JP2012520450A - 車両用の誘導センサモジュールおよび該センサモジュールの作動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両安全システムのためのセンサモジュールならびに車両安全システムのためのこの種のセンサモジュールの作動方法に関する。この場合、センサモジュールの少なくとも１つの送信機からセンサ信号に依存してワイヤレスでデータが送信される。このセンサモジュールは発電機として作用する測定方式を使用するので、この測定方式によってセンサモジュールを作動させるためのエネルギーが生成される。センサモジュール内の記憶装置にデータが格納され、制御装置はこのデータを、少なくとも１つの車両の値（たとえば速度）および／またはイベント（スリップ、ロック）に依存して読み出して送信する。

Description

本発明は、独立請求項記載の車両安全システムのためのセンサモジュールもしくは該センサモジュールの作動方法に関する。

DE 11 2006 003 053 T5によればコードレスの回転速度センサが公知である。この場合、自動車の車輪の回転数が測定され、センサにより得られた測定値が処理されて、車輪回転数を表すデータテレグラムが形成される。さらにこのセンサは、データテレグラムがコードレスで送信されるように構成されている。回転数を測定するために、測定ユニットは磁束の変化を測定し、相応の信号を制御ユニットの基地局へ送り戻す。このセンサのコンポーネントにはバッテリまたは他の形式のエネルギー源または電流源が含まれており、これらは一般に、低電圧の給電部から供給されるような比較的僅かな電流を供給する。さらに、クルマが停止している可能性があることからバッテリ電流を節約する目的で、いわゆるＥＣＵコンポーネントがセンサコンポーネントに対しスリープモードへの移行を指示することができる。

US 2004/0150516 A1により公知のコードレス型の回転数センサシステムによれば、コードレス回転数センサの給電に必要とされるエネルギーが生成され、および／または蓄積される。このシステムの場合、エネルギーマネージメントが行われており、エネルギー生成のために発電機が用いられ、この発電機は車輪の回転をエネルギー生成に利用している。蓄積器として、高効率の再充電可能なバッテリあるいはスーパーキャパシタが用いられる。発電機としては、いわゆる多極回転発電機を使用することができる。また、送信素子をスリープモードまたは非作動状態に切り替えることができ、この状態は制御装置が送信モジュールを介してセンサをウェークアップさせるまで保持される。

発明の開示
これに対し車両安全システムのための本発明によるセンサモジュールもしくはこの種のセンサモジュールを作動するための相応の方法が有する利点とは、センサモジュールがデータのための記憶装置と制御装置を有しており、制御装置が少なくとも１つの車両の値および／またはイベントに依存して記憶装置からデータを読み出して送信することである。このようにすることで状況に依存して送信を行うことができるようになり、これによってエネルギー消費が低減され、それにもかかわらずデータの時間的な連続性に制約が生じることもない。したがって制御装置内の評価アルゴリズムにおいて正確な分析が可能となり、たとえばこれをブレーキの制御のために行うことができる。たとえば回転数センサにおいて本発明は著しく有利である。なぜならば、一般に回転数センサは車輪ごとに１つずつ、車両全体で４つ設けられており、したがって無線トラフィックを最小限に抑えることができるからである。センサモジュールに記憶装置が設けられていれば、センサモジュール自体においてすでに最初の分析を行ってしまうことも可能となり、そのようにすれば、送信された無線信号の受信側である制御装置からそのような分析を行う負担が取り除かれる。これによってデータ評価の速度について利点が得られる。

ここでセンサモジュールとは、回転数センサまたは加速度センサまたはヨーレートセンサまたは空気圧センサあるいは固体伝播音センサのような構造ユニットのことである。このようなセンサモジュールにはたとえば、スチールホイールや多極エンコーダのようなコンポーネントをさらに付属させてもよい。その際、センサモジュールは本来のセンサ素子を有することができ、ここではたとえばホール効果、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用することができる。センサ素子のほかに一般にＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）も設けられており、これはセンサ信号の前処理を実行する。この場合、センサモジュールは１つのまとまった構造ユニットないしは閉じた構造ユニットであり、組み込み場所への接続部材だけが設けられている。また、車両安全システムとはたとえば走行ダイナミックコントローラ、制動システム、および／またはエアバッグシステムである。

