專利名稱：傳感器或執行元件連接到總線系統上的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于將至少一個傳感器或執行元件連接到時間控制的總線系統上的一種方法和一種裝置，以及涉及一種相應的傳感器或執行元件。
現有技術近年來在現代汽車制造中，或也在機械制造中，尤其是在機床領域中，而且也在自動化和其它的工業應用中，急劇增長地借助一種通信系統或總線系統將控制設備、傳感器和執行元件進行結網。在此，通過將功能分布到多個控制設備上可以達到協同效應。人們在此稱之為離散的系統。越來越多地通過至少一個總線，或至少一個總線系統來實現不同用戶之間的通信。通過協議來調節在總線系統、訪問機制和接收機制，以及故障處理上的通信交往。
在此的一項措施是在時間控制總線系統中的時間控制的通信。這種時間控制的通信系統的出發點在于，循環地以固定的時間格式發送消息。從系統中的空轉(freilaufend)的定時器，或主定時器(Zeitmaster)中推導出該時間格式的流程，該定時器或主定時器給定了時間控制總線系統的該所謂的全球時間。這樣時間控制總線系統的實例是符合ISO標準11898-4的時間控制的CAN(控制器區域網絡)，所謂的TTCAN或(時間觸發的控制器域網絡)。在TTCAN中，或也在像軟線(FlexRay)那樣的其它時間控制的總線系統中建立通信回路(例如基本循環Cycle)，這種時間控制的通信系統，諸如TTCAN或軟線因而主要基于時間控制的周期性的通信，該通信通過給出主要時間的用戶，所謂的主定時器，借助時間基準消息或簡稱基準消息來提供時鐘脈沖。直至下一個基準消息為止的周期稱為基本循環，劃分為可規定數量的時窗，和包括時間控制總線系統的循環時間。
控制設備通常在這種時間控制的通信系統中具有直接的總線訪問，以便交換應用消息。在上述時間控制的總線系統中必須符合時間地提供這些消息。例如可以通過采用像OSEK那樣的時間控制的操作系統來滿足該要求。于是從上述全球時間GT中推導出操作系統的，例如OSEK時間兼容的OS的時間理解(Zeitverstndnis)。
但是也將傳感器和執行元件直接連接在這種具有時間控制通信的結網的系統中，即傳感器或執行元件的邏輯電路也承擔參與總線通信的任務。
在此，在現有技術中在所采用的傳感器和執行元件中，不深入討論總線系統的特殊的性能，也就是尤其是時間的特性。這就是說，這種總線系統的時間控制的特性不直接由傳感器或執行元件來承擔，而因此附加于在信號處理范圍中的、通常在傳感器技術指標中說明的最大允許的相移即時間推移地，還添加了其它的涉及適時性的，傳感器中的專門測量數據的時間不可靠性。
在該以下要闡述的本發明的范圍中的出發點在于，未來越來越多地建造具有調節回路的車輛系統，這些車輛系統通過總線系統來通信，并因此要考慮數據的時間特性，或數據由于通過總線系統的傳輸的老化。
發明內容
因此本發明的任務是，使得在傳感器或執行元件連接到時間控制總線系統上時數據的有關適時性的時間偏差最小化。
本發明的優點為了解決該任務，從用于將至少一個傳感器或執行元件連接到時間控制的總線系統上的一種方法和一個裝置，以及從相應的傳感器或執行元件出發，其中，傳感器或執行元件進行信號處理，該信號處理劃分為至少兩個階段，而在第一階段中的信號處理以比在第二階段中更快的節拍來進行。根據本發明如下來實現總線系統的時間控制特性的納入(Einbindung)，即在所述階段的至少一個中將傳感器或執行元件同步到時間控制總線系統的傳感器外部的時間上，尤其是同步到全球時間或循環時間上。
在第一實施形式中，因此將信號處理的應以較快節拍進行的第一階段和時間控制總線系統的傳感器外部的時間進行同步。在第一實施形式中，因此將信號處理的應以較快節拍進行的第一階段同步到時間控制總線系統的傳感器外部的時間上。
在一個其它的實施形式中，將信號處理的第二階段同步到時間控制總線系統的傳感器外部的時間上。
在傳感器外部的時間情況下以有利的方式涉及時間控制總線系統的全球時間或循環時間。在一種合理的實施形式中，采用TTCAN作為時間控制的總線系統，正如該TTCAN在ISO 11898-4中所說明的那樣。
以有利的方式，通過從總線耦連單元的寄存區中讀出代表傳感器外部時間的時間信息，來實現本發明的同步。在一個其它的實施形式中，通過經過輸入路徑的讀入來獲得用于同步的時間信息，其中，時間信息同樣從傳感器外部時間情況中來推導，并傳輸到輸入路徑上。在此可以在外部給定輸入路徑，也就是通過單獨的插頭，或又通過通向總線耦連單元的通信連接來實現輸入路徑，其中，于是從總線耦連單元的傳感器外部時間情況中推導出時間信息，并傳輸到輸入路徑上。
