実に検出できるようにすることである。

発明の開示
前記課題は、請求項１記載のセンサモジュール、請求項５記載の方法、および、請求項１０記載の複合信号により解決される。

本発明により、センサモジュールの給電電圧の監視を特に確実に、正確かつ簡単に実現することができる。とりわけ、本発明を実施するために、自動車において大きなハードウェア変更を行わなくてもよく、特に、ケーブル配線を変更しなくてもよいという有利な効果が奏される。さらに、供給線路を介して各センサに接続された中央処理コンポーネントを引き続き使用して、上述の給電電圧監視機能を追加的に実施することもできる。本発明のセンサモジュールには、特に回路上の手間がかかることはなく、とりわけ、センサモジュールに設置された電圧監視装置の動作に必要とされていたエネルギー蓄積器が不要となる。本発明を実用化するときには、たとえば自動車分野において通常使用されているような既存のハードウェア基本構成を実質的に維持することができる。とりわけ、ハードウェアに相当の変更を施す必要なく、既存の自動車車載装置の数多くの部品を基本的に継続して使用し続けることができる。

本発明では信号処理時、とりわけアナログ／デジタル変換時および信号伝送時において、検出対象である動作パラメータを表すセンサ信号の他に、当該センサ信号と並行して、給電電圧または給電電流を表す給電信号も処理する。したがって、センサ信号と給電信号とを同様に処理する。その際にはとりわけ、センサモジュールにおいてその場で、センサ信号および給電信号の双方をアナログからデジタルに変換し、一緒に信号伝送ユニットによって伝送する。この信号伝送ユニットは接続線路を介して、給電信号およびセンサ信号の双方を表す複合信号を伝送し、前記接続線路はこの複合信号を、中央または遠隔に設置されたデータ処理装置へ伝送する。前記給電信号に低電圧が生じた場合、線路を介して、この給電信号を表す該当の信号を、伝送される前記複合信号で伝送する。これにより、前記複合信号を受け取ったデータ処理ユニットは、センサ信号の内容のみを評価するのではなく、給電信号を考慮することにより当該センサ信号の信頼性も評価することができる。給電状態が規定領域内にあることを前記給電信号が示す場合には、センサ信号は正確な信号であると見なすことができる。給電状態が規定領域外にあることを前記給電信号が示す場合には、これに対応するセンサ信号は不確かであると標識を付することができる。後者の場合には、それと同時に、給電状態が規格外であることを表す警報信号を出力することができる。給電状態とは特に、給電電圧のレベルおよび／または給電電流のレベルを意味する。

本発明は、自動車の動作パラメータを検出するように構成されたセンサモジュールに関する。このセンサモジュールは、センサ信号を出力するように構成されたセンサ素子を有し、このセンサ素子は、前記動作パラメータを表す物理量を、電気信号である前記センサ信号に変換する。

前記センサ素子としては特に、ストレインゲージ方式の圧力センサが用いられるか、または、抵抗または降下する電圧が、圧力センサ素子にかかる機械的応力または圧力に依存する圧力センサ素子を含む圧力センサが用いられる。さらに、前記センサ素子は電気機械的位置センサまたは磁気的位置センサを含むことができ、たとえば、ホール効果を利用した位置センサ、または、光学的走査方式の位置センサを含むことができる。また、センサモジュールはエアマスセンサとすることができる。このエアマスセンサはたとえば、超音波を用いて空気質量流量を検出するセンサである。前記センサ素子はパッシブセンサ素子とするか、または、動作中にたとえば抵抗を検出するために電圧が印加されるアクティブセンサ素子とすることができる。前記センサモジュールはとりわけ、自動車の内燃機関制御部の動作パラメータを検出するように構成されたセンサモジュールであるか、または、たとえば温度、障害物までの距離、湿度、降水量等のパラメータを検出するか、または、たとえばビデオ画像等のより複雑なパラメータを検出するセンサモジュールとすることができる。前記センサ素子はとりわけ、検出した前記動作パラメータを表すアナログセンサ信号を、たとえば、前記複数の動作パラメータのうちいずれかを表すアナログセンサ信号を出力するように構成されている。

本発明のセンサモジュールはさらに、アナログ／デジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」とも称する）も含み、これは前記センサ素子に接続されている。とりわけ、センサ素子の出力端はＡ／Ｄ変換器に接続されている。このセンサ素子をＡ／Ｄ変換器に直接接続するか、または別のデータ伝送部品を介して、たとえばマルチプレクサを介して、Ａ／Ｄ変換器に接続することができる。それゆえ、前記センサ素子とＡ／Ｄ変換器との接続は、直接的または間接的な接続とすることができる。

センサ素子はさらに、Ａ／Ｄ変換器に接続された信号伝送ユニットも含む。この接続も直接的または間接的とすることができ、とりわけ、Ａ／Ｄ変換器の出力端を信号伝送ユニットに直接接続すること、特に信号伝送ユニットの入力端に直接接続することが可能である。上記構成に代えて択一的に、別のデータ伝送部品を介して、たとえばマルチプレクサを介して、前記出力端を前記信号伝送ユニットに接続することも可能である。この信号伝送ユニットは、Ａ／Ｄ変換器によって変換された信号を伝送するように構成されている。

センサモジュールはさらに給電信号タップも有しており、この給電信号タップには、前記センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す未変換の給電信号が印加される。未変換の給電信号は、給電電圧または給電電流のレベルをそのまま直接表すか、または、このレベルに直接関連するパラメータ、たとえば、センサモジュールの電源内にて使用される制御信号のパルス幅または周波数またはデューティ比を表すことができる。したがって給電信号は、振幅により、または、たとえば周波数、デューティ比またはパルス幅等の他の信号パラメータにより、給電電流または給電電圧を表す。

