CN102356320A - 车辆安全系统的传感器模块和操作这种传感器模块的方法 - Google Patents

Abstract

建议了一种用于车辆安全系统的传感器模块和一种用于操作这种传感器模块的方法，其中根据传感器信号通过发送器以无线方式发送数据。传感器信号和用于操作传感器模块的能量利用相同的装置、特别地利用线圈（SP）以感应方式来生成。

Description

车辆安全系统的传感器模块和操作这种传感器模块的方法

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的用于车辆安全系统的传感器模块和一种用于操作这种传感器模块的方法。

背景技术

由DE 11 2006 003 053 T5公知一种无线转速传感器，其中汽车车轮的转数被测量并且由传感器取得的测量值被整理（aufbereiten）成说明轮的转数的数据电报。此外，该传感器被配置为使得数据电报以无线方式来发送。为了测量线转数（Drahtdrehzahl），测量单元测量磁通量的变化并且以无线方式将相对应的信号反馈到基站或者控制单元。本传感器部件包括电池或者其他类型的通常提供相对小的电流的能量源或者电流源，譬如来自具有低电压的供电装置。此外，所谓的ECU部件可以指示传感器部件转到睡眠模式，以便节约电池电流，因为车辆会停车。由US 2004/0150516 A1公知了一种无线转数敏感元件系统（Drehzahlfuehlersystem），其中产生和/或存储所需的能量，以便给无线转数敏感元件供电。在此，设置有使用如下用于能量生成的发电机的能量管理装置（Energiemanagement）：该用于能量生成的发电机利用车辆车轮的旋转来生成能量。高效可再充电的电池或者超级电容器用作存储设备。所谓的多极旋转发电机可以被用作发电机。发送器元件可以被切换到睡眠模式或者不活动，直至控制设备通过其发送器模块唤醒该传感器。

发明内容

与此相比，根据本发明的用于车辆安全系统的传感器模块和用于操作这种传感器模块的相对应的方法具有如下优点：用来以感应方式生成传感器信号的相同装置也以感应方式生成能量。对具有该装置的部件的多次利用引起紧凑结构，使得传感器模块可以构建得非常小。由此，极大地减小了要可供使用的安装空间。这最后导致成本减小。此外，永磁体的使用（如永磁体在无源转速敏感元件的情况下常见的那样）可以省去，并且由此能采用多极编码器。通过该编码器上的较大数目的极对可以提高单位时间的磁通量的变化。由此，空间分辨率（Ortsaufloesung）增大，并且所感应的电压也增大。

传感器模块在此应被理解为如转数敏感元件或者加速度传感器或者转动速率传感器或者气压传感器或者固体声传感器的结构单元。传感器模块尤其是还与如钢轮或者多极编码器的部件相关。传感器模块在此可以具有真正的传感器元件，在所述真正的传感器元件中在此例如可以使用霍尔效应、各向异性的磁阻效应（AMR）和巨磁阻（GMR效应）。除了传感器元件之外常见地也还存在执行传感器信号的预处理的ASIC（专用集成电路）。传感器模块在此是封闭的结构单元。仅设置有至安装位置的连接装置。

车辆安全系统例如是行驶动态控制系统（Fahrdynamikregelung）、制动系统和/或安全气囊系统。

用于根据传感器信号无线发送数据的发送器至少是无线电发送器，该无线电发送器例如以高的扩频、如DSSS：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）或者发送频率的连续更换（FHSS：跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum））来使用。所谓的RFID、即应答器技术在此也可以被使用。在此，能量供给也可以通过所发射的电磁波来进行，其中在传感器模块中的天线线圈中对所感应的电流进行整流并且给蓄能器充电。该蓄能器针对读取过程而给芯片供给电流或者只能被用于为微芯片供电。信号直接由控制设备中的发送器或者由外部发送器发送给传感器。RFID标签调制电磁波并且这样传输信息。

数据例如是数据电报，真正的传感器值被安置在所述数据电报中。传感器信号代表传感器元件发出的传感器值。在此，也可以涉及多路传感器信号。数据电报除了有用数据（例如传感器值）之外也可以具有如标识数据或者用于纠错的附加数据的其他数据。

该装置如由从属权利要求所得知的那样例如是线圈。线圈可以具有极其不同的结构。尤其是，该装置也可以在微芯片上通过结构化来制造。该装置具有如下特性：该装置同时生成传感器信号和用于传感器模块的能量。

