JP4129184B2 - バスに接続するためのセンサおよびバスに接続されたセンサのエネルギ供給のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の上位概念に記載されているバスに接続するためのセンサ並びにバスに接続されたセンサのエネルギ供給のための方法に関している。

既にドイツ連邦共和国特許出願DE 38 11 217 明細書からは、乗員拘束システムのためのセンサをバスに接続させることが開示されている。

発明の利点
それに対して、独立請求項の特徴部部分に記載の本発明によるバスに接続するためのセンサないしは本発明による、バスに接続されたセンサのエネルギ供給のための方法は、バスに接続されているセンサのエネルギ消費が最小に抑えられる利点を有する。それにより、センサは通常の点火手段の電気的特性データを達成する。すなわちセンサの作動エネルギは、点火手段の作動エネルギよりも大きくはならない。それに伴ってより多くのセンサを１つのバスに接続することが可能となる。このことは次のことによって達成される。すなわちいわゆるスナップショット測定を実施することによって達成される。これには複数のセンサが含まれており、そのうち特に低速なセンサは数ヘルツのサンプリングレートで僅かな測定周期のみで実施され、大抵の時間はスリープモードにおかれ、ほとんどもしくは非常に僅かしか電流を必要としない。この測定結果は論理モジュールに記憶され、必要に応じてバスを介して伝送される。この場合センサのセンサ素子に対するエネルギ蓄積器の充電は、エネルギ監視部によって監視される。これはセンサ素子がエネルギ蓄積器によって少なくとも一回の測定のためのエネルギ供給を受けられる位にエネルギ蓄積器が十分に充電されたかどうかの時期を識別するためである。特にセンサの比較的僅かなエネルギ消費によれば、１つのバスを例えば７つ以上のセンサとつなぎ、同時に点火手段の作動も行うことが可能となる。

本発明によるバスに接続するためのセンサ並びにバスに接続されたセンサのエネルギ供給のための方法の有利な実施例および改善例は従属請求項に記載されている。

特に有利には、さらなるエネルギ蓄積器が設けられており、この蓄積器はアクティブなバスフェーズにおいて、つまりバスを介して通信が行われている場合に、論理モジュールにエネルギを供給する。なぜならこの期間中は論理モジュールがバスを介して電気的なエネルギを供給されることができないからである。このエネルギ蓄積器は、インアクティブなバスフェーズ中に充電される。

さらに有利には、エネルギ監視部が論理モジュールに割当てられており、それに伴って付加的に電圧監視部として構成されている。

これにより論理モジュールと同時に電圧監視部も継続的に電気エネルギを供給される。そのため、センサ素子のためのエネルギ蓄積器は継続的に自身に蓄えられた電気エネルギに関して監視される。

さらに有利には、エネルギ蓄積器がキャパシタとして構成されており、これは小型でコンパクトに製造できる。

最後に有利には、論理モジュールがセンサ素子からの信号を蓄え、後からバスを介して送信する。このことは、バスマスタによる問い合わせに対してか、自動的にセンサがデータをバスを介して送信することを可能にする。

図面
図面には本発明の実施例が示され、これは以下の明細書で詳細に説明する。この場合図１は、本発明によるセンサのブロック回路図であり、図２は、本発明によるセンサの接続されたバスシステムを示したものであり、図３は、本発明による方法のフローチャートである。

実施例
自動車における乗員保護のための拘束手段とセンサの数のますますの増加によって有利には、そのような乗員拘束システムに対する点火手段とセンサを相互に接続するのにバスが利用される。これはケーブルコストを下げるためである。いくつかの適用ケースにおいては、望ましくは数ヘルツ規模のサンプリングレートを有するいわゆる低速型センサと点火手段が共に１つのバスにおいて作動される。それに対する一例ではベルトロックスイッチと乗員の重さ測定並びにベルト巻上げ機構の作動が自動車において１つのバスにて行われている。

