用于监控传感器时钟信号的装置和方法与流程

本发明涉及一种根据独立权利要求1前序部分所述的用于监控传感器单元中的传感器时钟信号的方法。本发明的主题还包括一种用于执行这种方法的装置。

背景技术：

外围传感器接口5(psi5)是一种开放标准。psi5建立在之前的pas4协议的基础上，其支持在控制单元的不同配置中每个总线节点最多可以问询四个传感器的标准应用。还设置了用于配置传感器和诊断的双向通信。

例如，在安全气囊系统中，来自压力或加速度传感器的数据通过电流调制的双线总线被评估，该总线通过曼彻斯特编码协议与控制单元进行通信。在psi5标准中还确定了可能的运行方式。这些运行方式首先在同步和异步运行模式方面有所不同。根据传感器与控制单元的连接方式，在同步运行模式下会得到三种运行方式：并行总线模式(其中传感器并联连接)，通用总线模式(其中传感器串联连接)和菊花链总线模式。结合诸如时隙总数、数据速率、数据字长、奇偶校验/crc校验等其他参数，psi5标准可允许不同的实现可能性。广泛应用的是10位的数据字长。

如今的压力、加速度和/或转速传感器通常包括专用集成电路(asic)或微控制器以及传感器元件。这些组件安装在模块壳体中。模块又被焊接或冷接触到电路板或支架上。在电路板或模块周围存在带有插头的塑料壳体。传感器单元通过该插头经由线束与控制单元接通。实际上可能发生的是，传感器单元的传感器时钟振荡器发生漂移或损坏。由此可能会干扰在psi5总线上的传感器单元信号。

技术实现要素：

具有独立权利要求1所述特征的用于监控传感器单元中传感器时钟信号的方法以及具有独立权利要求7所述特征的用于监控传感器单元中传感器时钟信号的装置具有以下优点：在psi5总线上的信号出现错误并将相应的错误消息从传感器单元发送出来之前，就已经在传感器单元中识别出传感器振荡器的错误。本发明的实施方式检测有错误的或漂移的传感器时钟信号，并有利地在预定时间段内向控制单元发送相应的错误消息。由于振荡器错误可以快速且可靠地被识别并且也可以明确地被归类，因此可以扩大相应安全气囊系统的诊断覆盖范围。由此可以有利地提高道路交通中的安全性，因为传感器振荡器发生故障的传感器单元可以促使更快地发出预警消息，从而也可以更快地被更换，由此可以有利地减少安全气囊中的错误不触发。

本发明的实施方式提供了一种用于监控传感器单元中的传感器时钟信号的方法，该传感器时钟信号被产生并输出以用于在传感器单元和控制单元之间以预定的周期进行数据传输，其中接收具有预定参考周期的参考时钟信号。在此，将传感器时钟信号与参考时钟信号进行比较，其中基于该比较来确定传感器时钟信号的当前周期与目标周期的偏差，并且其中基于所确定的偏差输出计数脉冲或复位脉冲。

此外还提出了一种用于监控传感器单元中的传感器时钟信号的装置，该传感器时钟信号产生并输出具有预定周期的传感器振荡器以用于在传感器单元和控制单元之间进行数据传输。参考振荡器产生并输出具有预定参考周期的参考时钟信号。在此，用于监控传感器单元中的传感器时钟信号的装置包括振荡器监控器，该振荡器监控器接收传感器时钟信号和参考时钟信号，并且执行用于监控传感器单元中的传感器时钟信号的方法。

本发明的核心思想在于，将传感器时钟信号与参考时钟信号进行比较，该参考时钟信号例如根据psi5协议由控制单元传输到传感器单元并且由传感器单元接收。只要传感器时钟信号的偏差超过预定百分比，传感器单元就会将相应的错误信号发送给控制单元。

在此，用于监控传感器单元中的传感器时钟信号的装置可理解为布置在传感器单元中的评估和控制单元，其处理或评估所检测的传感器信号。评估和控制单元可以具有至少一个接口，该接口可基于硬件和/或软件来构造。在基于硬件的构造方式中，接口例如可以是所谓的asic系统的一部分，其包含评估和控制单元的各种功能，例如振荡器监控器的功能。然而还可行的是，振荡器监控器和/或接口为单独的集成电路或者至少部分由分立元件组成。在基于软件的构造方式中，接口可以是例如与其他软件模块并存于微控制器上的软件模块。还有利的是具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码存储在诸如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器的机器可读载体上，并且当评估和控制单元运行程序时该程序代码用于执行评估。