本発明では、Ａ／Ｄ変換器の入力端は前記給電信号タップに接続されている。この接続でも、Ａ／Ｄ変換器の入力端を給電信号タップに直接接続するか、または別の信号伝送部品を介して、たとえばマルチプレクサを介して、給電信号タップに接続することが可能である。よって、この接続は直接的または間接的とすることができる。前記センサ素子とＡ／Ｄ変換器との接続や、Ａ／Ｄ変換器と信号伝送ユニットとの接続と同様、Ａ／Ｄ変換器の入力端と給電信号タップとの接続は、増幅器、インピーダンス変換器または分圧器等である信号処理部品を介して行うことができる。上述のように入力端が前記給電信号タップに直接的または間接的に接続されたＡ／Ｄ変換器は、センサ素子にも接続されたＡ／Ｄ変換器と同一である。その際には、給電信号タップに接続されたＡ／Ｄ変換器の入力端はセンサ素子にも（間接的に）接続することができ、たとえば、マルチプレクサを介して接続することができる。または、タップに接続され、他の１つの入力端がセンサ素子に接続され、この接続はたとえば直接的または間接的な接続により、たとえば、Ａ／Ｄ変換器の入力段内にあるマルチプレクサを介して行われる。さらに、Ａ／Ｄ変換器をマルチチャネルＡ／Ｄ変換器として構成することができ、その際には、１つのチャネルは給電信号タップに接続され、他の１つのチャネルはセンサ素子に接続される。

前記信号伝送ユニットは、前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された給電信号を伝送するように構成することができる。この変換された給電信号は、センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す。とりわけ、変換された給電信号はセンサモジュールの給電状態を表す。この変換された給電信号はとりわけデジタルである。変換された給電信号は、とりわけアナログ形式である変換前の給電信号、ないしは、センサ素子から出力された未変換の給電信号をデジタル形式で表す。この変換された給電信号と未変換の給電信号との相違点は基本的に形式のみであり、未変換の給電信号はアナログであり、変換された給電信号はデジタルであるということだけである。それゆえ、特に定義が無い限りは、給電信号との用語は、未変換の給電信号および変換後の給電信号の双方を意味する。前記信号伝送ユニットは、１つの同じ電気的コンタクト場所を介して給電信号およびセンサ信号の双方を出力する出力端を有する。その際には、給電信号とセンサ信号とが組み合わされて１つの伝送信号が形成される。それゆえ、この伝送信号を複合信号とも称する。前記コンタクト場所はとりわけ単極であり、前記複合信号は、接地された信号コンタクトにおいて出力される。または前記コンタクト場所は、２線式ケーブルに接続されるように、２つの信号コンタクトを有する２極型とされ、前記２線式ケーブルは有利には平衡型で前記複合信号を伝送するケーブルである。または、前記コンタクト場所は３極とされ、複合信号は接地に対する信号であり、前記コンタクト場所にさらに２つの給電コンタクトが設けられている。または、前記コンタクト場所は４極であり、複合信号は２つの信号コンタクト間の差動方式で伝送され、１つの接地コンタクトおよび１つの給電コンタクトが設けられている。

給電信号とセンサ信号とを（双方とも変換された形で）組み合わせるために、マルチプレクサが設けられている。このマルチプレクサはＡ／Ｄ変換器に前置接続することができ、給電信号とセンサ信号とを未変換状態で多重化すること、すなわち多重化により組み合わせることが可能である。このようにして生成された信号は、マルチプレクサからＡ／Ｄ変換器へ伝送される。Ａ／Ｄ変換器は、上述のように変換された信号を伝送するために、信号伝送ユニットへさらに伝送する。さらに、マルチプレクサをＡ／Ｄ変換器の入力段内に設けることにより、複数のチャネルが形成されるようにすることも可能である。また、マルチプレクサをＡ／Ｄ変換器に後置接続することにより、変換後のセンサ信号と変換後の給電信号とを多重化により組み合わせるようにすることもできる。後者の場合には、Ａ／Ｄ変換器は複数のチャネルを有し、１つのチャネルごとに専用の信号が割り当てられる。すなわち、給電信号またはセンサ信号が割り当てられる。

以下、上述の複数の異なるトポロジーの有利な実施形態について説明する。

本発明では、マルチプレクサをＡ／Ｄ変換器に前置接続するか、または、Ａ／Ｄ変換器の入力インタフェースの一部とすることができる。このマルチプレクサは少なくとも２つの入力端を有し、これらの入力端のうち１つはセンサ素子に接続されており、前記入力端のうち他の１つは給電信号タップに接続されている。前記マルチプレクサは、有利には時分割マルチプレクサである。

さらに、前記信号伝送ユニットがマルチプレクサを有するように構成することもできる。その際には、マルチプレクサの入力端はＡ／Ｄ変換器の出力端に接続されている。Ａ／Ｄ変換器のこの出力端は、Ａ／Ｄ変換器によって変換された変換給電信号に割り当てられている。マルチプレクサの他の１つの入力端はＡ／Ｄ変換器の出力端に接続されている。Ａ／Ｄ変換器の後者の出力端は、センサ信号に割り当てられている。

さらに、Ａ／Ｄ変換器は、複数の変換エレメントを有するマルチチャネルＡ／Ｄ変換器とすることができる。これらの変換エレメントのうち１つの変換エレメントの入力端はセンサ素子に接続されており、前記変換エレメントの他の１つの変換エレメントの入力端は給電信号タップに接続されている。このような構成では有利には、マルチチャネルＡ／Ｄ変換器にマルチプレクサが後置接続される。このマルチプレクサはとりわけ、信号伝送ユニットの入力段の一部とすることができる。後者の構成では、センサ信号と給電信号とは前記マルチチャネルＡ／Ｄ変換器の複数の変換エレメントにおいてそれぞれ並行して変換され、変換後の給電信号と変換後のセンサ信号とが、Ａ／Ｄ変換器に後置接続されたマルチプレクサにより組み合わされる。