乗員拘束システムのための典型的なバスシステムにおいては、制御機器がバスマスタ側として用いられる。それに対して複数のセンサと点火手段はスレーブ側として動作する。これらのスレーブ側は、要求に対して所定の時間区分の中でそれらのデータをマスタ側に送信する。制御機器ではセンサ値を用いてトリガアルゴリズムの計算がなされる。これは場合によってはトリガ決定を引き起こし、この決定はバスを介して点火手段に伝送される。以下で説明するバスの特に有利な実施例によれば、初期化フェーズにおいて、スレーブ側として接続されているセンサと点火手段に、スレーブ側が送信を行うことのできる時間区分が割当てられる。その際バスマスタ側は当該時間区分においてバス線路上の電圧を低い方の値Ｕ_{ａｃｔｉｖ}に切換える。この値はインアクティブなバスフェーズ中の場合の値Ｕ_{ｉｎａｃｔｉｖ}よりも低い。値がＵ_{ａｃｔｉｖ}な場合にだけ、バス線路上でエネルギの変調が個々のスレーブ側によって行われる。

本発明によれば、センサは次のように拡張構成される。すなわちセンサ素子がメイン電流負荷として短い測定サイクル中にのみ作動され、大半の時間は測定のためには使われないように構成される。このことは次のことによって達成される。すなわちエネルギ蓄積器が充電され、このエネルギ蓄積器が所定の閾値に達した場合にのみ、測定サイクルを開始することによって達成される。この測定結果はその後でセンサから、問い合せに対して伝送されるかまたは自動的にバスを介して伝送される。それによりセンサ素子は、エネルギ蓄積器の充電フェーズ期間中は作動されない。さらに別の実施例においては、センサにおけるシーケンス制御に用いられさらにエネルギ蓄積器の電圧監視を実施する論理モジュールが、エネルギ蓄積器に割当てられている。このエネルギ蓄積器は、論理モジュールがバスを介してエネルギを供給されないアクティブな通信フェーズ中に所要の電気エネルギを供給することに対して用いられる。

図２には、１つのバスシステムの構成が示されており、このバスシステムには、バスマスタ側１（これはここでは前述したように制御機器である）と、バス線路２を介して本発明によるセンサ３と２つの点火手段４および５が接続されている。センサ３は、ここではベルトロックセンサであり、これは僅かなサンプリングレートで作動する。それ故にセンサ３を頻繁に測定にもたらす必要はない。このセンサは大半の時間においてスリープモードにある。点火手段４および５はベルト巻上げ機構である。ここに示されている並列なバスシステムの代わりに、リング系またはデイジーチェーン方式あるいは様々なバス構成の組み合わせなども選択することが可能である。制御機器１は、センサ値に基づいてトリガアルゴリズムを計算し、場合によってはトリガ決定を点火手段４，５に伝送する。バス線路２はここでは２線式線路であるが、代替的に単線式線路で実施されてもよい。

図１には、本発明によるセンサの回路図が示されている。２つのバス端子ａ、ｂは整流器Ｇに接続されている。乗員拘束システムのためのバスシステムは、所要の安全性に基づいた高い信頼性を有し、バス２に接続されたバスステーションがバス２を介してエネルギを直流電流の形態で供給しなければならないので、エラー処理部が、正にプリロードされたバス線路の短絡の際には線路を転極させる。それにより、もとのアース線路は信号ガイド線路として用いられる。従ってバス端子ａとｂがどの極性を有するかは決まっていない。しかしながらこのことは整流器Ｇによって重要ではなくなる。

整流器ＧのアノードにはダイオードＤ１とスイッチＳ４がそれぞれ接続されている。整流器Ｇの別の端子には、スイッチＳ４の別の側と論理モジュールＬ、センサ素子Ｓ、スイッチＳ２、ダイオードＤ２のアノード、スイッチＳ３，ダイオードＤ３のアノードが接続されている。ダイオードＤ１のカソードには論理モジュールＬの別の端子と、ダイオードＤ４のアノードと、キャパシタＣ_Ｅ１が接続されている。

スイッチＳ２のもう一方の側には、キャパシタＣ_Ｅ２とダイオードＤ３のカソードが接続されている。スイッチＳ３のもう一方の側には、キャパシタＣ_Ｅ１とダイオードＤ２のカソードが接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、スイッチＳ１に接続されている。スイッチＳ１の別の側はセンサ素子Ｓの第２のコンタクトに接続されている。このスイッチＳ１は、第１の設定状態では、ダイオードＤ４のカソードをキャパシタＣ_Ｅ２に接続させ、第２の切換え状態では、センサ素子ＳをキャパシタＣ_Ｅ２に接続させる。スイッチＳ１の制御は、ここでは図示されていない線路を介して論理モジュールＬによって行われる。

