JP6345766B2 - 自動車のステアリングコラムにおけるセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に係る自動車のステアリングコラムにおけるセンサ装置に関する。

独国特許第１０ ２００９ ０５７ ３６１ Ａ１号は、配線の複雑さを抑えるために、ステアリングコラムに配置されたステアリングコラムスイッチモジュールに物理的に隣接して配置されたトルクセンサ装置を開示している。

本発明は、コントローラとの配線の複雑さを減少させるような、自動車のステアリングコラムにおけるセンサ装置を開発する目的に基づく。

この目的は、請求項１の特徴に従って達成される。

少なくとも２つのセンサからの信号線が、共通データ線を介してコントローラに接続される場合、センサからコントローラへの１つのデータ線を省くことができる。センサのそれぞれは、コントローラによって、データ線と信号線とを介して個別に作動させることができ、コントローラからの信号が、それぞれアドレッシングされたセンサに、そのデータを、信号線とデータ線とを介してコントローラに出力するよう促す。

好適には、それぞれの場合の２つのセンサは、共通電圧接続を介して電源に接続されており、これにより、電力供給用の配線の複雑さも減少される。

個々の場合において、センサ装置の全てのセンサは、ほんの１本の供給線を介して共通電源に接続されると好都合である。

本発明の展開において、複数のトルクセンサと複数の回転角度センサとが設けられ、それぞれの場合の１つのトルクセンサと１つの回転角度センサとは、共通データ線を介してコントローラに接続される。特に、トルクセンサと回転角度センサとが、冗長な形態で存在する場合、コントローラに繋がるケーブルは、これにより、最小の数に減少させることができる。

冗長性を確実にするために、トルクセンサと、トルクセンサに関連付けられた回転角度センサとが、共通電圧接続を介して好適に電源に接続される。トルクセンサと、回転角度センサとを含むそれぞれの対は、よって、個別の電源に接続される。

センサ装置とコントローラとの間のケーブルの数をさらに最少にするために、全てのトルクセンサと全ての回転角度センサとが、共通データ線を介してコントローラに接続されるようになっている。さらに、センサ装置の全てのセンサが、ほんの１本の供給線を介して共通電源に接続される場合、ケーブル接続の数は、３本以下に減少される。

本発明の好適な展開において、コントローラは、Ｓｈｏｒｔ ＰＷＭ Ｃｏｄｅプロトコルを用いてセンサと通信し、Ｓｈｏｒｔ ＰＷＭ Ｃｏｄｅプロトコルを簡潔なやり方で用いて、問い合わせされるべきセンサをアドレッシングすることができる。このために、コントローラは、コントローラからのトリガパルスのロー信号の異なる時間の長さにわたって、データ出力を行わせるために関連するセンサを作動させるようになっている。

好適には、センサは、共通モジュラーユニットに組み込まれており、モジュラーユニットは、自動車のステアリングコラムに配置される。

本発明のさらなる特徴は、さらなる特許請求の範囲、明細書および図面に見出すことができ、これらは、以下に詳細に説明される本発明の例示的な実施形態を示すものである。

自動車のステアリングコラム用のセンサモジュールの模式図を示す図。 図１に示されるステアリングモージュルにて用いられるセンサ装置の模式図を示す図。 Ｓｈｏｒｔ ＰＷＭ Ｃｏｄｅプロトコル用の模式的信号列を示す図。 全てのセンサ用の共通電源を有する、図２に示されるセンサ装置の模式図を示す図。 全てのセンサ用の共通データ線を有する、図４に示されるセンサ装置の模式図を示す図。 共通電源と、共通データチャネルとを有する冗長トルクセンサを備えるセンサ装置の模式図を示す図。

図１に示されるセンサモジュール１は、破線で示した自動車のステアリングコラム２に配置され、双方向矢印４の方向に、長手軸３を中心として回転することができる。センサモジュール１は、センサ装置９を備え、センサ装置９を用いて、ステアリングコラム２のトルクおよび／または回転角度を取り込むことができる。センサ装置９は、センサモジュール１の一部であるモジュラーユニット５に組み込まれる。プラグ接続６を用いて、センサ装置９はコントローラ８に電気的に接続される。

図１に示される例示的な実施形態において、センサ装置９は、２つのトルクセンサ１０および１１と、２つの回転角度センサ２０および２１とからなる。センサ１０，１１，２０および２１は、センサ装置９のモジュラーユニット５のハウジングに保持され、２つのトルクセンサ１０および１１は、共通基板１９に配置され、２つの回転角度センサ２０および２１は、共通基板２９に配置される。基板１９および２９は、モジュラーユニット５に機械的に固定される。

各センサ１０，１１，２０，２１は、電圧接続１２，１４，１３，１５，２２，２４ならびに２３および２５を有し、また、それぞれの場合の１本の信号線１６，１７，２６，２７用の信号接続を有する。