在此，传感器单元可理解为一种包括至少一个传感器元件的结构单元，该传感器元件直接或间接地检测物理变量或物理变量的变化并且优选地将其转换成传感器电信号。因此，传感器单元例如可以实施为具有相应传感器元件的加速度传感器或压力传感器或转速传感器。传感器单元例如可安装在车辆保险杠中以用于探测行人事故。为了检测侧面碰撞，传感器单元在实施为加速度传感器时可安装在车辆的b柱、c柱或d柱处，或者在实施为压力传感器时可安装在车门中。为了检测前面碰撞，可以将实施为加速度传感器的传感器单元安装在中央控制单元中或沿着车辆的弯曲横梁安装。为了检测侧翻或打滑，可以将实施为转速传感器的传感器单元安装在中央控制单元中或车辆中央隧道上的独立壳体中。传感器单元输出的信号由控制单元内的算法进一步处理。如果这种算法识别出发生了行人碰撞、侧面碰撞、前面碰撞或侧翻，则根据识别出的事故场景做出车辆中主动约束装置(例如安全气囊)的触发决定并且激活该约束装置，以便在发生行人碰撞时保护行人或在碰撞事故时保护车辆乘员。

通过从属权利要求中列出的措施和改进方案可以有利地改进独立权利要求1中指定的用于监控传感器单元中传感器时钟信号的方法以及独立权利要求7中指定的用于监控传感器单元中传感器时钟信号的装置。

特别有利的是，计数脉冲可以使错误计数器递增，而复位脉冲可以使错误计数器递减或重置。例如，如果传感器时钟信号的偏差在接受窗口之内并且在预定的最优值窗口之外，则可以使错误计数器递增。另外，如果传感器时钟信号的偏差在接受窗口之内并且在预定的最优值窗口之内，则可以使错误计数器递减或重置。此外，可以预设错误计数器的递增级别和/或递减级别。例如，可以根据参考时钟信号的周期、所选择的递增级别和所定义的应识别传感器时钟信号错误的时间段来预定错误计数器的极限值。

在有利的设计方案中，根据本发明的装置可以包括对传感器时钟信号的脉冲进行计数的计数器。在此，振荡器监控器可以在振荡器监控器接收参考时钟信号的第一同步脉冲的开始时间点启动计数器，并且在振荡器监控器接收后续的第二同步脉冲的停止时间点终止计数器。计数器的使用可以使得特别简单且低成本地实现根据本发明的用于监控传感器单元中传感器时钟信号的装置。由此，振荡器监控器可以读取计数器的计数器读数并将其与目标计数器读数进行比较，该目标计数器读数由传感器时钟信号的参考周期与目标周期之比计算得出。目标计数器读数例如可以由振荡器监控器计算或预先计算，并存储在传感器单元中的非易失性存储器中。基于该比较，振荡器监控器可以确定传感器时钟信号的当前周期与目标周期的偏差。

在根据本发明的装置的另一有利设计方案中，振荡器监控器可以基于针对传感器时钟信号偏差的预定公差范围来计算接受窗口，该接受窗口可以向下由第一计数器读数限制并且向上由第二计数器读数限制。此外，振荡器监控器可以基于针对传感器时钟信号偏差的预定公差范围来计算最优值窗口，该最优值窗口向下由大于第一计数器读数的第三计数器读数限制并且向上由小于第二计数器读数的第四计数器读数限制。此外，如果传感器时钟信号的偏差在接受窗口内且在最优值窗口之外，则振荡器监控器可以产生错误计数器的计数脉冲。此外，如果传感器时钟信号的偏差在接受窗口内且在最优值窗口之外，则振荡器监控器可以产生错误计数器的复位脉冲。

在根据本发明的装置的另一有利设计方案中，如果所读取的当前计数器读数在接受窗口之内，则振荡器监控器可以将第二同步脉冲解读为新的第一同步脉冲并重新启动计数器。此外，如果相应读取的当前计数器读数小于第一计数器读数，则振荡器监控器可以将第二同步脉冲解读为干扰脉冲。在这种情况下，振荡器监控器可以忽略被解读为干扰脉冲的第二同步脉冲，并且不进行错误计数器读数的改变或错误计数器的重新启动。此外，如果相应读取的当前计数器读数大于第二计数器读数，则振荡器监控器可以将第二同步脉冲解读为新的第一同步脉冲。在这种情况下，振荡器监控器可以响应于被解读为新的第一同步脉冲的第二同步脉冲而重新启动计数器并且不进行错误计数器读数的改变。由此，本发明实施方式中的数据传输将有利地甚至更鲁棒地抵抗可能引起人工或丢失的同步脉冲的外部emc干扰。另外，由此可以有利地防止emc干扰导致错误计数器读数的改变。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下说明中得以详细阐述。在附图中，相同的附图标记表示执行相同或相似功能的部件或元件。