キャパシタＣ_Ｅ２とスイッチＳ１にはさらに電圧監視線路が接続されている。この線路は論理モジュールＬに接続されており、それによって論理モジュールＬにおいてキャパシタＣ_Ｅ２の電圧監視が実施される。センサ素子Ｓは、自身からアナログ信号を伝送するための出力側を介して論理モジュールＬに接続されている。またセンサ素子Ｓは自身の入力側を介して論理モジュールＬに接続されている。

この入力側は、センサ素子Ｓによって実施される測定のトリガのために用いられる。

論理モジュールＬはスイッチＳ２を操作するために、第２の出力側を介してスイッチＳ２に接続されている。さらに論理モジュールＬはスイッチＳ３を操作するために、第３の出力側を介してスイッチＳ３にも接続されている。さらに論理モジュールＬはスイッチＳ１を操作するために、第４の出力側を介してスイッチＳ４にも接続されている。

ここに示されているセンサが測定を行っていない第１の期間中は、スイッチＳ２とＳ３が閉じられている。そのためキャパシタＣ_Ｅ１とキャパシタＣ_Ｅ２は、充電可能である。それによりこれらのキャパシタは値U_{ｉｎａｃｔｉｖ}分の電圧を充電される。ダイオードＤ４は、キャパシタＣ_Ｅ１を介してキャパシタＣ_Ｅ２が放電されないように配されている。その他にもこのダイオードＤ４は、キャパシタＣ_Ｅ２が緩慢に充電できるように用いられる。さらにスイッチＳ１は、上方の切換え位置にあり、そのためスイッチＳ１は、キャパシタＣ_Ｅ２をダイオードＤ４のカソードに接続させる。それに伴ってキャパシタＣ_Ｅ２は、充電でき、充電電流Ｉ_Ｌ２を蓄える。キャパシタＣ_Ｅ１は、ダイオードＤ１のカソードに直接接続されており、充電電流Ｉ_Ｌ１を蓄える。

スイッチＳ４は開かれている。なぜならこのスイッチは測定結果を送信する時にしか閉じられないからである。スイッチＳ４は、エネルギの変調のために用いられる。このスイッチはアクティブなバスフェーズにおいても論理０の信号を生成すべく開かれる。それに対してスイッチＳ４の閉成は、論理１の信号を生成する。このアクティブなバスフェーズ中は、電圧Ｕ_{ａｃｔｉｖ}がバス線路２上に生じ、それによってキャパシタＣ_Ｅ１とキャパシタＣ_Ｅ２がもはや充電されなくなる。これらのキャパシタの放電はダイオードＤ１が阻止する。

電圧監視線路を介して論理モジュールＬは、センサ素子Ｓによる測定がキャパシタＣ_Ｅ２に蓄えられたエネルギで可能となるまでキャパシタＣ_Ｅ２が充電された時を識別する。この時点に達した場合には、第２の期間がスタートし、スイッチＳ１が下方の位置に切換えられ、センサ素子ＳがキャパシタＣ_Ｅ２に接続される。キャパシタＣ_Ｅ２はここにおいてセンサ素子Ｓを介して放電可能となり、それによってセンサ素子Ｓに電気的なエネルギが供給される。その際スイッチＳ２は開かれ、それによってキャパシタＣ_Ｅ２はスイッチＳ１を介してのみセンサ素子Ｓに放電できる。この場合キャパシタＣ_Ｅ１は、スイッチＳ４が閉じられバス線路上の電圧がＵ_{ａｃｔｉｖ}に切換えられている限り、論理モジュールＬを介して放電される。それにより論理モジュールＬは常に電気的なエネルギを供給される。この場合ダイオードＤ１は、バス線路ａ、ｂを介した流出を回避する。ここではバス線路における電圧レベルは、Ｕ_{ｉｎａｃｔｉｖ}とＵ_{ａｃｔｉｖ}の２つのレベル間で切り替る。この場合Ｕ_{ａｃｔｉｖ}の方がＵ_{ｉｎａｃｔｉｖ}の方よりも明らかに小さい。キャパシタＣ_Ｅ１とキャパシタＣ_Ｅ２は、エネルギの余裕蓄積分としてＵ_{ｉｎａｃｔｉｖ}分の電圧を充電されるので、ダイオードＤ１はアクティブデータ伝送期間中、つまりバス線路上でＵ_{ａｃｔｉｖ}のレベル中は阻止される。それ故に電流源はスイッチＳ４を介してバスを負荷するが、ダイオードＤ１を介して阻止されるセンサの回路は負荷しない。