センサ装置９のモジュラーユニット５は、ケーブル４０を用いてコントローラ８に接続され、コントローラ８には、センサ１０，１１，２０および２１からの信号が供給される。

図２に示すように、回転角度センサ２０の電源は、トルクセンサ１０の電源３９に結合される。このために、電圧接続２２は、電圧接続１２に接続され、これにより、両方の電圧接続１２および２２が、外部電圧源ＶＤＤの極、好ましくは外部電圧源ＶＤＤの正極に、共通電線３０を介して接続される。その結果、センサ１０および２０の電圧接続１４および２４は、組み合わされ、電圧源ＶＤＤの負極、またはそのグランドＧＮＤに、電線３２を介して共同で接続される。

トルクセンサ２０の信号線２６は、トルクセンサ１０の信号線１６に電気的に接続され、両方の信号線１６および２６は、センサ装置９とコントローラ８との間の共通データ線３４を介してコントローラ８に接続されて、データチャネルＤＡＴＡ ＣＨ１を形成する。

対応するやり方で、センサ１１および２１の信号線１７および２７は、互いに接続され、かつ、第２のデータチャネルＤＡＴＡ ＣＨ２としてのデータ線３５を介してコントローラ８に接続される。回転角度センサ２１の電源３９は、トルクセンサ１１の電源に、対応するやり方で接続され、接続１３および２３は、電圧源ＶＤＤに、電線３１を介して共同で接続される。電圧接続１５および２５は、電圧源のもう１つの極、特にそのグランドＧＮＤに、電線３２を介して共同で接続される。

センサ装置９は、よって、ほんの６本のケーブル、すなわち電源３９の電線３０，３１，３２および３３と、データ線３４および３５とを介して、コントローラ８に接続される。

互いに並列接続された、センサ１０および２０（トルクセンサ１０、回転角度センサ２０）の電源３９は、並列接続されたセンサ１１および２１（トルクセンサ１１、回転角度センサ２１）の電源３９から独立している。互いに並列接続されたセンサ１０，２０；１１，２１からのデータ出力は、それぞれの共通データチャネル、すなわちデータ線３４または３５を介して行われる。

コントローラ８と、それぞれのセンサ１０，１１，２０，２１との間の通信は、Ｓｈｏｒｔ ＰＷＭ Ｃｏｄｅ（ＳＰＣ）プロトコルを用いて行われ、その信号列は、図３に例として再現されている。２つの信号列５１および５２は、それぞれが通信セクション５０を含んで示されている。システムがアイドリング中の場合、１本のデータ線は、これに供給される値”１”を有する。センサ１０またはセンサ２０が、データ線３４でアドレッシングされるようになっている場合、例えば、アイドリング中に、コントローラ８からのトリガ信号が”ロー”に設定される。アイドリング中に、”ロー”信号５３の期間Ｔに応じて、１つのセンサ１０または他のセンサ２０のいずれかが、アドレッシングされる。図３に示される例示的な実施形態において、短い期間Ｔ_０は、トルクセンサ１０をアドレッシングすることを促し、トルクセンサ１０は、これに対して同期信号ＳＹＮＣにより応じ、ステータス信号を出力する。データは、次いで、信号列５１および５２にて、トルクセンサ１０により、例示的な実施形態においては３つのデータブロックＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２およびＤＡＴＡ３を用いて出力される。最大で６つのデータブロックを供給してもよい。データの転送に続いて、トルクセンサ１０は、また、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）を送信し、ＣＲＣは、コントローラ８によって、受信データのデータ統合性をチェックするために用いられる。

同じデータ線３４が、回転角度センサ２０をアドレッシングするのに用いられるようになっている場合、アイドリング中に、コントローラ８は、ロー信号５３を出力するために用いられ、ロー信号５３の期間Ｔ_１は、信号列５１のロー信号５３の期間Ｔ_０よりも大きく、好ましくは何倍も大きい。回転角度センサ２０は、期間Ｔ_１のロー信号５３に、同期信号ＳＹＮＣとステータス信号とによって反応し、その後、図示された例示的な実施形態においては、データは、データブロックＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２およびＤＡＴＡ３内で、コントローラ８に送信される。データの送信に続いて、回転角度センサ２０は、ＣＲＣも送信する。ＣＲＣは、再びコントローラ８によって、受信データのデータ統合性をチェックするために用いられる。このように、コントローラ８は、コントローラ８とモジュラーユニット５との間で、減少されたケーブルまたは電気接続線の数を与えられても、なお１つのセンサごとにアドレッシングすることが可能である。システムの冗長性は、相互に独立した電源３９を有する並列接続されたセンサ１０，２０；１１，２１によっても保持される。

本質的に、図４に示される例示的な実施形態は、図２に示される例示的な実施形態に対応し、この理由から、同一の部分には同じ参照符号を用いている。図２に示される例示的な実施形態と対象的に、電源３９、すなわち電圧源ＶＤＤに対して、電圧接続１２，１３，２２，２３は、一方で電線３０を介して共同で接続され、電圧接続１４，１５，２４，２５は、電線３３を介して共同で接続される。データ線３４および３５は、再び、２つの個別のデータチャネルＤＡＴＡ ＣＨ１およびＤＡＴＡ ＣＨ２を形成する。