変換されていない状態の給電信号は、とりわけセンサ素子の給電状態等であるセンサモジュールの給電状態、Ａ／Ｄ変換器の給電状態、信号伝送ユニットの給電状態、および／または、センサモジュールの他の構成要素の給電状態、たとえばマルチプレクサの給電状態を表す。この給電信号は、たとえば、センサモジュール外部に直に存在するかまたはセンサモジュール内部に存在する給電電圧または給電電流によって、上述のような給電状態を表す。それゆえ、たとえば給電線において電圧降下が生じる場合、給電信号はセンサモジュールの実際の給電状態またはセンサモジュールの構成要素の実際の給電状態を表し、離れた場所において給電線に印加される電圧を表すものではない。センサモジュールの給電信号タップに印加される給電信号を利用して給電状態を検出する手段は、複数存在する。この給電信号タップは単独のタップとするか、または、給電信号を伝送する線路を単に分岐させたり引き出したりしたものとすることもでき、たとえば、給電信号が印加される導体路を分岐させたり引き出したりしたものとすることができる。

それゆえ本発明では、給電信号タップは、給電電圧が印加されるセンサモジュールの給電電圧レールに設けられている。センサモジュールの他の構成要素、とりわけセンサ素子、Ａ／Ｄ変換器および／または信号伝送ユニットへの給電は、この給電電圧により行われる。これに代えて択一的に、前記給電電圧レールに接続された分圧器に給電信号タップを設けることも可能である。その場合には、分圧器の外部端子が給電電圧レールに接続されているか、ないしはセンサモジュールの給電部の接地に接続されており、分圧器の中間タップが給電信号タップとなる。上記の実施例では、レベルないしは振幅の大きさが給電状態を表す。

また、センサモジュールの給電部内に設けられたシャント抵抗に給電信号タップを設ける構成も可能である。とりわけ、このシャント抵抗はセンサモジュールの給電入力端と、当該センサモジュールの各部品の給電入力端との間に直列接続される。シャント抵抗に流れる給電電流は、この給電電流に比例する電圧を生成する。したがって、シャント抵抗のタップには、この給電電流に直接比例する電位が生成される。給電信号タップは、この電位が存在するシャント抵抗の箇所に接続されている。この構成でも、レベルないしは振幅の大きさが給電状態を表す。シャント抵抗に代えて択一的に、他の素子を、たとえばホールセンサを電流検出に用いることも可能である。

また、電圧変換器内または電圧レギュレータ内に設置された内部制御信号線路に前記給電信号タップを設ける構成も可能である。電圧変換器ないしは電圧レギュレータは、センサモジュールの給電部内に存在する。電圧を一定に維持するため、または、所定の電圧レベルを生成するためには、センサモジュール外部または内部に、特にセンサモジュールの給電部内に設置された電圧変換器ないしは電圧レギュレータが適している。前記給電信号タップに接続された内部制御信号線路はたとえば、電圧変換器または電圧レギュレータの出力段の入力線路である。この入力線路のレベルが給電状態を表す。さらに、この内部制御信号線路は、デューティ比を有する制御信号を伝送するチョッパ制御線路とすることもできる。このデューティ比により、電圧変換器において入力電圧がチョッパ制御され、デューティ比の大きさが、給電電圧として出力される出力電圧のレベルを決定する。よって、このような制御信号線路は、出力電圧を直接表すデューティ比を有する信号を伝送する。電圧変換器の入力電圧が過度に低い場合、前記デューティ比の値は定格範囲外となる。それゆえ、前記給電信号タップには、デューティ比がセンサモジュールの給電状態を表す給電信号が生じる。デューティ比の代わりに、電圧変換器に設けられたチョッパを制御する周波数またはパルス期間が、給電状態を表すことも可能である（前記チョッパはデューティ比制御も行われる）。その際には、制御信号線路の信号が、とりわけ当該信号のデューティ比または周波数またはパルス期間が、給電状態を表す。一般的には、給電信号が給電状態を表し、とりわけ、センサモジュールの部品に電圧ないしは電流が定格動作領域内で供給されているか否かを表す。

電圧変換器内においてチョッパを制御する内部制御信号線路に給電信号タップが設けられている場合、前記給電信号は２値信号であり、必ずしも、この信号をＡ／Ｄ変換器によって変換しなければならないということはない。この場合には、入力端が給電信号タップに接続されたＡ／Ｄ変換器は、たとえば電圧フォロワに相当するか、または、制御信号線路における給電信号の信号レベルを変化または適合させ、および／または、インピーダンスを変換するインピーダンス変換器ないしはオペアンプに相当する。この場合にはたとえば、前記Ａ／Ｄ変換器を論理ゲートとし、たとえばＮＯＴゲートとすることにより、レベルが当該論理ゲートにより定められた変換給電信号にアナログ給電信号タップが変換されるようにすることができる。

本発明はさらに、センサモジュールの監視方法として実施することも可能である。したがって本発明は、自動車の動作パラメータを検出するセンサモジュールの監視方法も対象とする。この監視方法では、センサモジュールのセンサ素子がセンサ信号を出力し、センサ素子から出力されたこのセンサ信号はＡ／Ｄ変換器により変換され、この変換センサ信号が信号伝送ユニットにより伝送される。本発明では、センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す未変換の給電信号を、センサ信号の変換も行う前記Ａ／Ｄ変換器が、変換給電信号に変換する。したがって、Ａ／Ｄ変換器はセンサ信号も給電信号も変換する。ここで、センサモジュール、センサ素子、Ａ／Ｄ変換器および信号伝送ユニットは、上記にてセンサモジュールに関して特定した、同じ呼称を有する構成要素に相当する。

Ａ／Ｄ変換器がマルチチャネルＡ／Ｄ変換器として構成されている場合、Ａ／Ｄ変換器はセンサ信号と給電信号とを同時に変換することができる。これに代えて択一的に、Ａ／Ｄ変換器は給電信号とセンサ信号とを順次変換することができる。その際には、時分割マルチプレクサが、Ａ／Ｄ変換器による変換前のセンサ信号と給電信号とを時分割多重方式により組み合わせる。また、Ａ／Ｄ変換器による変換後に、多重方式を用いて、とりわけ時分割多重方式を用いて、センサ信号および給電信号をマルチプレクサにより組み合わせることも可能である。

