多チャンネルのセンサユニット、およびこれに対応する作動方法

本発明は、独立請求項1の分野に属する、特に車両用の多チャンネルのセンサユニットを前提とするものであり、および、独立請求項7の分野に属する、特に車両の多チャンネルのセンサユニットを作動させる方法を前提とするものである。

車両の衝突センシングのために、500μsごとにセンサデータを周期的に付属のエアバッグ制御装置に送る、加速度を検出するための2チャンネルのセンサユニットが知られている。2チャンネルのセンサユニットとエアバッグ制御装置との間のデータ通信は、通常、SPIプロトコルに従って行われる。このことは、エアバッグ制御装置がセンサユニットの両方のチャンネルのセンサデータを、500μsの読取サイクルの内部で約2μsの時間的間隔で非同期的に読み取ることを意味している。このような2チャンネルのセンサユニットは、加速度を検出するために、および各々のセンサチャンネルについてセンサ信号を出力するために、少なくとも1つの2チャンネルのセンサを含んでいる。さらに各々のセンサチャンネルについて、対応するセンサ信号を前処理するために、および対応するセンサデータをインターフェースユニットへ出力するために、信号前処理ユニットが設けられている。インターフェースユニットは、SPIプロトコルを介して制御装置とやり取りをする。さらに各々のセンサチャンネルには、マスタレジスタが付属している。マスタレジスタは、検出された加速度値を最新のセンサデータとして継続的に保存する。インターフェースユニットは読取コマンドに対する反応として、対応するマスタレジスタに保存されているセンサデータを非同期的に出力する。このことは、インターフェースユニットがたとえば第1の読取コマンドを受信したときに、第1のセンサチャンネルの第1のマスタレジスタに保存されている最新の第1のセンサデータを出力し、第2の読取コマンドを受信したときに、第2のセンサチャンネルの第2のマスタレジスタに保存されている最新の第2のセンサデータを出力することを意味している。そのために、第2のマスタレジスタの第2のセンサデータの内容がすでに変更されており、第1および第2のセンサデータが同時に検出された加速度値ではなく、異なる時点で検出された両方のセンサチャンネルの加速度値を表しているというリスクが生じる。32ビットSPIプロトコルの導入に伴い、第1および第2のセンサデータの読み出しの間の時間的間隔は2倍になっており、第1および第2のセンサチャンネルの間の誤差も非同期式の走査に基づいて増大している。

それに対して、独立請求項1の構成要件を備える本発明による多チャンネルのセンサユニットは、複数のチャンネルのセンサデータが、時間的にずれた非同期式の読取プロセスにもかかわらず、時間的に同期したデータを出力するという利点を有している。このことは、同時に検出された物理量の値を、対応するセンサデータとして、時間的にずれた非同期の読取時点で出力することができることを意味している。このことは、信頼度の高い外乱抑圧(コモンモードリジェクション)を可能にするという利点があり、外乱はたとえばEMCや、供給回線での動作上の変動によって引き起こされることがある。本発明の実施形態は、電気的な外乱(PSRRやEMC)があるときの同相での偏向の厳密な判定、ならびに45°アプリケーションについての安全性にとってクリティカルな判定を可能にするという利点がある。さらに本発明の実施形態は、ASIC(特定用途集積回路)に最小限のコストで実装することができる。

本発明の実施形態は、少なくとも1つの物理量を検出するための、および検出された物理量を表すセンサデータを出力するための、少なくとも1つの多チャンネルのセンサを有する多チャンネルのセンサユニットを提供する。このときセンサユニットは、少なくとも2つのセンサチャンネルのセンサデータを保存する少なくとも1つの主記憶手段を有しており、センサユニットは対応する読取コマンドに対する反応としてセンサデータを非同期的に出力する。本発明によるとセンサユニットは少なくとも1つの追加記憶手段を有しており、センサユニットはトリガ信号に対する反応として同時に少なくとも1つの主記憶手段で最新のセンサデータを保存する。センサユニットは第1の読取コマンドに対する反応として、少なくとも1つの主記憶手段に保存されている第1のセンサチャンネルの第1のセンサデータを出力する。さらにセンサユニットは第1の読取コマンドに対する反応として、別のセンサデータを少なくとも1つの追加記憶手段に保存し、センサユニットは少なくとも1つの追加記憶手段に保存されているセンサデータを、少なくとも1つの別の対応する読取コマンドに対する反応として出力する。