センサ装置９またはモジュラーユニット５のセンサの全てのために選択された共通電源は、図２に示された６本のケーブルの数を、図４に示されるように、４本のケーブルまで減少させることを可能にする。

コントローラ８とセンサ装置９またはモジュラーユニット５との間の接続ケーブル４０のさらなる減少が、図５に示されている。図５におけるセンサ配置９の描写は、図４において示されるそれと対応しており、この理由から、同一の部分には同じ参照符号を用いている。図４の例示と対象的に、図５における全ての信号線１６，１７，２６，２７は、互いに接続され、かつ共通データ線３６を介して、データチャネルＤＡＴＡにてコントローラ８に通されている。センサ１０，１１，２０，２１のこの相互接続により、ここでは、コントローラ８と、センサ装置９またはモジュラーユニット５との間で、３本のケーブルのみが必要とされる。ＳＰＣプロトコル（Short PWM Code）は、図５に示されるように、ＩＤ選択モードにおいて、データ線３６を介して、最大で４つのセンサに問い合わせることができる。コントローラ８は、接続されたセンサ１０，１１，２０，２１のうちのどれが、共通データ線３６にて応じることを意図するかを、コントローラ８からのマスタートリガのロー信号５３のための時間の長さのみに基づき、決定することができる。コントローラは、よって、共通データ線３６を介して全てのセンサ１０，１１，２０，２１を連続的に読むことができる。

図６に示される例示的な実施形態において、２つのトルクセンサ１０，１１まで減少されたセンサ装置９が示されている。センサ１０および１１の、一方の電圧接続１２および１３と、他方の電圧接続１４および１５とは、並列接続され、電線３０および３２を介して共通電源３９に接続される。信号線１６および１７は、互いに接続され、単一のデータチャネルＤＡＴＡとしての共通データ線３４を用いて、外部のコントローラ８と通信する。

Claims (8)

1. 自動車のステアリングコラム（２）におけるセンサ装置であって、前記ステアリングコラム（２）に印加されるトルクの冗長的な取り込み、および／または、前記ステアリングコラム（２）の回転角度の取り込みのための少なくとも２つのセンサ（１０，１１，２０，２１）からなり、
   前記センサ装置（９）のセンサ（１０，１１，２０，２１）は、電線（３０，３１，３２，３３）を介して電源（ＶＤＤ，ＧＮＤ）に接続され、前記センサ（１０，１１，２０，２１）のそれぞれは、信号線（１６，１７，２６，２７）を介してコントローラ（８）にデータを送信する、センサ装置において、
   少なくとも２つのセンサ（１０，１１，２０，２１）からの前記信号線（１６，１７，２６，２７）が、共通データ線（３４，３５，３６）を介して前記コントローラ（８）に接続され、
   各センサ（１０，１１，２０，２１）は、前記コントローラ（８）によって、前記データ線（３４、３５、３６）と前記信号線（１６，１７，２６，２７）とを介して個別に作動させることができ、これにより、前記コントローラ（８）からの信号（５３）が、アドレッシングされた前記センサ（１０，１１，２０，２１）に、そのデータを、前記信号線（１６，１７，２６，２７）と前記データ線（３４，３５，３６）とを介して前記コントローラ（８）に出力するよう促し、
   それぞれの場合の２つの前記センサ（１０，１１，２０，２１）は、２組の電線（３０，３２，および３１，３３）を介して電源（３９）に接続される、ことを特徴とするセンサ装置。
2. 前記センサ装置（９）の全ての前記センサ（１０，１１，２０，２１）は、１組の電線（３０，３３）を介して共通電源（３９）に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 複数のトルクセンサ（１０，１１）と複数の回転角度センサ（２０，２１）とが設けられており、それぞれの場合の１つのトルクセンサ（１０，１１）は、それぞれの場合の１つの回転角度センサ（２０，２１）と共に、共通データ線（３４，３５，３６）を介して前記コントローラ（８）に接続される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ装置。
4. トルクセンサ（１０，１１）と回転角度センサ（２０，２１）とが、１組の電線（３０，３２）を介して前記電源（３９）に接続される、ことを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
5. 全ての前記トルクセンサ（１０，１１）と全ての前記回転角度センサ（２０，２１）とが、共通データ線（２６）を介して前記コントローラ（８）に接続される、ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記コントローラ（８）は、Ｓｈｏｒｔ ＰＷＭ Ｃｏｄｅプロトコルを用いて前記センサ（１０，１１，２０，２１）と通信する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセンサ装置。
7. 前記コントローラ（８）は、トリガパルスのロー信号（５３）の期間（Ｔ０，Ｔ１）にわたって、データ出力を行わせるためにセンサ（１０，１１，２０，２１）を作動させことを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。
8. 前記センサ（１０，１１，２０，２１）は、共通モジュラーユニット（５）に組み込まれており、前記モジュラーユニット（５）は、自動車の前記ステアリングコラム（２）に配置される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のセンサ装置。

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