センサ信号に依存してデータをワイヤレスで送信するための送信機とは、少なくとも無線送信機であって、これはたとえば高い周波数拡散率によるＤＳＳＳ：Direct Sequence Spread Spectrum直接スペクトラム拡散または送信周波数の連続的な交番ＦＨＳＳ：周波数ホッピングスペクトラム拡散などを用いることができる。ここではいわゆるＲＦＩＤすなわちトランスポンダテクノロジーを使用することもできる。これによれば送出される電磁波を介してエネルギー供給も行うことができ、センサモジュールのアンテナコイルにおいて誘導電流が整流され、エネルギー蓄積器が充電される。エネルギー蓄積器は読み取り過程のためにチップに電流を供給し、あるいはマイクロチップの給電のためだけにエネルギー蓄積器を用いることができる。制御装置における送信機からダイレクトに、あるいは外部の送信機からセンサへ、信号送信を行うことができる。ＲＦＩＤタグは電磁波を変調し、それによって情報を伝送する。

データはたとえばデータテレグラムであって、その中に本来のセンサ値が格納されている。センサ信号は、センサ素子が送出したセンサ値を表す。ここではセンサ信号の多重化を行うことができる。このようなデータテレグラムは、たとえばセンサ値のような有効データのほかに、識別データまたはエラー訂正用の付加的なデータなど別のデータも有することができる。

発電機として作用する測定方式とは、測定過程と同時にエネルギーも発生させる測定方式のことである。これに関する１つの有利な実施形態は誘導作用による測定方式であるが、たとえば圧電作用による測定方式あるいは振動変換器といった他の測定方式も可能である。したがってこのような測定方式によって、エネルギーも同時に発生する測定装置のことが表される。

記憶装置という用語によって一般的に、データを格納することのできる電子的な記憶装置のことが表される。このような記憶装置は通常、集積回路として設けられる。制御装置を特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）としてもよいし、マイクロコントローラやマイクロプロセッサといったプログラミング可能なコンポーネントとしてもよい。車両の値ないしは車両パラメータあるいはイベントに応答する機械的な制御装置を設けることもできる。

センサモジュールの作動とは、センサモジュールを稼働させることを意味する。

従属請求項には、独立請求項に記載されたセンサモジュールもしくは車両安全システムのためのこの種のセンサモジュールの作動方法が開示されている。

有利には記憶装置はリングメモリとして構成されている。ここでリングメモリとは、データを連続的に所定の期間にわたり格納し、それらを所定の期間の経過後に再び上書きして、新たなデータのための記憶場所を再び確保するメモリのことである。

さらに有利であるのは、記憶装置と制御装置を１つの集積回路上に配置することである。これによってコンパクトな構造形態が実現され、センサモジュールの所要スペースが低減される。さらにこのことによって信頼性を高めることもできる。

さらに有利にはこの装置は、エネルギーとセンサ信号が直線運動または回転運動による誘導によって生成されるように構成されている。

また、センサモジュールがローパワーモードまたはハイパワーモードのために構成されていると有利である。この場合、センサモジュールは切替スイッチを有しており、このスイッチは車両の値もしくは車両パラメータおよび／またはイベントに依存して、ローパワーモードとハイパワーモードとの間で切り替えを行う。ローパワーモードとは、センサモジュールがごく僅かなエネルギーしか消費しない状態のことを意味するのに対し、ハイパワーモードとは、それ相応にいっそう多くのエネルギーを消費する状態のことを意味し、つまりハイパワーモードはローパワーモードよりも多くのエネルギーを消費する。

切替スイッチは一般にはソフトウェアとして形成することができるけれども、電子的または機械的に形成してもよい。この切替スイッチに対し、たとえば車両速度など車両の値もしくはパラメータに依存して作用が及ぼされ、および／またはたとえば車輪のスリップやロックなどの車輪状態のようなイベントに依存して作用が及ぼされる。切替スイッチをイベントに依存して制御することによって、ルールに依存した動作が行われる。