さらに、少なくとも1つの多チャンネルのセンサを含む、多チャンネルのセンサユニットを作動させる方法が提案される。少なくとも1つの多チャンネルのセンサを介して少なくとも1つの物理量が検出され、検出された物理量を表すセンサデータとして出力される。このとき少なくとも2つのセンサチャンネルのセンサデータが少なくとも1つの主記憶手段に保存され、対応する読取コマンドに対する反応として非同期的に出力される。本発明によると、最新のセンサデータはトリガ信号に対する反応として同時に少なくとも1つの主記憶手段で保存される。第1の読取コマンドに対する反応として、少なくとも1つの主記憶手段に保存されている第1のセンサチャンネルの第1のセンサデータが出力される。さらに第1の読取コマンドに対する反応として、少なくとも1つの主記憶手段に保存されている別のセンサデータが少なくとも1つの追加記憶手段に保存され、少なくとも1つの追加記憶手段に保存されたセンサデータは少なくとも1つの別の対応する読取コマンドに対する反応として出力される。

センサユニットとは、本明細書においては、物理量ないし物理量の変化を直接的または間接的に検出して、好ましくは電気センサ信号に変換する少なくとも1つのセンサ素子を含むモジュールであると理解される。このことは、たとえば音響波および/もしくは電磁波の送信および/もしくは受信を通じて、ならびに/または磁場ないし磁場の変化を通じて、ならびに/またはたとえばGPS信号などの衛星信号の受信を通じて行うことができる。センサユニットは、ハードウェアおよび/またはソフトウェアとして構成されていてよい少なくとも1つのインターフェースを有することができる。ハードウェアとしての構成では、インターフェースはたとえばセンサユニットの種々の機能を含むいわゆるシステムASICの一部であってよい。しかしながら、インターフェースが独立した集積回路であり、もしくは少なくとも部分的に離散したデバイスからなっていることも可能である。ソフトウェアとしての構成では、インターフェースは、たとえばマイクロコントローラ上に他のソフトウェアモジュールと並んで存在するソフトウェアモジュールであってよい。たとえば半導体メモリ、ハードディスクメモリ、光学メモリのような機械式に読取可能な媒体に保存され、センサユニットの評価・制御ユニットによりプログラムが実行されたときに評価を実行するために利用されるプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品も好ましい。

受信された波の発生ないし強度、波長、周波数、角度などを検知する、たとえばフォトプレートおよび/または蛍光面および/または半導体を有する光学式のセンサ素子、たとえば赤外センサ素子などが考えられる。同様に、音響式のセンサ素子、たとえば超音波センサ素子および/または高周波センサ素子および/またはレーダセンサ素子および/または磁場に反応するセンサ素子、たとえばホールセンサ素子および/または磁気抵抗センサ素子、および/またはたとえば磁気誘導により発生する電圧を通じて磁場の変化に反応する誘導式のセンサ素子なども考えられる。センサ信号の判定はスタティックおよび/またはダイナミックに行うことができる。さらにセンサ信号の判定は継続的に実行するか、または1回だけ実行することができる。

制御装置とは、本明細書では、センサユニットにより検出されたセンサ信号を受信して処理ないし評価し、制御信号を伝送することでセンサユニットを制御する、たとえばエアバッグ制御装置のような電気機器であると理解することができる。

従属請求項に記載されている方策および発展例により、独立請求項1に記載されている多チャンネルのセンサユニットの、および独立請求項7に記載されている多チャンネルのセンサユニットを作動させる方法の、好ましい改良が可能である。

少なくとも1つの多チャンネルのセンサは各々のセンサチャンネルについて少なくとも1つの物理量を検出するためのセンサ素子を有しているのが特別に好ましい。センサ素子は、たとえば異なる物理量または同じ物理量を1つの共通の検出方向または複数の検出方向で検出することができる。

本発明によるセンサユニットの好ましい実施形態では、センサは2チャンネルで製作されており、第1のセンサ素子は第1の空間方向への第1の加速度を検出し、第2のセンサ素子は第2の空間方向への第2の加速度を検出する。第1のセンサ素子はたとえば車両左右方向への第1の加速度を検出し、第2のセンサ素子は車両前後方向への第2の加速度を検出することができる。これら両方のセンサチャンネルは、さまざまな形式の衝突を認識するように評価することができるのが好ましい。さらに、たとえば第1のセンサチャンネルは衝突認識をするために評価することができ、第2のセンサチャンネルは第1のセンサチャンネルの妥当性検査をするために評価することができる。

本発明によるセンサユニットの別の好ましい実施形態では、SPIバスプロトコルを介して外部の制御装置とのデータ通信を進行させるインターフェースユニットが設けられている。

本発明による方法の好ましい実施形態では、少なくとも1つの多チャンネルのセンサを介して、異なる物理量または同じ物理量が1つの共通の検出方向または複数の検出方向で検出される。たとえば車両左右方向への第1の加速度と、車両前後方向への第2の加速度とを検出することができる。そして両方のセンサチャンネルは、さまざまな形式の衝突を認識するために評価することができるのが好ましい。さらに、たとえば第1のセンサチャンネルは衝突認識をするために評価することができ、第2のセンサチャンネルは、第1のセンサチャンネルの妥当性検査をするために評価することができる。