传感器模块的运行指的是传感器模块的开始运转。

在此按照感应定律对磁通量的变化以感应方式检测。

在从属权利要求中说明了在独立权利要求中所说明的用于车辆安全系统的发送器模块和用于操作这种用于车辆安全系统的传感器模块的方法的有利的扩展方案和改进方案。

已证明为有利的是，该装置具有至少一个线圈。尤其是，该装置可以具有仅仅一个线圈。

此外有利的是，该装置被配置为使得能量和传感器信号通过经由线性运动或者旋转运动的感应来生成。

旋转运动例如可以在转数敏感元件中通过旋转的钢轮或者多极编码器来实现，该多极编码器被构造为盘。

此外有利的是，传感器模块作为用于能量的蓄能器具有至少一个如下电容器：所述电容器被用于防止该构件受到电磁波的入射（瞬时干扰）的影响。同时，电磁波的辐射也被衰减。

此外有利的是，传感器模块具有带有多于48个极对的多极编码器。这通过带有数据的无线传输的本配置来容易地实现并且能够实现高的感应电压或高的空间分辨率。

此外有利的是，传感器模块针对低功率模式和高功率模式来配置，其中传感器模块具有如下转换器：所述转换器根据车辆量和/或事件在低功率模式与高功率模式之间转换。低功率模式意指如下状态：在该状态，传感器模块仅仅消耗少量能量，而高功率模式相对应地消耗更多的能量，即高功率模式比低功率模式消耗更多能量。

转换器通常可以按照软件但是也可以以电子方式或者以机械方式来构造。根据例如是车辆速度的车辆量和/或诸如轮状态、如打滑或者卡住的轮的事件来对该转换器产生影响。通过与事件相关地激励（Ansteuerung）该转换器，实现规则的相关性。尤其是，由此发送器的数据传输速率可以与车辆速度相关地或者基于规则地进行。在第一情况下，在低速度的情况下，数据在微控制器中或者在其他处理器或者分析电路中以低时钟频率被处理，并且以低的数据速率从传感器模块被发送给控制设备，在高速度的情况下，这是相反的。在受事件控制地激励该转换器的情况下，在微控制器中的数据处理的时钟频率和在正常运行时的数据传输速率是低的。在低功率模式下仅以预先给定的时间帧进行基本监控。需要时，如在轮打滑或者轮卡死时，信号以高的时钟频率在微控制器中被处理并且以高的速度梯度（Geschwindigkeitsradient）数据速率和/或绝对速度数据速率被传输。与速度相关的或者基于规则的信号传输当然可以被组合。

有利地，传感器模块具有带有这种开关的能量管理装置，该能量管理装置被布置在集成电路上，在该集成电路上也设置有传感器信号的预处理器。由此，可以将这些功能相互集成在ASIC上并且可以选择特别低廉紧凑的制造。

附图说明

本发明的实施例在附图中被示出并且在以下的描述中更为详细地予以阐述。

图1示出了车辆安全系统的方框电路图，

图2示出了转数敏感元件的第一实施形式，

图3示出了转数敏感元件的第二实施形式，

图4示出了根据本发明的传感器模块和控制设备的方框电路图，

图5示出了传感器模块关于能量生成和传感器信号生成的电路部分，

图6示出了发送器的方框电路图，以及

图7示出了根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1以方框电路图示出了车辆FZ中的车辆安全系统，该车辆安全系统具有四个转数敏感元件WSS1至4、用于行驶动态控制系统的控制设备ESP和由ESP控制设备进行ESP激励的执行器AKT。转数敏感元件WSS1至4通过无线电传输与控制设备ESP连接，使得转数敏感元件WSS1至4分别具有天线A1至A4，以便将所述转数敏感元件WSS1至4的数据传输给控制设备ESP，其中控制设备ESP具有天线A5，用于接收这些数据。由此，至少每个转数敏感元件WSS1至4都具有发送模块，以便例如以扩频方法将数据传输给控制设备ESP，其中控制设备ESP具有至少一个接收装置，以便能够正确地接收和解调这些信号。可能的是，在转数敏感元件WSS1至4与控制设备ESP之间的无线电连接单向地从转数敏感元件到控制设备ESP来实施或者也可以双向地实施。广播模式也是可能的。这指的是，发送器将数据发送给所有接收器，而不对特定的接收器进行寻址，如在无线电广播传输的情况下所常见的那样。

也可能的是，转数敏感元件将其数据传输给其他设备、例如另外的传感器，所述另外的传感器接着通过线缆连接与控制设备ESP连接，并且这样接着通过有线传输数据来实施第二部分。控制设备ESP根据该传感器和其他传感器信号来激励执行器AKT，例如激励制动装置。除了在此所示的转数敏感元件WSS1至4之外，用于车辆安全系统的其他传感器、如碰撞传感器、即例如加速度传感器、转动速率传感器、力传感器、固体声传感器、气压传感器以及如视频、雷达、激光雷达或者超声的环境传感器也可以以无线方式与控制设备相链接。

图2示出了有源转数敏感元件的作用方式，该有源转数敏感元件为了运行而被连接到电压源上以及（mit）被连接到能量源上。传感器检测磁通密度的变化。在此，例如霍尔传感器被设置为传感器元件22，该霍尔传感器测量钢轮20的磁通密度的变化。附加地，还设置有磁体21，该磁体21由于转动的钢轮而在磁场方面被改变。所得到的信号是正弦信号23，该正弦信号被转发给控制设备ECU，用于进一步处理。

转数敏感元件的另一实施形式在图3中示出。此处，具有变化的磁极的多极编码器30被设置为轮。该轮的回转引起传感器元件31处的磁通量的变化。传感器元件的信号被ASIC分析，并且接着作为数字信号被传输给控制设备ECU。这些数字信号用附图标记32标明。