图1示出了车辆中的传感器组件的示意性框图。

图2示出了图1中的传感器组件的传感器单元的示意性框图，其具有根据本发明的用于监控传感器单元中传感器时钟信号的装置的实施例。

图3示出了根据本发明用于监控传感器单元中传感器时钟信号的方法的第一时间轴的示意图，其中在接受窗口之内且在最优值窗口之内接收第二同步脉冲。

图4示出了根据本发明用于监控传感器单元中传感器时钟信号的方法的第二时间轴的示意图，其中在接受窗口之内但在最优值窗口之外接收第二同步脉冲。

图5示出了根据本发明用于监控传感器单元中传感器时钟信号的方法的第三时间轴的示意图，其中在接受窗口之前接收第二同步脉冲。

图6示出了根据本发明用于监控传感器单元中传感器时钟信号的方法的第四时间轴的示意图，其中在接受窗口之后接收第二同步脉冲。

图7示出了错误计数器的第一实施例的计数过程的示意图，该错误计数器用于图2中的根据本发明用于监控传感器单元中传感器时钟信号的装置。

图8示出了错误计数器的第二实施例的计数过程的示意图，该错误计数器用于图2中的根据本发明用于监控传感器单元中传感器时钟信号的装置。

具体实施方式

如由图1和图2可见，在所示实施例中，用于车辆1的传感器组件3包括：具有参考振荡器32的控制单元30，该参考振荡器产生并输出具有预定参考周期t_ref的参考时钟信号rts；多个总线节点5，其中示出了两个总线节点5；和多个传感器单元10，其分别实施为外围安全气囊传感器并且与总线节点5的其中一个连接。在所示实施例中，分别有四个传感器单元10与总线节点5的其中一个连接。在作为车辆1人员保护系统一部分的所示传感器组件3中，各个传感器单元10、总线节点5和控制单元30通过电流调制的双线总线彼此连接并且通过psi5标准进行通信。由此，控制单元30可以接收并评估由传感器单元10检测的压力数据或加速度数据或转速数据。

如由图1和图2进一步可见，各个传感器单元10分别包括：传感器元件12；产生并输出具有预定周期t_sts的传感器时钟信号sts的传感器振荡器14；以及用于监控传感器单元10中传感器时钟信号sts的装置20。

在所示实施例中，用于监控传感器单元10中的传感器时钟信号sts的装置20实施为专用集成电路(asic)，其包括至少一个运算单元或至少一个微控制器，并且处理和评估所检测的传感器信号。

如由图2进一步可见，用于监控传感器单元10中传感器时钟信号sts的装置20包括振荡器监控器22，其接收传感器时钟信号sts和参考时钟信号rts并且执行根据本发明的用于监控传感器单元10中传感器时钟信号sts的方法。在此，在第一步骤中将传感器时钟信号sts与参考时钟信号rts进行比较，其中基于该比较来确定传感器时钟信号sts的当前周期t_sts与目标周期t_sts_soll的偏差delta_t。然后基于所确定的偏差delta_t输出计数脉冲zi或复位脉冲ri。

用于监控传感器单元10中传感器时钟信号sts的方法可以例如以软件或硬件或者以软件和硬件的混合形式在各个传感器单元10中实现。

在所示实施例中，参考时钟信号rts具有2khz的频率和500μs±1％的参考周期t_ref。在所示实施例中，传感器时钟信号sts具有18mhz的频率和0.0555μs的目标周期t_sts_soll。由此，为了检测传感器单元10的传感器时钟信号sts相对于控制单元30的参考时钟信号rts的偏差delta_t，根据等式(1)计算该偏差delta_t。

delta_t＝t_ref-n*t_sts,n＝t_ref/t_sts_soll(1)

对于以上给出的值，得到因子n的值为9000。传感器时钟信号sts的典型公差在整个使用寿命内为±3.5％。根据psi5标准，传感器单元10中传感器时钟信号sts的偏差delta_t的允许上限为±5％。参考时钟信号的公差为±1％。因此，图3至图6所示的最优值窗口wopt预定了传感器时钟信号sts的偏差delta_t的允许范围，其可以附加地预设有安全裕量。