本発明による方法の別の好ましい実施形態では、車両前後方向に対して(45°)の第1の角度での第3の加速度と、車両前後方向に対して(−45°)の第2の角度での第2の加速度とが検出される。このような45°アプリケーションでは、車両前後方向ないし車両左右方向の加速度値は、両方のセンサチャンネルのセンサデータから幾何学的に算定され、その際には、車両前後方向への最新の加速度値は両方のセンサチャンネルのセンサデータの幾何学的な減算によって算定され、車両左右方向への最新の加速度値は両方のセンサチャンネルのセンサデータの幾何学的な加算によって算定される。減算により、車両前後方向への最新の加速度値について、いわゆる「コモンモードリジェクション」(同相信号除去)を実現できるという利点がある。

本発明の実施例が図面に示されており、以下の記述において詳しく説明される。図面では、同じ符号は同じ機能ないし類似の機能を果たすコンポーネントないし要素を表している。

本発明による多チャンネルのセンサユニットの一実施例と、評価・制御ユニットとを有するセンサ構造を示す模式的なブロック図である。

図1のセンサ構造のための本発明による多チャンネルのセンサユニットの45°アプリケーションを示す模式図である。

図1また図2の多チャンネルのセンサユニットのための信号前処理ユニットを示す詳細図である。

車両用の多チャンネルのセンサユニットを作動させる本発明の方法の一実施例の模式的なフローチャートである。

図1から明らかなとおり、本発明による車両用の多チャンネルのセンサユニット10の図示した実施例は、物理量a_x,a_yを検出し、各々のセンサチャンネルCH1,CH2についてセンサ信号S_CH1,S_CH2を出力するための多チャンネルのセンサ12と、センサユニット10が制御装置30と接続されるインターフェースユニット20とを含んでいる。さらに図1を見るとわかるように、各々のセンサチャンネルCH1,CH2について、対応するセンサ信号S_CH1,S_CH2を前処理するための、および検出された物理量a_x,a_yを表す対応するセンサデータD_CH1,D_CH2をインターフェースユニット20へ出力するための信号前処理ユニット14a,14bが設けられている。センサユニット10は、少なくとも2つのセンサチャンネルCH1,CH2のセンサデータD_CH1,D_CH2を保存する、少なくとも1つの主記憶手段16aを有している。図示した実施例では、各々のセンサチャンネルCH1,CH2に、たとえばレジスタとして製作され、それぞれ最新のセンサデータD_CH1,D_CH2を保存する主記憶手段16a,16bが付属している。対応する読取コマンドに対する反応として、センサユニット10は、インターフェースユニット20を介して、保存されているセンサデータD_CH1,D_CH2を制御装置30へ非同期的に出力する。

本発明によると、センサユニット10は少なくとも1つの追加記憶手段18を有しており、センサユニット10は、トリガ信号CSに対する反応として、最新のセンサデータD_CH1,D_CH2を同時に少なくとも1つの主記憶手段16a,16bに保存する。第1の読取コマンドRD_CH1に対する反応として、センサユニット10は、少なくとも1つの主記憶手段16aに保存されている、第1のセンサチャンネルCH1の第1のセンサデータD_CH1を出力する。さらにセンサユニット10は、第1の読取コマンドRD_CH1に対する反応として、別のセンサデータD_CH2を少なくとも1つの追加記憶手段18に保存する。少なくとも1つの別の対応する読取コマンドに対する反応として、センサユニット10は、少なくとも1つの追加記憶手段18に保存されているセンサデータD_RCH2を出力する。少なくとも1つの追加記憶手段は、同じくレジスタとして製作されているのが好ましい。

外部の制御装置30と通信をするために、センサユニット10のインターフェースユニット20はSPIバスプロトコルを利用する。このことは、センサデータDCH1,DCH2がチップ・セレクト信号(CS)の立下りエッジをもって主記憶手段16a,16bへ引き継がれることを意味している。そして第1のセンサチャンネルは、図1に示す読取コマンドRD_CH1に相当する、SPIコマンドRD_SensorData_CH0を介して読み取られる。SPIコマンドRD_SensorData_CH0(図1のRD_CH1)により、第2の主記憶手段16bのデータが追加記憶手段18に引き継がれる。それにより、追加記憶手段18の内容は、第1のセンサチャンネルCH1の読み取られた第1のセンサデータDCH1と同期する。追加記憶手段18に保存されているセンサデータDRCH2は、SPIコマンドRD_CapturedData_CH1を介して読み取ることができる。さらにSPIコマンドRD_SensorData_CH1を通じて、第2の主記憶手段16bに保存されている第2のセンサデータDCH2を読み取り、評価することができる。