本発明の方法の一実施形態では、変換後のセンサ信号を伝送する信号伝送ユニットはさらに、変換後の給電信号も伝送する。その際には前記信号伝送ユニットは、変換後のセンサ信号と変換後の給電信号とを組み合わせたものを含む複合信号を伝送する。この組み合わせはとりわけ多重方式により、有利には時分割多重方式により行われる。

上記にて本発明のセンサモジュールについて説明したのと同様、変換センサ信号と変換給電信号との組み合わせを行うことができる手法は種々存在する。変換センサ信号と変換給電信号とを多重方式により組み合わせて前記複合信号を形成することができる。その際には、前記信号伝送ユニットは前記複合信号を伝送する。さらに、センサ素子から出力されたセンサ信号と未変換の給電信号とを多重方式により組み合わせて複合信号を形成することもでき、この複合信号は、Ａ／Ｄ変換器によって変換された後に信号伝送ユニットから伝送される。さらに、前記信号伝送ユニットは、前記伝送を行うための少なくとも２つの論理チャネルを有することもできる。その際には、変換後のセンサ信号は伝送用の前記論理チャネルのうち１つに割り当てられ、変換後の給電信号は伝送用の前記論理チャネルのうち別の１つに割り当てられる。双方の論理チャネルを組み合わせて複合信号を形成して伝送する。たとえば、各１つのデータグラムまたはデータパケットにおけるビット位置を異ならせ、第１のビット位置区間を第１の論理チャネルに割り当て、第２のビット位置区間を第２の論理チャネルに割り当てることにより、２つの論理チャネルを実現することができる。これら２つのビット位置区間を１つのビットワードにまとめて伝送することが可能である。さらに、データパケットによって前記複数の異なるチャネルを実現することも可能である。その際には、データパケットの第１群を第１のチャネルに割り当て、データパケットの第２群を第２のチャネルに割り当て、これら異なる論理チャネルのデータパケットを交互に伝送する。さらに、前記２つの論理チャネルに割り当てられた情報を１つの同じデータパケットが含むことも可能である。データパケットはヘッダも有し、このヘッダでは、たとえば宛先アドレスが指定される。さらに、データパケットおよび／または上記のビットワードは、論理チャネルの優先度に関する情報を含むこともできる。前記論理チャネルはとりわけ、時分割多重方式または他の多重方式によって実現することができる。論理チャネルはさらに、上記で一例として説明したように、ビット区間を異ならせることにより、各データパケット内においてビット区間を異ならせることにより、または異なるデータパケットにより、実現することもできる。

他の実施形態として、未変換の給電信号を変換するＡ／Ｄ変換器を、マルチチャネルＡ／Ｄ変換器とすることも可能である。未変換の給電信号は、前記マルチチャネルＡ／Ｄ変換器の１つのチャネルにより変換され、センサ信号は前記マルチチャネルＡ／Ｄ変換器の別のチャネルにより変換される。マルチチャネルＡ／Ｄ変換器の複数のチャネルの出力は多重方式を用いて組み合わされ、１つの複合信号が形成される。この複合信号は、信号伝送ユニットにより伝送される。この複合信号はとりわけ、自動車の中央データ処理装置へ伝送されるか、または、遠隔に設置された、自動車のデータ処理装置へ伝送される。たとえば、前記複合信号は単心ケーブルまたは２心ケーブルを介して伝送される。この伝送は有利にはシリアル伝送である。この伝送はとりわけ、パケット交換方式とするか、または多元接続手法を用いることができる。

本発明の方法の他の１つの実施形態では、前記信号伝送ユニットは変換後のセンサ信号を、変換後の給電信号より高い優先度で、または高いデータ転送速度で、または高い分解能で、または高い更新レートで、または高い繰り返しレートで伝送する。その際には、前記複合信号の中で情報区間に割り当てられる優先度またはデータ転送速度または分解能または更新レートを、同じ複合信号で伝送される変換後の給電信号より高くする。

未変換の給電信号は、センサモジュールの給電電圧に比例するかまたは当該給電電圧と同一の電圧レベルとすることができる。未変換の給電信号はとりわけ、給電電圧を分圧することにより得られる電圧レベルとすることができる。さらに、未変換の給電信号を、センサモジュールの給電部内にあるシャント抵抗により当該センサモジュールの給電電流に比例して得られる電圧とすることもできる。したがって、この未変換の給電信号を、センサモジュールの給電電流が流れるシャント抵抗において降下する電圧とすることができる。

また、未変換の前記給電信号を、電圧変換器または電圧レギュレータの内部制御信号とすることも可能である。この電圧レギュレータないしは電圧変換器により、センサモジュールまたは当該センサモジュールの各部品に給電が行われる。前記内部制御信号により、電圧変換器または電圧レギュレータの出力電圧が設定される。この内部制御信号は、上記にて電圧変換器ないしは電圧レギュレータに関して説明した内部制御信号に相当する。この給電信号はとりわけ、出力段の駆動制御信号とするか、または、電圧レギュレータのチョッパを制御するパルス期間、周波数またはデューティ比を表すことができる。

上記にて説明した内部制御信号はたとえば、電圧レギュレータまたは電圧変換器の、対応する端子において、たとえば制御端子において取り出すことができる。

本発明はさらに、複合信号により実現することも可能である。この複合信号は、少なくとも１つのセンサ信号と１つの給電信号とを組み合わせたものである。この少なくとも１つのセンサ信号は、自動車の少なくとも１つの動作パラメータを表し、この少なくとも１つの動作パラメータは自動車の少なくとも１つのセンサモジュールにより検出される。給電電圧信号は、前記少なくとも１つのセンサモジュールにおける給電電圧または給電電流を表す。複合信号はセンサ信号と給電信号とを交互に表すか、または、複数のパラレルの論理チャネル上で表す。

