具有数字错误报告的触发事件信令的制作方法

本发明总体涉及传感器控制器及其控制方法，更具体地，本发明涉及实施数字错误报告的传感器、传感器控制器以及传感器控制方法。

背景技术：

现代汽车装配有大量种类繁多的传感器。传感器的数量之多使得人们期望将每个传感器的布线需求降到最低，这受到成本和可靠性的约束。在该方向上的某些努力已将错误报告降低到了次要地位，从而需要控制单元采用附属模式来检测和报告传感器错误。此类附属模式一般需要在许多操作过程中可能不可得的额外的复杂性以及时间。

例如，停车辅助系统可采用超声波换能器或其他停车辅助传感器(“PAS”)来监测车辆和所选停车位之中以及周围的任何障碍物之间的距离。由于环境“噪声”和安全问题，在车辆接近并进入该有限区域时可要求传感器每秒提供几十次测量。在每一次测量需要大约20毫秒并且多个换能器中的每一者需要依次致动同时其他换能器监听的情况下，至少一些设想的停车辅助系统将无法空余出任何时间来切换到附属模式以及查询各种传感器的状态。

技术实现要素：

因此，本文公开了各种采用经由单线触发事件信号实施的数字错误报告的传感器、传感器控制器以及传感器控制方法。一个示例性传感器实施例包括：生成传感器信号的换能器；事件信令线；以及控制器，该控制器检测事件信令线上的触发信号，并且作为响应在基于传感器信号驱动事件信令线之前在事件信令线上提供至少一个状态位。一种示例性传感器控制器包括：驱动超声波换能器使之生成发射脉冲的发射器；从换能器导出传感器信号的接收器；以及核心逻辑，该核心逻辑检测事件信令线上的触发信号，并且作为响应在基于传感器信号驱动事件信令线之前在事件信令线上提供一个或多个错误报告位。一种示例性传感器控制方法包括：检测事件信令线上的触发信号；响应于触发信号在事件信令线上提供至少一个状态位；以及在提供所述至少一个状态位之后，基于来自换能器的传感器信号驱动事件信令线。换能器可为用于生成和感测超声波脉冲的压电元件。

附图说明

在附图中：

图1为装配有停车辅助传感器的示例性车辆的俯视图。

图2为示例性停车辅助系统的框图。

图3为示例性停车辅助传感器的电路示意图。

图4为示例性信号时序图。

图5A-图5B为示例性事件信令线的“发送和接收”时序规范。

图6A-图6B为示例性事件信令线的“只接收”时序规范。

图7为示例性传感器控制方法的流程图。

应当理解，附图和对应的详细描述并不限制本公开，而是相反，为理解落在所附权利要求范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式提供基础。

具体实施方式

图1示出了装配有一组超声波停车辅助传感器104的示例性车辆102。传感器布置中的传感器的数量和配置存在变化，而且在每个保险杆上具有六个传感器并不罕见，其中，每一侧上有两个额外传感器用作每一侧上的盲点检测器。车辆可在采用各传感器进行单独测量以及协作测量(例如，三角测量)的情况下采用所述传感器布置检测和测量到各种检测区带内的物体的距离。

超声波传感器为收发器，意指每个传感器可发射和接收超声波声音的脉冲。所发射的脉冲从车辆向外传播，直至其遇到物体或者某一其他形式的声阻失配并由其反射。反射脉冲作为发射脉冲的“回波”返回到车辆。发射脉冲和接收到的回波之间的时间指示到反射点的距离。优选地，一次只有一个传感器发射，但所有传感器均可被配置成测量所产生的回波。

图2示出了耦接到各种超声波传感器204作为星形拓扑结构中心的电子控制单元(ECU)202。为了提供自动停车辅助，ECU 202还可连接到一组致动器，例如，转弯信号致动器206、转向致动器208、制动致动器210和节气门致动器212。ECU 202还可耦合到用户交互式接口214以接受用户输入并且提供各种测量结果和系统状态的显示。使用所述接口、传感器和致动器，ECU 202可提供自动停车、辅助停车、车道变换辅助、障碍物和盲点检测以及其他期望的特征。

如图3所示，除了两个电源端子(Vbat和GND)，示例性超声波传感器中的每一者仅通过单条输入/输出(“I/O”或“IO”)线连接到ECU 202。传感器的接地端子(GND)被示为直接连接到专用集成电路(ASIC)传感器控制器302的接地端子，而Vbat端子则通过RC滤波器(电阻器R2和电容器C7)和二极管馈送(D1)存储电容器C8耦接到传感器控制器302的电源电压(VSUP)端子。RC滤波器阻挡任何高频噪声，而存储电容器则防止瞬态功率损耗。