たとえばこのようにすることで、送信機のデータ伝送を車両速度に依存して、あるいはルールに基づき行うことができる。最初の事例であれば、低速時はマイクロコントローラまたは他のプロセッサあるいは評価回路においてデータが低い周波数で処理され、低いデータレートでセンサモジュールから制御装置へ送信される一方、高速時にはこれとは逆のことが行われる。イベント制御型で切替スイッチをコントロールするのであれば、マイクロコントローラにおけるデータ処理のためのクロック周波数およびデータ伝送レートは、通常動作時は低い。この場合、基本的な監視はローパワーモードにおいて所定のタイムパターンで行われる。車輪のスリップやロックが生じたときのように必要に応じて、マイクロコントローラにおいて高いクロック周波数で信号が処理され、高いデータレートで速度勾配および／または絶対速度が伝送される。当然ながら、速度に依存する信号伝送またはルールに基づく信号伝送を組み合わせてもよい。

有利には、センサモジュールは上述のようなスイッチを備えたエネルギー管理部を有している。このエネルギー管理部は集積回路に配置されており、そこにはセンサ信号の前処理部も設けられている。したがってこれらの機能をいっしょに１つのＡＳＩＣに集積することができ、これによって殊に安価でコンパクトな製造を採用することができる。

次に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。

車両安全システムのブロック図 回転数センサの第１の実施形態を示す図 回転数センサの第２の実施形態を示す図 本発明によるセンサモジュールと制御装置のブロック図 エネルギー生成およびセンサ信号生成に関するセンサモジュールの回路部分を示す図 送信機のブロック図 本発明による方法のフローチャート

図１には、車両ＦＺにおける車両安全システムのブロック図が示されている。車両ＦＺには、４つの回転数センサＷＳＳ１〜４と、走行ダイナミクスコントロールのための制御装置ＥＳＰと、この制御装置ＥＳＰにより制御されるアクチュエータＡＫＴが設けられている。回転数センサＷＳＳ１〜４は無線伝送によって制御装置ＥＳＰと接続されている。したがって回転数センサＷＳＳ１〜４は、それらのセンサのデータを制御装置ＥＳＰへ伝送するためにそれぞれアンテナＡ１〜Ａ４を有しており、制御装置ＥＳＰはこれらのデータを受信するためにアンテナＡ５を有している。このため少なくとも各回転数センサＷＳＳ１〜４は、たとえば周波数拡散方式などによってデータを制御装置ＥＳＰへ伝送するために送信モジュールを有している。その際、これらの信号を適正に受信して復調できるようにする目的で、制御装置ＥＳＰは少なくとも１つの受信装置を有している。回転数センサＷＳＳ１〜４と制御装置ＥＳＰとの間の無線接続は、回転数センサから制御装置ＥＳＰへ単方向として構成することもできるし、双方向として構成することもできる。ブロードキャストモードも可能である。つまりこれは、放送伝送において一般的であるように、特定の受信機をアドレス指定することなく、１つのセンサがすべての受信側にデータを送信することを意味する。

さらに、回転数センサが自身のデータを別の機器たとえば別のセンサへ伝送することも可能である。この別のセンサはケーブル接続を介して制御装置ＥＳＰと接続されており、したがってこの別のセンサは、ケーブル接続されたデータ伝送を介して第２の部分を構成する。制御装置ＥＳＰはこのセンサと別のセンサの信号とに依存してアクチュエータＡＫＴたとえばブレーキを駆動制御する。これまで述べてきた回転数センサＷＳＳ１〜４のほかに、クラッシュセンサのような車両安全システムのための別のセンサを制御装置とコードレスで接続可能であり、つまりたとえば加速度センサ、ヨーレートセンサ、力センサ、固体伝播音センサ、空気圧センサ、さらにはビデオ、レーダー、ライダーまたは超音波といった周囲センサを、制御装置とコードレスで接続することができる。