センサ素子Ｓ（ここではホール素子として構成されている）を用いた測定が実施されたならば、センサ素子Ｓはその出力側を介して測定に相応するアナログ信号を伝送する。この信号は論理モジュールＬに集積化されたアナログ/デジタル変換器によってデジタル化され論理モジュールＬに設けられているレジスタに記憶される。しかしながらまず最初は論理モジュールＬが第１の出力側を介して、測定をトリガさせる信号をセンサ素子Ｓに伝送する。それによって測定がセンサ素子Ｓにより開始可能となる。論理モジュールＬは、測定の終了後に測定結果を端子ａ、ｂおよびバス２に送信するかもしくは呼出し（例えばバスマスタ１側による）に対して送信する。それに対してはスイッチＳ４が閉じられ、電流Ｉ_ＴＲが伝送電流として用いられる。アクティブバスフェーズにおける（バス線路２上の電圧U_{ａｃｔｉｖ})スイッチＳ４の開閉によって、デジタル信号が生成される。符号化としてここではマンチェスターコーディングが用いられる。

スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、ここではトランジスタとして構成されている。ダイオードＤ１とＤ２は、一方ではキャパシタＣ_Ｅ１とキャパシタＣ_Ｅ２の充電を可能にし、他方ではこれらのキャパシタが相応の方向で放電することを可能にしている。

ここでは図２に示されているように、バスマスタ１に対してセンサ３と点火手段４，５がスレーブである。

図３には、本発明による方法がフローチャートで示されている。方法ステップ６において、エネルギ蓄積器、つまりキャパシタＣ_Ｅ１とキャパシタＣ_Ｅ２がダイオードＤ１を介して、上方の切換え位置でのスイッチＳ１と、閉成されているスイッチＳ２およびＳ３によって充電される。その際充電電流Ｉ_Ｌ１とＩ_Ｌ２が流れる。スイッチＳ４は、それに対して開かれている。そのため後続の回路は短絡しない。論理モジュールＬは電圧監視部を有している。この監視部は、センサ素子Ｓを少なくとも１つの測定のために給電するのに十分なエネルギをキャパシタＣ_Ｅ２が有した時を識別する。この場合は１つの測定に代えて複数の測定を実施させてもよい。それ故に方法ステップ７では、キャパシタＣ_Ｅ２における電圧が所定の閾値を上回っているか否かが検査される。この閾値はセンサ素子Ｓに対する所要エネルギを表すものである。

この閾値に達していない場合には、方法ステップ６においてキャパシタＣ_Ｅ２の充電が続けられる。しかしながら電圧が閾値を上回っている場合には、方法ステップ８においてスイッチＳ２の開放が行われ、スイッチＳ１は、センサ素子ＳにキャパシタＣ_Ｅ２からエネルギを供給するために下方の切換え位置に切換えられる。さらに論理モジュールＬは、センサ素子Ｓに測定をトリガする信号を伝送する。その後で方法ステップ９では本来の測定が実施される。

方法ステップ１０では、この測定信号がアナログ信号としてセンサ素子Ｓから論理モジュールＬに伝送される。論理モジュールＬは、測定信号をデジタル化の後でレジスタにファイルする。その際スイッチＳ４は、バスマスタ１による問い合せに対してかまたは自動的に測定信号をバス２を介してバスマスタ１に伝送するために用いられる。それに対してスイッチＳ４はデジタル信号の生成のために開閉される。それにより伝送電流Ｉ_ＴＲが生じる。アクティブなバスフェーズの間は、同時にスイッチＳ３も開放される。それにより、キャパシタＣ_Ｅ１は論理バスモジュールＬに当該のバス通信期間中エネルギを供給する。キャパシタＣ_Ｅ２がセンサ素子Ｓを介して放電されている場合にも、キャパシタＣ_Ｅ１はさらに端子ａ、ｂを介してバス２上に存在する電流によって充電される。アクティブバスフェーズ中においてのみキャパシタＣ_Ｅ１は放電される。なぜならバス線路上の電圧はU_{ａｃｔｉｖ}に切換えられ、論理モジュールＬはキャパシタＣ_Ｅ１によって給電されなければならないからである。