传感器的IO端子经由转换速率限制噪声滤波器(电阻器R3和R5，连同电容器C9)耦接到传感器控制器302的I/O端子。当未通过ECU 202或通过传感器控制器302将I/O线有源驱动为低(“生效”状态)时，上拉电阻器R4将该I/O线偏置到电源电压(“解除生效”状态)。通信协议被设计为在任何给定时间上均仅令两个控制器中的一者(ECU 202或传感器控制器302)使I/O线生效。

传感器控制器302包括I/O接口303，该接口在被置于隐性模式下时监测I/O线的由ECU 202引起的生效，并且在被置于显性模式下时驱动I/O线的状态。ECU通过使I/O线生效向传感器传送命令，不同命令由不同长度的生效表示。命令可包括“发送和接收”命令、“只接收”命令以及“数据模式”命令。

传感器控制器302包括核心逻辑304，该逻辑根据存储在非易失性存储器305中的固件和参数来操作，以解析来自ECU的命令并且进行适当操作，包括超声波脉冲的发射和接收。为了发射超声波脉冲，将核心逻辑304耦接到发射器306，该发射器驱动传感器控制器302上的一对发射端子。发射器端子经由变压器M1耦合到压电换能器PZ。变压器M1使来自传感器控制器的电压(例如，12伏)逐步提高至用于驱动压电换能器的合适电平(例如，几百伏)。压电换能器PZ具有利用并联电容器C3被调谐至期望值(例如，48kHz)的谐振频率以及利用并联电阻器R1调谐的谐振品质因数(Q)。

一对DC隔离电容器C1、C2将压电换能器耦接到传感器控制器的一对接收端子以防止高电压。通过接收端子上的内部电压钳提供进一步保护。对于压电换能器正在进行发射的间隔而言需要此类保护。然而，接收的回波信号通常在毫伏或微伏范围内，相应地，低噪声放大器308将来自接收端子的信号放大。通过具有集成模数转换器(ADC)的数字信号处理器(DSP)310对经放大的接收信号进行数字化和处理。

DSP 310应用可编程方法测量在脉冲的发射期间换能器的致动周期(包括随后的混响或“振铃”周期)，以及检测和测量任何接收到的脉冲或“回波”的长度。此类方法可采用阈值比较、最小间隔、峰值检测、过零检测和计数、噪声电平确定以及为了提高可靠性和准确性而定制的其他可定制技术。DSP 310还可对经放大的接收信号进行处理以分析换能器的特性，例如，谐振频率和衰减速率，并且还可检测错误状况，例如，过短致动周期(其可由于断开或有缺陷的换能器、被抑制的振动等引起)或过长致动周期(有缺陷的安装、阻尼电阻不足等)。

经由I/O线接收的命令触发核心逻辑304来操作发射器和接收器并且经由I/O线将测量结果提供给ECU 202，如下文进一步所述。除了可由DSP 310检测到的错误状况之外，核心逻辑还可监测其他错误状况，例如，在发射超声波脉冲的同时使电源电压“欠电压”或“过电压”、发射器的热关停、硬件错误、不完整的电源接通复位等。可标注任何错误状况并且将其存储在内部寄存器或非易失性存储器305中。

图4为示意图，其示出了可用于I/O线上通信的示例性信号时序。ECU制定具有表示所需命令的持续时间的信号脉冲“CMD”，在这一实例中所述持续时间为“T_S”以表示“发送和接收”命令。(示例性命令脉冲持续时间可在300–1300微秒范围内。)在传感器处于非激活状态(即，不执行测量或以其他方式对来自ECU的命令做出响应)的时间402当中，I/O线为高(解除生效)。ECU通过在表示命令的持续时间内将该线有源驱动为低来使IO信号生效。存在由于I/O线上的受限转换速率引起的小传播延迟，并且去抖动间隔(“T_DB”)紧随所述生效之后以确保线返回到电池电压的定时是精心设计的，而不是瞬态噪声的结果。(示例性去抖动间隔可在40–80微秒范围内。)

随着去抖动间隔的流逝，传感器控制器在编程测量间隔404内取得对I/O线的控制。在对测量间隔期间的I/O线操作进行论述之前，我们先对经放大的接收信号RX进行考虑。为了论述的目的，图4实际示出了RX信号的包络；在实践当中RX信号是振荡的。

传感器控制器测量发射前周期406期间的噪声电平，该发射前周期在ECU使I/O线生效之后经过一个去抖动间隔之际开始并在发送发射脉冲时结束。换能器针对发射脉冲的致动使得RX信号饱和。发射脉冲压倒性地袭临接收器并且阻止在该间隔期间采集到任何有意义的回波测量。在接收信号高于阈值408(和/或符合此处不相关的其他针对具体实施的要求)时，传感器控制器将I/O线驱动为低。发射脉冲持续期间的这种生效使得ECU能够测量换能器的混响周期(“T_RVB”)，从而使其能够验证换能器的操作。