図２には、能動的な回転数センサの動作が示されている。この回転数センサは、これを作動させるためエネルギー源である電圧源と接続されている。このセンサは磁束密度の変化を検出する。ここではセンサ素子２２としてたとえばホールセンサが設けられており、このセンサはスチールホイール２０の磁束密度の変化を測定する。これに加えて磁石２１も設けられており、スチールホイール２０の回転によりこの磁石の磁界が変化する。その結果として生じる信号は正弦波信号２３であり、この信号は制御装置ＥＣＵへ送られてさらに処理される。

図３には回転数センサの別の実施形態が示されている。ここではホイールとして多極エンコーダ３０が設けられており、このコーダは磁極が変化するように構成されている。このようなホイールの回転に伴い、センサ素子３１のところで磁束の変化が引き起こされる。センサ素子３１の信号はＡＳＩＣにより評価され、ディジタル信号として制御装置ＥＣＵへ伝送される。このディジタル信号には参照符号３２が付されている。

ホール効果、異方性磁気抵抗効果ならびに巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）は公知の原理である。信号はＡＳＩＣにより準備処理され、動きに依存しない一定の振幅をもつ信号が供給され、この信号はセンサ各々についても無線を介して連続的に制御装置へ伝送され、そこにおいてマイクロコントローラによりさらに処理される。

図４には、参照符号４０〜４５の付された本発明によるセンサモジュールと制御装置ＥＣＵのブロック図が示されている。本発明によるセンサモジュールは、センサ信号とエネルギーを同時に発生させるためのただ１つの装置４０を有している。一般にＡＳＩＣに設けられているエネルギー管理ユニット４１を介して、エネルギー蓄積器４２たとえばコンデンサにおけるエネルギー蓄積が行われ、このようなコンデンサはＥＭＣ（電磁的両立性）のためにも使われる。センサ信号はマイクロコントローラ４３の内部または外部に設けられたアナログ／ディジタル変換器へ伝送され、これによってセンサ信号がディジタル化される。マイクロコントローラ４３はディジタル化されたセンサ信号をリングバッファ４４に格納し、車両速度のような車両の値ないしは車両パラメータおよび／または車輪のロックやスリップのようなイベントがそのような事態の発生を示しているならば、データをリングバッファ４４からトランシーバ４５を介して制御装置ＥＣＵの別のトランシーバ４６へ無線信号として伝送する。これらのデータは、センサ信号自体から得ることもできるし、制御装置ＥＣＵから得ることもできる。そのためにここでは無線トラフィックを双方向に構成することもできる。ＡＳＩＣは、すでにセンサモジュール内で処理されたセンサ信号から速度に依存する電圧信号を形成する。その際、マイクロコントローラ４３は、センサ信号を制御装置固有の信号に変換してその信号を評価することができ、データを連続的にリングバッファに格納する。格納されたデータは通常、たとえば許容できない速度変化が生じたときなどに利用することができ、そのデータをトランシーバ４５へ転送し、さらに制御装置ＥＣＵへ伝送することができる。ＡＳＩＣまたはマイクロコントローラにおけるディジタル速度信号またはディジタル加速度信号への変換によって、簡単な加工処理が可能となる。この速度信号または加速度信号を送信機またはトランシーバ４５によって、決められた離散的なタイムインターバルでダイレクトに制御装置ＥＣＵへ伝送することもできるし、あるいは信号を事前にマイクロコントローラにおいて加工処理して評価することもできる。その際、上述のように速度に依存してまたはルールに基づき、トランシーバ４５のデータ伝送レートを設定することができる。

図５には、本発明によるセンサモジュールの一部分が描かれている。一方ではセンサ前処理部ＰＰのために、他方ではエネルギー生成部ＥＥのために、コイルＳＰがＡＳＩＣと接続されている。エネルギー供給部ＥＥはたとえばコンデンサＣを充電することができ、あるいは他のコンデンサまたはエネルギー蓄積器を充電することができる。センサ信号前処理部ＰＰにより準備処理されたセンサ信号はトランシーバＴＸへ伝送され、これはアンテナＡＴを介しセンサ信号に依存してデータを送出する。