図示した第1の実施例では、センサユニット10は2チャンネルで製作されており、両方のセンサチャンネルCH1,CH2はそれぞれ加速度a_x,a_yを物理量として所定の検出方向x,yで検出する。2チャンネルのセンサ12は、車両左右方向に相当する第1の空間方向yへの第1の加速度a_yを検出するための第1のセンサ素子12aと、車両前後方向に相当する第2の空間方向xへの第2の加速度a_xを検出するための第2のセンサ素子12bとを含んでいる。本発明の別案の実施形態では、センサ素子12a,12bはそれぞれ異なる物理量を1つの共通の検出方向もしくは複数の検出方向で検出し、または、それぞれ同じ物理量を1つの共通の検出方向で検出することができる。

図2は、本発明による多チャンネルのセンサユニット10’の45°アプリケーションを示している。図2を見ると明らかなとおり、45°アプリケーションではセンサユニット10’は2チャンネルで製作され、両方のセンサチャンネルCH1,CH2は、加速度a_δ,a_−δを物理量として所定の検出方向δ,−δでそれぞれ検出する。第1の実施例とは異なり、第1のセンサ素子12aは、車両前後方向に対して45°の角度を有する第1の空間方向δへの第1の加速度a_δを検出し、第2のセンサ素子12bは、車両前後方向に対して−45°の角度を有する第2の空間方向−δへの第2の加速度a_−δを検出する。このことは、車両前後方向への加速度a_xが、両方の検出された加速度a_δ,a_−δの幾何学的な(ベクトルの)減算によって算定され、車両左右方向への加速度a_yが、両方の検出された加速度a_δ,a_−δの幾何学的な(ベクトルの)加算によって算定されることを意味している。減算により、車両前後方向xへの最新の加速度値a_xについて、いわゆる「コモンモードリジェクション」(同相信号除去)を実現できるという利点がある。

図3から明らかなとおり、信号前処理ユニット14a,14bは各々のセンサチャンネルCH1,CH2について、デジタルフィルタユニット(FIR)14.1と、センサ信号S_CH1,S_CH2で生じているオフセットを取り除いてセンサデータD_CH1,D_CH2を出力するオフセットユニット14.2とを含んでいる。

図4は、少なくとも1つの多チャンネルのセンサ12と、インターフェースユニット20とを含む、車両用の多チャンネルのセンサユニット10,10’を作動させる本発明の方法の実施例を示している。

図4から明らかなように、ステップS100で、少なくとも1つの多チャンネルのセンサ12を通じて、少なくとも2つのセンサチャンネルCH1,CH2についてそれぞれ物理量a_x,a_y,a_−δ,a_δが同時に検出されて、これに対応するセンサ信号S_CH1,S_CH2が出力される。ステップS110で、対応するセンサ信号S_CH1,S_CH2が各々のセンサチャンネルCH1,CH2で前処理され、対応するセンサデータD_CH1,D_CH2へと変換される。ステップS120で、最新のセンサデータD_CH1,D_CH2がトリガ信号CSに対する反応として同時に、対応するセンサチャンネルCH1,CH2に付属する主記憶手段16a,16bに保存される。ステップS130で、第1の主記憶手段16aに保存されている第1のセンサチャンネルCH1の第1のセンサデータD_CH1が、第1の読取コマンドRD_CH1に対する反応として、インターフェースユニット20を介して出力される。それと同時に、他方のセンサチャンネルCH2の他方の主記憶手段16bに保存されているセンサデータD_CH2が、第1の読取コマンドRD_CH1に対する反応として、少なくとも1つの追加記憶手段18に保存される。ステップS140で、少なくとも1つの追加記憶手段18に保存されているセンサデータD_RCH2が、少なくとも1つの別の対応する読取コマンドに対する反応として、インターフェースユニット20を介して出力される。

本発明の実施形態は、時間的にずれた非同期的な読取プロセスにもかかわらず、複数のチャンネルのセンサデータを時間的に同期したデータで出力する、多チャンネルのセンサユニットを提供するものである。このことは、同時に検出された物理量の値を対応するセンサデータとして、時間的にずれた非同期の読取時点で出力することができることを意味している。

10,10’ センサユニット 12 多チャンネルのセンサ 12a,12b センサ素子 14a,14b 信号前処理ユニット 16a,16b 主記憶手段 18 追加記憶手段 20 インターフェースユニット 30 制御装置 a_x,a_y,a_−δ,a_δ 物理量 D_CH1,D_CH2 センサデータ RD_CH1 読取コマンド CS トリガ信号