一旦接收信号落到阈值408以下，就变得有可能检测回波，并且使I/O线解除生效，直至(例如)传感器控制器检测到有效回波之时。针对有效回波的要求可包括(例如)超过阈值408的最短时间(“T_DLY”)，所述最短时间等于或大于去抖动间隔T_DB。这样的要求必然需要I/O线响应于回波的生效被延迟所述最短时间T_DLY。生效持续等于回波脉冲检测长度的持续时间(“T_DET”)。在至少一些实施方案中，可检测到多个回波并且由I/O线的相应生效对其加以表示。在编程测量间隔404结束时，传感器控制器302释放对I/O线的控制。

利用上述方案，ECU有可能检测测量期间的某些传感器错误状况，但不可检测其他测量状况。只有在ECU暂停测量序列并且花时间发送“数据”命令来探查传感器控制器的适当寄存器的情况下，才能够检测到诸如过度噪声、欠电压/过电压状况等的错误。没有这样的探查，ECU可能不经意间依赖于不可靠的测量，然而有了这样的探查，测量重复率可能变得不足。

因此，本文提出了对协议的某些更改。图5A示出了在来自ECU的所发射的“发送和接收”命令结束时I/O线信号的放大视图，所述结束以上升沿502为标记。在上述协议中，启动发射脉冲，并且该发射脉冲在上升沿502之后的一个去抖动间隔T_DB将I/O线信号驱动为低(下降沿504)。之后，上升沿506标记混响周期测量的结束和回波检测间隔的开始。然而，我们要指出，下降沿504的时序在上述协议中为固定的并且不传送任何可用信息。可用信息的传送仅以上升沿506开始，通常在大约400-700微秒后。

反之，图5B表示的协议采用该混响周期的初始部分将数字信息传达给ECU。一个去抖动间隔T_DB的流逝仍与发射脉冲的起始相一致，但不一定以下降沿504为标记。传感器控制器定义紧随发射脉冲的启动的一定数量的位间隔512-516(示出了三个，但其不构成限制)，每一位间隔持续至少一个去抖动间隔T_DB，但优选更长(例如，长20-50％)以提供增加的抗噪声性。作为替代，可使用最小间隔并且可添加一个或多个另外的位间隔以提供错误检测或错误校正。在传感器控制器在所述位间隔之后使I/O线信号生效时，紧挨着在所述位间隔之前、在位间隔持续期间或紧随位间隔之后出现至少一个下降沿。在传播延迟显著的情况下，ECU可从该下降沿的时序中将其推导出来。否则，当测量混响周期的长度时，ECU只是简单地将位间隔考虑在内。

在一个设想的实施方案中，第一位间隔512期间的生效指示发射前周期406期间的过度噪声电平，第二位间隔514期间的生效指示生效以指示可接受混响周期(前一个发射脉冲的，因为当前混响周期的测量尚未完成)，并且第三位间隔生效以指示不存在任何其他错误(诸如欠电压/过电压、热关停、硬件错误、电源接通复位等)。因此，在成功的无错误测量期间，I/O信号将在第一位间隔期间为高，并且在第二位间隔和第三位间隔期间为低。然而，当检测到错误时，会立即向ECU提示存在错误而不对最大测量重复率造成任何降低。

在“只接收”测量期间也优选提供所述位间隔。在未经修改的协议中，图6A示出了在来自ECU的所发射的“只接收”命令结束时I/O线信号的视图，所述结束以上升沿502为标记。将在发射脉冲期间发生的混响间隔以具有下降沿504和上升沿506的虚线指示。传感器规范不设想该间隔期间的任何回波检测，因此其表示期间不传送任何可用信息的时间段。因此，图6B中示出的经修改的协议在该间隔期间提供上述位间隔512-516，从而在不以任何方式减小最大测量重复率的情况下报告任何错误。

图7为示例性传感器控制方法的流程图。其在框702中以控制逻辑更新寄存器开始以指示任何检测到的错误。这些寄存器在受到ECU读取时被复位。在框704中，控制逻辑判断ECU是否已使I/O线生效以启动命令。如果没有，则在控制逻辑等待命令时重复框702和框704。

在检测到命令的启动时，控制逻辑提示接收器在框706中进行噪声电平检测。在框708中，控制逻辑判断命令是否已被完全接收。如果没有，则在控制逻辑等待命令结束时重复框704和框706。

一旦命令已被完全接收，控制逻辑就在框710中判断其是否为“数据”命令。如果是，则控制逻辑712对所述数字数据进行解析以确定所述命令是什么命令并且执行该命令。例如，所述命令可指示要将某一值写入指定的存储器地址，或者要将指定寄存器的内容发送到ECU。控制逻辑执行所述命令并且将该命令的完成以信号传达给ECU。一旦已完成数据操作，控制逻辑就返回到框702。