図６には、トランシーバＴＸに関する１つの可能な実施形態が描かれている。ここではまず最初に、ディジタル信号をアナログ信号に変換することができる。その目的は、信号を増幅し、ついでたとえば周波数拡散あるいは周波数ホッピングなどによって信号を変調するためである。変調をすでにディジタル信号において行い、変調後に増幅器を用いることもできる。受信側の構造はこれとは逆に構成されている。すなわち受信アンテナの後段に、たいていは周波数変換器が設けられており、さらに増幅器、フィルタならびにディジタル信号処理部が設けられている。

図７には、本発明による方法のフローチャートが示されている。ステップ７００においてたとえばコイルＳＰによって、センサ信号とエネルギーが同時に生成される。ステップ７０１においてセンサ信号が前処理され、一例として、ステップ７０２におけるエネルギー管理において必要とされるパラメータが供給される。このようにする目的は、センサモジュールをローパワーモードとハイパワーモードとの間で切り替える必要があるかを判定するためである。前処理されたセンサ信号はステップ７０４において伝送のためにバッファリングされ、ステップ７０５において送信される。制御装置は、車両の値ないしは車両パラメータおよび／またはイベントに基づき、伝送を行うべきか否かを判定する。これと並行してエネルギー管理部が稼働される。なぜならば、送信状態であれば多くのエネルギーが必要とされるし、測定だけであれば僅かなエネルギーしか必要とされないからである。エネルギー管理部はステップ７０３において、どの程度のエネルギーを供給すべきかを判定し、つまりハイパワーモードをセットするのかローパワーモードをセットするのかを判定し、もしくは処理クロックレートまたはトランシーバＴＸを介した送信伝送レートによって、エネルギー消費量を設定することができる。

Claims (10)

1. センサ信号に依存してデータをワイヤレスで送信するための少なくとも１つの送信機（ＴＸ）が設けられており、発電機として作用する測定方式が使用され、該測定方式により、センサモジュールを作動させるためのエネルギーが生成される形式の、車両安全システムのためのセンサモジュールにおいて、
   データのための記憶装置と制御装置が設けられており、該制御装置は、少なくとも１つの車両の値および／またはイベントに依存して、前記記憶装置からデータを読み出して送信することを特徴とするセンサモジュール。
2. 前記記憶装置はリングメモリとして構成されている、請求項１記載のセンサモジュール。
3. 前記記憶装置と前記制御装置は集積回路上に配置されている、請求項１または２記載のセンサモジュール。
4. 前記車両の値は車両速度である、請求項１から３のいずれか１項記載のセンサモジュール。
5. 前記イベントは車輪状態である、請求項１から４のいずれか１項記載のセンサモジュール。
6. 切替スイッチを備えたエネルギー管理部が設けられており、該エネルギー管理部は、前記車両の値および／または前記イベントに依存して、ローパワーモードとハイパワーモードとの間で切り替えを行う、請求項１から５のいずれか１項記載のセンサモジュール。
7. 前記ローパワーモードはデータ生成のために設けられており、前記ハイパワーモードはデータ生成と送信のために設けられている、請求項６記載のセンサモジュール。
8. 前記ハイパワーモードにより前記センサモジュールにおいていっそう高いクロックレートが生じる、請求項７記載のセンサモジュール。
9. 前記測定方式は誘導的に構成されている、請求項１記載のセンサモジュール。
10. センサモジュールの少なくとも１つの送信機からセンサ信号に依存してデータがワイヤレスで送信され、前記センサモジュールは発電機として作用する測定方式を使用し、該測定方式により、センサモジュールを作動させるためのエネルギーが生成される形式の、車両安全システムのためのセンサモジュールの作動方法において、
    前記センサモジュールに設けられた記憶装置に前記データが格納され、
    前記センサモジュールに設けられた制御装置により、少なくとも１つの車両の値および／またはイベントに依存して、前記記憶装置からデータが読み出されて送信されることを特徴とする、
    車両安全システムのためのセンサモジュールの作動方法。

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