公知的原理是霍尔效应、各向异性的磁阻效应和巨磁阻（GMR效应）。信号由ASIC整理并且提供具有与运动无关的恒定幅度的信号，该信号同样针对每个传感器连续地经由无线电被传输给控制设备并且在那里在微控制器中被进一步处理。

图4以方框电路图示出了根据本发明的用附图标记40至45标明的传感器模块和示出了控制设备ECU。根据本发明的传感器模块具有唯一的用于同时生成传感器信号和能量的装置40。通过通常被布置在ASIC上的能量管理装置41将能量存储在蓄能器42（例如电容器）中，所述蓄能器42也针对EMV（电磁兼容性）被使用。传感器信号被传输给在微控制器43之内或者之外的数字模拟变换器。微控制器43将传感器信号存储在环形缓冲区44中，并且当如车辆速度的车辆量和/或如轮卡死或者打滑的事件表明这一点时，该微控制器43将来自环形缓冲区的这些数据通过收发器45经由无线电信号传输给控制设备ECU的其他收发器46。这些数据可以从传感器信号本身中或者由控制设备ECU来获取。为此，无线电通信在此也双向地被构建。ASIC由传感器信号形成与速度相关的电压信号，该与速度相关的电压信号以数字方式已经在传感器模块中被处理。微控制器43在此可以将传感器信号转换成控制设备特定的信号，评价该信号并且将数据连续地存储在环形存储器中。所存储的数据在通常情况下例如在不允许的速度变化时接着可供使用并且被转发给收发器45，以便将这些数据传输给控制设备ECU。在ASIC中或者在微控制器中转换成数字速度信号或者加速度信号能够实现容易的进一步处理。该速度信号或者加速度信号可以直接给带有发射机45或者收发器的控制设备ECU以固定的离散时间间隔被传输给控制设备ECU，或者该信号事先在微控制器中被进一步处理和评价。此处，接着可以调整收发器45的上述的与速度相关的或者基于规则的数据传输速率。 

图5使传感器模块的根据本发明的部分可视化。线圈SP被连接到ASIC，一方面用于进行传感器处理PP而另一方面用于能量生成EE。能量供给装置EE尤其是可以给电容器C或者也可以给其他电容器或者蓄能器充电。由传感器信号预处理装置PP整理的传感器信号被传输给如下收发器TX：所述收发器TX通过天线AT根据传感器信号来发射数据。

收发器TX的可能的实施方案在图6中示出。数字信号可以首先被转换成模拟信号，以便对该信号进行放大并且接着例如通过扩频或者也通过跳频对该信号进行调制。调制装置MOD也可以已经以数字方式实现，并且在调制装置之后还可以采用放大器。相反地，接收器结构被构建为：在接收天线之后大多是变频器、放大器和滤波器以及数字信号处理装置。

图7以流程图示出了根据本发明的方法。在方法步骤700，例如利用线圈SP同时进行传感器信号生成和能量生成。传感器信号在方法步骤701被预处理并且例如提供参数，能量管理装置在方法步骤702需要所述参数，以便判定是否必须在传感器模块的低功率模式与高功率模式之间进行转换。被预处理的传感器信号在方法步骤704被准备用于传输并且在方法步骤705被发送。准备用于传输例如是构建数据电报。能量管理装置在方法步骤703判定：要提供多少能量，即高功率模式或者低功率模式，或可以通过处理的时钟速率或通过发送器TX进行发送的传输速率调整何种消耗。

Claims (10)

1.一种用于车辆安全系统的传感器模块，其中，所述传感器模块具有发送器（TX），用于根据传感器信号以无线方式发送数据，其特征在于，所述传感器模块利用相同的装置以感应方式生成传感器信号和用于所述传感器模块的能量。

2.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，所述装置具有至少一个线圈（SP）。

3.根据权利要求1或2所述的传感器模块，其特征在于，所述装置被配置为使得能量和传感器信号通过经由线形运动或者经由旋转运动的感应来生成。

4.根据上述权利要求之一所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块作为用于能量的蓄能器具有至少一个电容器（C），所述至少一个电容器（C）也针对电磁兼容性被采用。

5.根据上述权利要求之一所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块具有带有多于48个极对的多极编码器。

6.根据上述权利要求之一所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块针对低功率模式和高功率模式被配置，其中所述传感器模块具有如下转换器：该转换器根据车辆量和/或事件在低功率模式与高功率模式之间转换。

7.根据权利要求6所述的传感器模块，其特征在于，车辆量是车辆速度。

8.根据权利要求6或7所述的传感器模块，其特征在于，事件是轮状态。

9.根据权利要求6至8之一所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块具有带有转换器的能量管理装置，该能量管理装置被布置在也设置有传感器信号的预处理装置（PP）的集成电路上。

10.一种用于操作用于车辆安全系统的传感器模块的方法，其中通过发送器（TX）根据传感器信号以无线方式来发送数据，其特征在于，传感器信号和用于操作传感器模块的能量利用相同的装置以感应方式来生成。

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