伝送の後では、スイッチＳ４は再び継続的に開放され、スイッチＳ２，Ｓ３は閉成され、そしてスイッチＳ１は、上方の切換位置に切換えられる。それによってキャパシタＣ_Ｅ１とキャパシタＣ_Ｅ２の充電が再び介しされ得る。

このことは方法ステップ１１と１２で行われる。その後では相応に方法ステップ６へのフィードバックが行われる。

一方ではアクティブバスフェーズとインアクティブバスフェーズの間の区別を行い、他方では測定フェーズとキャパシタＣ_Ｅ２の充電フェーズを区別しなければならない。この場合キャパシタＣ_Ｅ１はインアクティブなバスフェーズ中に充電される。キャパシタＣ_Ｅ２もインアクティブなバスフェーズ中にのみ充電されるが、しかしながらキャパシタＣ_Ｅ２が所定の電圧値に達した場合には、センサ素子による測定を可能にするために再び放電される。

本発明によるセンサのブロック回路図である 本発明によるセンサの接続されたバスシステムを示した図である 本発明による方法のフローチャートである

Claims (7)

1. バス（２）に接続するためのセンサであって、前記センサ（３）は、センサ素子（Ｓ）と、シーケンス制御のための論理モジュール（Ｌ）とバス（２）への端子（ａ、ｂ）を有している形式のものにおいて、
   センサ素子（Ｓ）が第１のエネルギ蓄積器（Ｃ_E2）に接続可能に配設されており、
   さらに前記センサ（３）には、
   第１の期間中にバス（２）を介して前記第１のエネルギ蓄積器（Ｃ_E2）を充電するための手段（Ｓ１，Ｇ）と、
   第２の期間中にセンサ素子（Ｓ）のエネルギ供給のための手段（Ｌ、Ｓ２）とが設けられており、
   エネルギ監視部（Ｌ）が前記第１のエネルギ蓄積器（Ｃ_E2）の充電を監視するように構成されており、
   前記第１および第２の期間は順次連続するものであり、さらに
   測定結果が論理モジュールに記憶され、必要に応じてバスを介して伝送され、
   前記エネルギ蓄積器が所定の閾値に達した場合に、測定サイクルが開始されるように構成されていることを特徴とするセンサ。
2. バス通信期間中の論理モジュール（Ｌ）のエネルギ供給のために第２のエネルギ蓄積器（Ｃ_E1）が設けられている、請求項１記載のセンサ。
3. 前記論理モジュール（Ｌ）にエネルギ監視部が割当てられ、該エネルギ監視部は電圧監視部として構成されている、請求項２記載のセンサ。
4. 前記第１および第２のエネルギ蓄積器（Ｃ_E1、Ｃ_E2）は、それぞれキャパシタとして構成されている、請求項１または２記載のセンサ。
5. 前記論理モジュール（Ｌ）は、センサ素子（Ｓ）からの信号を記憶し、バス（２）を介して送信する、請求項１から４いずれか１項記載のセンサ。
6. バス（２）に接続されているセンサ（３）のエネルギ供給のための方法であって、この場合論理モジュール（Ｌ）が第１の期間中にそのエネルギ供給のためにバス線路（２）に接続されている形式の方法において、
   第１ステップとして第１の期間中に、第１のエネルギ蓄積器（Ｃ_E2）を、センサ（３）のセンサ素子（Ｓ）のために充電し、この充電をエネルギ監視部によって監視し、
   第２ステップとして第２の期間中に、前記第１のエネルギ蓄積器（Ｃ_E2）がセンサ素子（Ｓ）にエネルギを供給し、
   前記第１および第２の期間は順次連続しており、さらに、
   測定結果を論理モジュールに記憶して必要に応じてバスを介して伝送し、
   前記エネルギ蓄積器が所定の閾値に達した場合には、測定サイクルを開始するようにしたことを特徴とする方法。
7. 前記論理モジュール（Ｌ）のエネルギ供給のために用いる第２のエネルギ蓄積器（Ｃ _E1 ）の充電をバス通信期間中に実施する、請求項６記載の方法。

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