その際には前記複合信号は、センサ信号と給電信号とを、各異なるタイムスロットにて表すことができる。これらの異なるタイムスロットを、前記複数のパラレルの論理チャネルと見なすことができる。前記複数のタイムスロットを同期時分割多重化方式または非同期時分割多重化方式のシーケンスとし、時分割によって組み合わせを行い、時分割多重化方式のタイムスロットを設けることが可能である。さらに、前記複合信号はセンサ信号と給電信号とを、繰り返し送信されるデータパケットにおいて組み合わせることも可能である。各データパケットの一区間がセンサ信号を表し、これと同一のデータパケットの他の一区間が給電信号を表す。これに代えて択一的に、前記複合信号が複数の異なる種類のデータパケットを含むことも可能である。その際には、第１の種類がセンサ信号を表し、第２の種類が給電信号を表す。このようにして、センサ信号と給電信号とはそれぞれ異なるパケットに別々に割り当てられる。前記複合信号が複数のデータパケットを含む場合、これらのデータパケットはさらに、優先度に関する情報を含むこともできる。その際には、センサ信号を表すデータ区間またはデータパケットに、より高い優先度を割り当てる。また、前記複合信号は、給電信号より高いデータ転送速度または高い分解能で、センサ信号を表すことも可能である。とりわけ複合信号は、給電信号を表すかまたは給電信号に割り当てられた区間より高い更新レートまたは高い繰り返しレートで当該複合信号に含まれている、センサ信号を表す区間を有することができる。

前記複合信号は有利にはシリアル信号である。とりわけ前記複合信号は、１つのレベルを有する１つの信号であり、この１つのレベルの時間的推移が当該複合信号の内容を表す。このことにより複合信号は、単線ケーブルまたは（平衡）２線ケーブルを介して伝送するのに適したものとなる。このことにより、複合信号は、センサ信号を伝送するために既に設置されている線路が１つだけである既存の配線接続技術を用いて伝送するのに適したものとなり、本発明ではこの１つの線路を介して、前記複合信号を伝送し、ひいては給電信号も伝送するということになる。

本発明の１つの実施形態では前記複合信号は、給電信号をローパスフィルタリングしたものとして前記給電信号を表す。このことにより、たとえばバッファリングされることにより悪影響を及ぼさなくなる短時間の電圧降下をフィルタリングにより除去することができ、さらに処理を行わなくても良くなる。また、センサ信号をローパスフィルタリングしたものとして前記センサ信号を複合信号に含めることも可能である。

このことに対応するため、本発明のセンサモジュールはローパスを含むことができ、このローパスはＡ／Ｄ変換器と給電信号タップとの間に設けられる。このローパスは、有利にはアナログのローパスである。さらに、センサモジュールのローパスは、Ａ／Ｄ変換器と信号伝送ユニットとの間に設置することも可能である。後者の構成のローパスは、有利にはデジタルのローパスである。さらに、信号伝送ユニットの入力段にローパスを設置することも可能であり、このローパスは有利にはデジタルである。さらに、センサ素子とＡ／Ｄ変換器との間、ないしは、Ａ／Ｄ変換器と信号伝送ユニットとの間にローパスを設置することもできる。

対応する他の実施形態では、本発明の方法は、未変換の給電信号をＡ／Ｄ変換器へ供給する前にローパスフィルタリングするか、または、Ａ／Ｄ変換器が出力した変換後の給電信号を、信号伝送ユニットが伝送する前にローパスフィルタリングする。またセンサ信号も、Ａ／Ｄ変換器による変換前に、またはＡ／Ｄ変換器による変換後に、ローパスフィルタリングすることもできる。

本発明のセンサモジュールの第１の実施形態を示す。 本発明のセンサモジュールの第２の実施形態を示す。 本発明のセンサモジュールの第３の実施形態を示す。

本発明の実施形態
図１に本発明の第１の実施形態のセンサモジュールを示している。このセンサモジュールは、出力端１２を有するセンサ素子１０を有し、この出力端１２は、センサ１０のセンサ信号を出力するように構成されている。センサ１０はさらに、給電電圧電位Ｖ＋およびＭに接続されており、これらの給電電圧電位によってセンサ１０に電力が供給される。図１に示されたセンサモジュールはさらに、２つの変換エレメント２２ａ，２２ｂを有するＡ／Ｄ変換器２０を含む。このようにしてＡ／Ｄ変換器２０はマルチチャネル構成となり、第１のチャネルは変換エレメント２２ａによって実現され、他の１つのチャネルは変換エレメント２２ｂにより実現される。第１のチャネルすなわち変換エレメント２２ａはセンサ素子１０の出力端１２に接続されているのに対し、変換エレメント２２ｂは給電信号タップ３０に接続されている。給電信号タップ３０は、直列に設置された２つの抵抗器３２，３４により構成された抵抗分圧器の中間タップに相当する。この分圧器の抵抗器３２，３４は直列に配置されており、給電電圧電位Ｖ＋およびＭに接続されている。分圧器の中間タップに存在する電位は、給電電圧が両抵抗器３２，３４の相互間の比に応じて減少したものを表す。

センサ１０と同様、Ａ／Ｄ変換器２０も給電電圧電位Ｖ＋およびＭに接続されている。したがって、両変換エレメント２２ａおよび２２ｂには給電電圧電位Ｖ＋およびＭによって給電が行われる。