图3至图6所示的接受窗口af例如可预设有±10％的外部极限。该示例性接受窗口af的外部极限由传感器振荡器14的公差±5％、参考时钟信号rts的公差±1％和例如值为±4％的安全裕量得出。由此，对于传感器时钟信号sts的错误偏差delta_t的检测，在允许偏差范围或最优值窗口wopt之外但在接受窗口af之内的范围就会成问题。用于错误检测的该范围的内部极限例如可以是±7％至8％的传感器时钟信号sts的偏差delta_t。接受窗口af的外部极限通常为约±10％的传感器时钟信号sts的偏差delta_t。在该数值示例中，在负向错误窗口wneg中可识别出传感器时钟信号sts在-7％到-10％之间的负方向上的错误偏差delta_t，而在正向错误窗口wpos中可识别出传感器时钟信号sts在+7％到10％之间的正方向上的错误偏差delta_t。作为错误检测的内部极限的7％至8％由传感器振荡器14的允许公差±5％、参考时钟信号rts的公差±1％和例如值为±1至2％的安全裕量组成。如果所检测的传感器时钟信号sts例如处于负向错误窗口wneg或正向错误窗口wpos中，则不会立即输出错误信号fs，而是取而代之输出计数脉冲zi，其在所示实施例中使错误计数器26递增。仅当错误计数器26超过图7和图8所示的极限值gw时，错误信号fs才会在传感器单元10中产生并传输到控制单元30。如果检测到的传感器时钟信号sts例如处于最优值窗口wopt中，则在所示实施例中将产生并输出复位脉冲r1，这可以使错误计数器26递减或重置。这意味着，当偏差delta_t在接受窗口af之内且在预定的最优值窗口wopt之外时，错误计数器26将递增，并且当偏差delta_t在接受窗口af之内且在预定的最优值窗口wopt之内时，错误计数器26将递减或重置。

在所示实施例中，错误计数器26被设计为16位的变量。错误计数器26对偏差delta_t在接受窗口af之内且在预定的最优值窗口wopt之外的周期数量进行计数。错误计数器26可以在每个相关周期中以不同的等级递增。在递减时，错误计数器26同样可以使用不同的等级。例如可以根据参考时钟信号rts的周期t_ref、所选择的递增量级和其中应识别出错误的传感器时钟信号sts的限定时间段来预定错误计数器26的极限值gw。

如由图7进一步可见，在所示实施例中预定了错误计数器26的递增量级和递减量级，其中递减量级被预定为小于递增量级。如由图7进一步可见，错误计数器26在所示特性曲线k1中递增两次，然后递减一次，然后再递增两次。仅当错误计数器读数fzs达到或超过预定极限值gw时才输出错误信号fs。

如由图8进一步可见，在所示实施例中预定了错误计数器26的递增量级，其中在所示实施例中错误计数器26不是递减，而是当偏差delta_t在接受窗口af之内且在预定的最优值窗口wopt之内时被重置。如由图8进一步可见，错误计数器26在所示特性曲线k2中递增两次，然后重置一次，然后再递增3次。仅当错误计数器读数fzs达到或超过预定的极限值gw时才输出错误信号fs。

通过错误计数器26可以有利地防止诸如干扰脉冲或错误同步脉冲的一次性事件引起错误信号的产生和输出。

在所示实施例中，用于监控传感器单元10中传感器时钟信号sts的装置20包括计数器24，其对传感器时钟信号sts的脉冲进行计数。下面将参考图3至图6说明图2的用于监控传感器单元10中传感器时钟信号sts的装置20的工作原理。振荡器监控器22在其接收参考时钟信号rts的第一同步脉冲sp1的开始时间点t_start、t_start”’启动计数器24。振荡器监控器22在其接收随后的第二同步脉冲sp2、sp2’、sp2”、sp2”’的停止时间点t_stop、t_stop’、t_stop”、t_stop”’终止计数器24。然后，振荡器监控器22读取计数器24的计数器读数zs，并将其与目标计数器读数zs_soll进行比较，该目标计数器读数zs_soll由传感器时钟信号sts的参考周期t_ref与目标周期t_sts_soll的比率计算得出。以上述值得出目标计数器读数zs_soll为9000。由此，基于目标计数器读数zs_soll和当前计数器读数zs的比较，振荡器监控器22可以根据等式(2)确定传感器时钟信号sts的当前周期t_sts与目标周期t_sts_soll的偏差delta_t。

delta_t＝(zs_soll-zs)*t_sts_soll(2)