如果所述命令不是数据命令，则控制逻辑在框714中判断其是否为“只接收”命令。如果不是，则在框716中，由控制逻辑触发发射器以发送发射脉冲，并且在框718中将数字状态字(由一个或多个位间隔组成)发送至ECU。如此前所述，数字状态字是由噪声电平测量结果以及可存储在硬件寄存器中的任何错误状况导出的。在此类状况中包括如在框720中通过DSP测量的过长或过短混响周期。之后，DSP在框724中进行回波检测并且相应地驱动I/O线。一旦测量周期消逝，传感器控制器就返回到框702。

如果控制逻辑在框714中确定命令为“只接收”命令，则其在框722中在所述命令完成之时(在去抖动间隔已流逝之后)将数字状态字发送至ECU。之后，DSP在框724中执行回波检测，并且一旦测量周期消逝，传感器控制器就返回到框702。

虽然出于说明的目的将图7中所示和所述的操作视为顺次发生，但在实践当中，可通过多个集成电路同时推测性地工作而执行所述方法。所述的顺次论述并不旨在构成限制。此外，上述实施方案可能省略了复杂因素，例如，寄生阻抗、电流限制电阻器、电平移位器、线夹等，它们可以存在但并不对所公开的电路的操作造成有意义的影响。还有，上述论述的焦点一直是超声波传感器，但所述原理适用于任何提供在触发信号之后具有死区时间的触发事件单线信令的传感器。一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说这些和许多其他修改形式、等价形式和替代形式就将变得显而易见。旨在使以下权利要求书被解释为在适用情况下包含所有此类修改形式、等价形式和替代形式。

本发明所公开的实施例包括一种传感器，该传感器包括：生成传感器信号的换能器；事件信令线；以及控制器，该控制器检测事件信令线上的触发信号，并且作为响应在基于传感器信号驱动事件信令线之前在事件信令线上提供至少一个状态位。所述驱动可包括在检测到具有某一事件持续时间的传感器信号脉冲之时，使一脉冲以所述事件持续时间在事件信令线上生效。控制器可进一步驱动换能器，使之响应于所述触发信号生成发射脉冲，其中在发射脉冲的生成期间提供所述至少一个状态位。控制器可监测换能器的性能特性，并且所述状态位可指示性能特性是否令人满意。控制器可测量传感器信号的噪声电平，并且所述状态位可指示噪声电平是否超出阈值。控制器可监测多种潜在错误状况，并且所述至少一个状态位可为共同指示不存在所述错误状况或识别所述错误状况中至少一者的多个状态位中的一者。换能器可为超声波换能器。

本发明所公开的实施例包括一种传感器控制方法，该方法包括：检测事件信令线上的触发信号；响应于触发信号在事件信令线上提供至少一个状态位；以及在提供所述至少一个状态位之后，基于来自换能器的传感器信号驱动事件信令线。所述驱动可包括在检测到具有某一事件持续时间的传感器信号脉冲之时，使一脉冲以所述事件持续时间在所述事件信令线上生效。所述方法还可包括：利用换能器发送发射脉冲，其中，所述的提供至少一个状态位是在所述发送期间发生的。所述方法还可包括：监测换能器的性能特性，其中所述状态位指示性能特性是否令人满意。所述方法还可包括：测量传感器信号的噪声电平，其中所述状态位指示噪声电平是否超出阈值。所述方法还可包括：监测多种潜在错误状况，其中所述至少一个状态位为共同指示不存在所述错误状况或识别所述错误状况中至少一者的多个状态位中的一者。换能器可为超声波换能器。

本发明所公开的实施例包括一种传感器控制器，该传感器控制器包括：驱动超声波换能器使之生成发射脉冲的发射器；从换能器导出传感器信号的接收器；以及核心逻辑，该核心逻辑检测事件信令线上的触发信号，并且作为响应在基于传感器信号驱动事件信令线之前在事件信令线上提供一个或多个错误报告位。所述驱动可包括在检测到具有某一事件持续时间的传感器信号脉冲之时，使一脉冲以所述事件持续时间在所述事件信令线上生效。核心逻辑可进一步操作发射器，使之响应于触发信号生成发射脉冲，其中在发射脉冲的生成期间提供所述一个或多个错误报告位。核心逻辑可监测换能器的混响时间，并且所述一个或多个错误报告位可指示混响时间是否在限度内。接收器可测量传感器信号的噪声电平，并且所述一个或多个错误报告位可指示噪声电平是否超出阈值。核心逻辑可监测多种潜在错误状况，并且所述一个或多个状态位可指示每种所述错误状况的不存在或存在。