図１のセンサモジュールはさらにマルチプレクサ４０も有し、これは、変換エレメント２２ａ，２２ｂごとに１つの入力端を有する。Ａ／Ｄ変換器２０の各チャネルないしは各変換エレメント２２ａ，２２ｂはそれぞれ出力端２４ａ，２４ｂを有し、各出力端２４ａ，２４ｂはそれぞれ、マルチプレクサ４０の対応する入力端に接続されている。マルチプレクサ４０はＡ／Ｄ変換器２０の出力端２４ａ，２４ｂの各レベルを多重化することにより組み合わせ、このようにして形成された複合信号を当該マルチプレクサの出力端４２において出力する。未変換の給電信号を変換するための変換エレメント２２ｂの時間分解能ないしは値の分解能、ないしは、給電信号に割り当てられたチャネルの時間分解能ないしは値の分解能は、別の変換エレメント２２ａないしは別のチャネルより小さくすることができる。具体的な実施形態では、変換エレメント２２ｂをコンパレータまたは論理ゲートにより実現することができる。これにより、変換後の給電信号の出力レベルは２つの異なるレベルとなる。この場合、給電信号の変換エレメントの分解能は２段階のみであり、有利には、給電信号の変換エレメントの分解能を２段階より多くの段数とすることができ、たとえば２^Ｎ段とし、Ｎ＝４，６，８以上とすることができる。

センサモジュールはさらに信号伝送ユニット５０も含み、この信号伝送ユニット５０の入力端はマルチプレクサ４０の出力端４２に接続されている。この伝送ユニットは、線路を接続することが可能な物理的入出力インタフェース５２を含む。矢印６０は、信号伝送ユニット５０が前記入出力インタフェース５２を介して信号を伝送するための伝送経路を表す記号であり、前記信号はたとえば、中央および／または遠隔に設置されたデータ処理装置へ伝送される。入出力インタフェース５２は有利には差込コンタクトを含み、とりわけシリアルインタフェースである。矢印６０により表されている、信号伝送ユニット５０の伝送は、中央データ処理ユニットへ続いており、この中央データ処理ユニットはとりわけ、前記センサモジュールの設置先である自動車の車載コンピュータとして構成されている。前記給電電圧電位ＭおよびＶ＋は自動車の車載電源装置に接続されているので、センサモジュールはこの車載電源装置により給電される。

図１の実施形態では、センサ信号および給電信号を処理するために２つの別個のチャネルを用いており、Ａ／Ｄ変換器２０に後置接続されたマルチプレクサ４０は、変換後の両信号を多重化により、とりわけ時分割多重化により組み合わせる。時分割多重化により組み合わせる代わりに択一的に、異なる態様で、マルチプレクサは２つ以上の論理チャネルを有し、これらの論理チャネルは出力インタフェース５２の１つの同じ物理的チャネルを介して信号伝送ユニット５０によりパラレル伝送される構成も可能である。前記２つ以上の論理チャネルは多元接続方式により実現され、とりわけ時分割多重化、周波数分割多重化または符号分割多重化により実現される。

図２に示された本発明の第２の実施形態のセンサモジュールは、出力端１１２を有するセンサ１１０を含み、センサモジュール１１０は給電電位Ｖ＋およびＭにより給電される。センサ素子１１０の出力端１１２はマルチプレクサ１４０の入力端に接続されている。マルチプレクサ１４０の他の１つの入力端は給電信号タップ１３０に接続されている。給電信号タップ１３０は図１と同様、分圧器の中間タップにより実現される。この分圧器は、抵抗器１３２および１３４を直列接続して構成され、分圧器の外部端子は、給電電圧電位ＭおよびＶ＋に接続されている。マルチプレクサ１４０もまた、給電電圧電位Ｖ＋およびＭを適切に接続することにより給電される。それゆえ、マルチプレクサ１４０は給電入力端１４４，１４６を有し、これらの給電入力端１４４，１４６は給電電圧電位ＭおよびＶ＋に接続されている。マルチプレクサ１４０は、Ａ／Ｄ変換器１２０の入力端に接続された出力端１４２を有する。マルチプレクサ１４０の出力端１４２はＡ／Ｄ変換器１２０の入力端に接続されている。マルチプレクサ１４０の出力端１４２は、未変換のセンサ信号と未変換の給電信号とを多重化方式で組み合わせることにより生成された複合信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器１２０はこのアナログ形式の複合信号を変換して、これを当該Ａ／Ｄ変換器１２０の出力端１２４において出力する。この出力端１２４は、出力インタフェース１５２を有する信号伝送ユニット１５０の入力端に接続されている。信号伝送ユニット１５０は複合信号を伝送するように構成されており、その伝送は矢印１６０により示されている。Ａ／Ｄ変換器１２０および信号伝送ユニット１５０の双方とも、給電モジュールの一部であり、給電電圧電位ＭおよびＶ＋によって双方に電力が供給される。

図２に示された実施形態では、マルチプレクサ１４０はＡ／Ｄ変換器１２０に前置接続されている。このような構成により、Ａ／Ｄ変換器１２０が既に、未変換（ひいてはアナログ）のセンサ信号と給電信号とを組み合わせた複合信号を生成する。

図３は本発明の第３の実施形態のセンサモジュールを示し、このセンサモジュールは、センサ素子２１０と、当該センサ素子２１０に後置接続されたマルチプレクサ２４０と、当該マルチプレクサ２４０に後置接続されたＡ／Ｄ変換器２２０とを有する。図３に示された実施形態ではさらに、Ａ／Ｄ変換器２２０に後置接続された信号伝送ユニット２５０も設けられている。この構成は、図２に示された構成に相当する。図３に示された実施形態と、図２に示された実施形態との相違点は、センサモジュールの各部品の給電および給電信号タップである。図３に示した実施形態では、マルチプレクサ２４０は、センサ素子２１０の出力端２１２に接続された第１の入力端と、給電信号タップ２３０に接続された第２の入力端とを有する。ここでは、図２に示した実施形態と異なり、給電信号タップ２３０は電圧レギュレータ２７０に接続されている。この電圧レギュレータ２７０は、給電電圧電位Ｖ＋に接続された電圧入力端と、前記給電電圧の接地に接続された制御入力端とを有し、前記接地は電位Ｍに相当する。電圧レギュレータ２７０はさらに、センサモジュールの各部品に給電のために接続された電圧出力端２７２を有する。とりわけ、電圧変換器２７０の給電出力端２７２は、センサ素子２１０の給電入力端と、マルチプレクサ２４０の給電入力端と、Ａ／Ｄ変換器２２０の給電入力端と、信号伝送ユニット２５０の給電入力端とに接続されている。電圧レギュレータ２７０はさらに、給電信号タップ２３０に（間接的に）接続された制御信号出力端２７４も有する。制御出力端２７４は、電圧レギュレータ２７０の内部制御信号線路に接続されており、この内部制御信号線路はたとえば、電圧レギュレータ２７０の出力段を制御するためのものであるか、または、電圧レギュレータ２７０の出力端２７２における出力電圧を調整するための、電圧レギュレータの開ループまたは閉ループ制御部に信号を供給するためのものである。