振荡器监控器22基于针对偏差delta_t的预定公差范围±10％来计算接受窗口af，该接受窗口向下受到在此为8100的第一计数器读数zs_min的限制，并且向上受到在此为9900的第二计数器读数zs_max的限制。另外，振荡器监控器22计算最优值窗口wopt，其向下受到在此为8370的第三计数器读数zsw_min的限制并且向上受到在此为9630的第四计数器读数zsw_max的限制。由此，负向错误窗口wneg具有8100的第一计数器读数zs_min作为下极限并且具有8370的第三计数器读数zsw_min作为上极限。正向错误窗口wpos具有9630的第四计数器读数zsw_max作为下极限并且具有9900的第二计数器读数zs_max作为上极限。

如由图3进一步可见，振荡器监控器22在开始时间点t_start接收第一同步脉冲sp1并启动计数器24。在停止时间点t_stop，振荡器监控器22接收在接受窗口af之内且在最优值窗口wopt之内的第二同步脉冲sp2。这意味着所读取的当前计数器读数zs介于在此为8370的第三计数器读数zsw_min和在此为9630的第四计数器读数zs_max之间。因此，振荡器监控器22将两个同步脉冲sp1、sp2解读为有效的同步脉冲对。因为图3示出了偏差delta_t为0的最优状态，所以所读取的当前计数器读数zs相应于目标计数器读数zs_soll。因为偏差delta_t在接受窗口af之内且在最优值窗口wopt之内，所以振荡器监控器22产生用于错误计数器26的复位脉冲ri。因此，根据错误计数器26的实施方式，错误计数器读数fzs将递减或重置。另外，振荡器监控器22将第二同步脉冲sp2解读为新的第一同步脉冲sp1并且重新启动计数器24。

如由图4进一步可见，振荡器监控器22在开始时间点t_start接收第一同步脉冲sp1并启动计数器24。在停止时间点t_stop，振荡器监控器22接收在接受窗口af之内但在最优值窗口wopt之外的第二同步脉冲sp2’。在图示中，第二同步脉冲sp2’处于负向错误窗口wneg之内。这意味着所读取的当前计数器读数zs介于在此为8100的第一计数器读数zs_min和在此为8370的第三计数器读数zsw_min之间。因此，振荡器监控器22将两个同步脉冲sp1、sp2解读为有效的同步脉冲对。因为偏差delta_t在负向错误窗口wneg之内，即在接受窗口af之内但在最优值窗口wopt之外，所以振荡器监控器22产生用于错误计数器26的计数脉冲zi。因此，错误计数器26使错误计数器读数fzs递增。振荡器监控器22将检验当前错误计数器读数fzs是否已达到或超过预定的极限值gw。如果是这种情况，则振荡器监控器22产生错误信号fs并将其输出到控制单元30。由于所读取的当前计数器读数zs在接受窗口af之内，因此振荡器监控器22将第二同步脉冲sp2’解读为新的第一同步脉冲sp1，并重新启动计数器24。

如由图5进一步可见，振荡器监控器22在开始时间点t_start接收第一同步脉冲sp1并启动计数器24。在停止时间点t_stop”，振荡器监控器22接收在接受窗口af之外的第二同步脉冲sp2”。在根据图5的图示中，所读取的计数器读数zs低于在此为8100的第一计数器读数zs_min。因此，振荡器监控器22将第二同步脉冲sp2”解读为干扰脉冲，并且将两个同步脉冲sp1、sp2”解读为无效的同步脉冲对。由于其在该情况下为干扰脉冲，因此其将被振荡器监控器22忽略，并且不会进行错误计数器读数fzs的改变或计数器24的重新启动。

如由图6进一步可见，振荡器监控器22在开始时间点t_start接收第一同步脉冲sp1并启动计数器24。在停止时间点t_stop”’，振荡器监控器22接收在接受窗口af之外的第二同步脉冲sp2”’。在根据图6的图示中，所读取的计数器读数zs高于在此为9900的第二计数器读数zs_max。在这种情况下，所接收的第二同步脉冲sp2”’被振荡器监控器22接受。然而，振荡器监控器22将第二同步脉冲sp2”’解读为新的第一同步脉冲sp1。这意味着第二同步脉冲sp2”’用作参考时钟测量的或传感器单元10中计数器24的新的开始时间点t_start。但不会进行错误计数器读数fzs的改变。

本发明的实施方式提供的另一优点在于，错误信号的输出对于外部emc干扰的鲁棒性更好。最后，在有emc干扰的情况下不应输出任何错误信号。