図３に示した本発明のセンサモジュールは、給電信号タップ２３０に後置接続されかつマルチプレクサ２４０に前置接続されたローパスフィルタ２８０を含む。とりわけ、ローパス２８０はＡ／Ｄ変換器２２０に（間接的に）前置接続されている。この構成により、重要な電圧ピークがフィルタリングにより除去されるのを少なくすることができる。

電圧レギュレータ２７０が給電信号を生成し、この給電信号は給電信号タップ２３０に印加され、後置されたローパス２８０によりローパスフィルタリングされてから、その後にマルチプレクサ２４０へ供給される。マルチプレクサ２４０はさらに、センサ素子２１０の出力端２１２からセンサ信号を受け取る。マルチプレクサ２４０が受け取ったセンサ信号と給電信号とは、マルチプレクサ２４０により組み合わされる。この組み合わされた信号はＡ／Ｄ変換器２２０へ供給され、Ａ／Ｄ変換器２２０は、このようにして生成された複合信号をデジタル形式で信号伝送ユニット２５０へ伝送する。信号伝送ユニット２５０は出力インタフェース２５２を有し、この出力インタフェース２５２により、前記複合信号がデジタル形式で伝送される。矢印２６０は、複合信号の伝送経路を表す。図１および２の実施形態と異なり、給電信号タップ２３０の未変換の給電信号は、後置接続されたローパス２８０により処理され、その後に、マルチプレクサ２４０によって給電信号とセンサ信号とが組み合わされる。

図３の実施形態に代わる別の実施形態では、ローパス２８０は設けられず、よって、給電信号タップ２３０はマルチプレクサ２４０の入力端に直接接続される。

図１に示された実施形態に代わる１つの別の実施形態では、マルチプレクサ４０は信号伝送ユニット５０の入力段の一部である。この構成により、マルチプレクサと信号伝送ユニットとの間のインタフェースを削減することができる。

信号伝送ユニットは有利にはシリアル出力インタフェースを有し、このシリアル出力インタフェースは有利には、複合信号を表すビットワードを伝送する。信号伝送ユニットの出力インタフェースはさらに、通信コネクションを確立および維持するための制御信号を伝送するように構成することもできる。とりわけ、信号伝送ユニットは、複合信号をパケット交換方式で伝送するように構成することができる。その際にはデータは、複合信号を表すパケットの形式で伝送され、このパケットにはヘッダ情報が設けられ、たとえば宛先アドレスおよび／または伝送優先度が設けられる。その際には、センサ信号および給電信号をそれぞれ異なるパケットに分配するか、または、これらの信号を組み合わせてパケットに入れることができる。とりわけ、信号伝送ユニットは、ＬＩＮ標準規格（ＩＳＯ １５７６５−２）、ＣＡＮ標準規格（ＩＳＯ １１８９８）、ＳＥＮＴ標準規格（ＳＡＥ Ｊ２７１６）またはＰＳＩ５標準規格に従って、複合信号を、ないしはセンサ信号および給電信号を伝送するように構成されている。また、前記信号伝送ユニットを、とりわけ信号伝送ユニットの出力インタフェースを、他の転送プロトコル標準規格に従って構成することも可能である。

Claims (11)

1. 自動車の動作パラメータを検出するように構成されたセンサモジュールであって、
   センサ信号を出力するように構成されたセンサ素子（１０）と、
   前記センサ素子（１０）に接続されており、かつ、複数の変換エレメント（２２ａ，２２ｂ）を有するＡ／Ｄ変換器（２０）と、
   前記Ａ／Ｄ変換器（２０）に接続されており、かつ、前記Ａ／Ｄ変換器（２０）の１つの変換エレメント（２２ａ）によって変換されたセンサ信号を変換センサ信号として伝送するように構成された信号伝送ユニット（５０）と、
   前記センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す未変換の給電信号が印加される給電信号タップ（３０）と
   を含むセンサモジュールにおいて、
   前記Ａ／Ｄ変換器（２０）の他の１つの変換エレメント（２２ｂ）の入力端は前記給電信号タップ（３０）に接続されており、
   前記信号伝送ユニット（５０）は、前記センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す、前記Ａ／Ｄ変換器（２０）の前記他の１つの変換エレメント（２２ｂ）によって変換された給電信号を変換給電信号として伝送するように構成されており、
   前記信号伝送ユニット（５０）はさらに、前記変換給電信号より高い優先度または高いデータ転送速度または高い分解能または高い更新レートで前記変換センサ信号を伝送する、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
2. 前記信号伝送ユニット（５０）がマルチプレクサ（４０）を有するか、もしくは、前記マルチプレクサ（４０）が前記信号伝送ユニット（５０）に直接前置接続されており、前記マルチプレクサ（４０）の１つの入力端（２４ｂ）は、前記変換給電信号に割り当てられた、前記Ａ／Ｄ変換器（２０）の他の１つの変換エレメント（２２ｂ）の出力端に接続されており、前記マルチプレクサ（４０）の他の１つの入力端（２４ａ）は、前記変換センサ信号に割り当てられた、前記Ａ／Ｄ変換器（２０）の１つの変換エレメント（２２ａ）の出力端に接続されている、
   請求項１記載のセンサモジュール。
3. 前記マルチプレクサ（４０）は、前記１つの入力端（２４ｂ）の信号と前記他の１つの入力端（２４ａ）の信号とを多重化によって組み合わせて１つの複合信号を形成する、
   請求項２記載のセンサモジュール。
4. 自動車の動作パラメータを検出するように構成されたセンサモジュールであって、
   センサ信号を出力するように構成されたセンサ素子（１１０）と、
   前記センサ素子（１１０）に接続されたマルチプレクサ（１４０）と、
   前記マルチプレクサ（１４０）に接続されたＡ／Ｄ変換器（１２０）と、
   前記Ａ／Ｄ変換器（１２０）に接続されており、かつ、前記Ａ／Ｄ変換器（１２０）によって変換されたセンサ信号を変換センサ信号として伝送するように構成された信号伝送ユニット（１５０）と、
   前記センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す未変換の給電信号が印加される給電信号タップ（１３０）と
   を含むセンサモジュールにおいて、
   前記マルチプレクサ（１４０）は少なくとも２つの入力端を有し、前記少なくとも２つの入力端のうち１つは前記センサ素子（１１０）に接続されており、前記少なくとも２つの入力端のうち他の１つは前記給電信号タップ（１３０）に接続されており、
   前記信号伝送ユニット（１５０）は、前記センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す、前記Ａ／Ｄ変換器（１２０）によって変換された給電信号を変換給電信号として伝送するように構成されており、
   前記信号伝送ユニット（１５０）はさらに、前記変換給電信号より高い優先度または高いデータ転送速度または高い分解能または高い更新レートで前記変換センサ信号を伝送する、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
5. 前記マルチプレクサ（１４０）が前記Ａ／Ｄ変換器（１２０）の入力インタフェースの一部を成す、
   請求項４記載のセンサモジュール。
6. 前記マルチプレクサ（１４０）は、前記センサ信号と前記未変換の給電信号とを多重化によって組み合わせて１つの複合信号を形成する、
   請求項４または５記載のセンサモジュール。
7. 前記給電信号タップは、前記給電電圧が印加される、前記センサモジュールの給電電圧レールに設けられているか、
   または、
   前記給電信号タップは、前記給電電圧レール（Ｖ＋，Ｍ）に接続された分圧器（３２，３４）に設けられているか、
   または、
   前記給電信号タップは、前記センサモジュールの電源内に設けられたシャント抵抗に設置されているか、
   または、
   前記給電信号タップは、前記センサモジュールの電源内に存在する電圧変換器または電圧レギュレータ（２７０）内に設置された、前記電圧変換器または前記電圧レギュレータ（２７０）の出力電圧を制御する内部制御信号を送信するための内部制御信号線路（２７４）に設けられている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサモジュール。
8. 自動車の動作パラメータを検出するセンサモジュールの監視方法において、
   前記センサモジュールのセンサ素子（１０）がセンサ信号を出力し、当該センサ信号はＡ／Ｄ変換器（２０）の複数の変換エレメント（２２ａ，２２ｂ）のうちの１つの変換エレメント（２２ａ）に供給され、前記１つの変換エレメント（２２ａ）により変換されて、変換センサ信号として信号伝送ユニットにより伝送され、
   前記Ａ／Ｄ変換器（２０）の前記複数の変換エレメント（２２ａ，２２ｂ）のうちの他の１つの変換エレメント（２２ｂ）が、前記センサモジュールの給電電圧または給電電流を表す未変換の給電信号を受け取り、かつ、変換給電信号に変換し、
   前記信号伝送ユニットはさらに、前記変換給電信号より高い優先度または高いデータ転送速度または高い分解能または高い更新レートで前記変換センサ信号を伝送する、
   ことを特徴とする監視方法。
9. 前記変換センサ信号を伝送する前記信号伝送ユニットが、さらに前記変換給電信号も伝送する、
   請求項８記載の監視方法。
10. 前記変換センサ信号と前記変換給電信号とを多重化によって組み合わせて１つの複合信号を形成し、前記信号伝送ユニットが前記複合信号を伝送するか、
    または、
    前記センサ素子が出力した前記センサ信号と、前記未変換の給電信号とを、多重化によって組み合わせて１つの複合信号を形成し、当該複合信号を前記Ａ／Ｄ変換器（２０）によって変換した後に前記信号伝送ユニット（５０）によって伝送するか、
    または、
    前記信号伝送ユニットは伝送のための少なくとも２つの論理チャネルを有し、前記変換センサ信号は前記伝送のための前記少なくとも２つの論理チャネルのうち１つに割り当てられており、前記変換給電信号は前記伝送のための前記少なくとも２つの論理チャネルのうち他の１つに割り当てられているか、
    または、
    前記未変換の給電信号を変換する前記Ａ／Ｄ変換器（２０）はマルチチャネルＡ／Ｄ変換器であり、前記未変換の給電信号は当該マルチチャネルＡ／Ｄ変換器の１つのチャネルによって変換され、前記センサ信号は当該マルチチャネルＡ／Ｄ変換器（２０）の１つの他のチャネルによって変換され、当該マルチチャネルＡ／Ｄ変換器（２０）の複数のチャネルの出力が多重化により組み合わされて１つの複合信号を形成し、当該複合信号を前記信号伝送ユニットにより伝送する、
    請求項８または９記載の監視方法。
11. 前記未変換の給電信号は、前記センサモジュールの給電電圧に比例するかまたは等しい電圧レベルであるか、
    または、
    前記未変換の給電信号は、前記センサモジュールの電源内のシャント抵抗により当該センサモジュールの給電電流に比例する電圧であるか、
    または、
    前記未変換の給電信号は、前記センサモジュールに給電するための電圧変換器または電圧レギュレータ（２７０）の出力電圧を調整するための、当該電圧変換器または電圧レギュレータ（２７０）内の内部制御信号である、
    請求項８から１０までのいずれか１項記載の監視方法。

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