因此可以將現代傳感器或甚至執行元件的處理邏輯電路和與此相聯系的計算，或對于測量數據的測量的預處理，調整到就是時間控制總線系統的外部給定的、像測量數據的通信循環和發送時刻那樣的時間條件上。因此也可以在實時條件下大大超出在現有技術中公開的尺度地，在數據適時性方面降低時間上的不可靠性或推移。
以下借助附圖中所示的圖形來詳述本發明。
圖1展示了具有至少一個用戶和至少一個傳感器的時間控制的總線系統，以及圖2展示了具有總線接口或總線耦連單元的傳感器的方框圖。
以下主要說明將傳感器連接到時間控制的總線系統上，其中，如果執行元件通過時間控制的總線系統進行數據交換，則在本發明方面可以類似地實現這些執行元件的連接。
具體實施例方式
圖1展示了具有用戶100，尤其具有控制單元的時間控制的總線系統110，該控制單元通過耦連單元102與總線系統110相連接。在控制單元100中含有處理單元101以及時間模塊103。該控制單元100例如是主總線(Busmaster)，也就是載有時間控制總線系統的時間特性的單元。這像開始時所述那樣，通過與自己的定時器模塊103有關地發送出基準消息來實現，于是從中得出總線系統的全球時間。于是從兩個基準消息之間的時間中得出總線系統的循環時間。
因此例如每個用戶具有自己的時基，或像103那樣的定時器，該時基在它這方面可以通過內部的裝置，諸如時鐘、計數器、時鐘脈沖發生器、振蕩器等等來形成，或可以從外部向各自的用戶來傳輸。每個用戶因此具有一個本地時間，而僅僅一個特定的用戶，定時器或主定時器400具有突顯(exponiert)的位置，使得該定時器或主定時器400的時基作為用于給定全球時間GT的全球時基形成了基礎。每個用戶現在可以按照該全球時間GT來修正它的時間理解，其方式是從自己的本地時基和涉及對全球時間的偏差(Offset)中進行調整。取決于全球時基的可能的時間漂移，作為兩個基準消息之間間距的循環時間于是與全球時間聯系在一起。
根據本發明用104示出了相應的傳感器，例如車輛中的旋轉速率(Drehraten)傳感器。所示出的傳感器104同樣含有總線耦連單元107、附帶布置的或包含在耦連單元中的寄存區(Registerbereich)108、以及控制單元或處理單元105，和時間模塊106。在該實例中，旋轉速率傳感器的技術指標說明了在25Hz時具有最大30度的相移。在傳感器中在設計時也已由必要的輸出濾波器完全利用了該相移。現在，如所示出那樣，在具有例如1毫秒循環的現代時間控制的總線系統中采用了該傳感器。如所述那樣，由總線系統給定了該時間標度線。因此也就是該傳感器的具有測量數據的消息也獲得了循環中的某個位置。這就是說，但是在當前的循環中在以后時刻也不再可能發送測量數據。如果現在旋轉速率傳感器的數字式信號處理異步于總線系統的該循環來運行，測量數據適時性的時間的不可靠性則因此得出為1毫秒加上規定的相移。在該實例中，這意味著，在25Hz時為9度的附加的相移也就是已經約為技術指標的三分之一。在整個調節回路中通常還有其它的例如通向執行元件的通信路徑，由此，過多的相移因而可能導致整個調節的不穩定性。
除了旋轉速率傳感器之外，同樣的內容例如適用于ESP(電子穩定程序)，也適用于尤其車輛中的另外的傳感器用途，像例如在相應調節范圍中的車輪轉速或發動機轉速用的轉速傳感器(Sensorik)那樣，或也適用于HFM(熱膜空氣質量測量儀)，或也適用于例如與氣囊功能有關的用途中的加速度傳感器。在所述和其它的傳感器用途中，一方面在相移上，另一方面在涉及時間控制總線系統和所連接傳感器之間的異步性方面的、附加的時間不可靠性上，出現上述的問題。
該問題的解決方案在于，將傳感器的內部的數字邏輯電路引到，或同步到時間控制總線系統的傳感器外部的時間上。因此這就是說，將傳感器的內部的邏輯電路引到通信系統的全球時間上，或也引到循環時間上，或同步到其上。因此達到了，如此來實現傳感器中的測量數據處理，使得在通信循環中在發送消息的計劃發送時刻來提供測量數據。圖2為此展示了在具有總線系統的調節回路中的傳感器的方框電路圖，其中，如開始時已提及的那樣，在調節回路中的執行元件(Aktorik)中也可以應用同一方法，同樣還有裝置。圖2中用200示出了耦連到時間控制總線系統205上的傳感器或執行元件。201在此表示原來的傳感器元件，該傳感器元件承擔物理地采集各自的流程或改變。方框202象征了以快節拍的，尤其在兆赫段中的傳感器信號處理，而方框203象征了以慢節拍的，尤其在千赫段中的傳感器信號處理。這就是說，邏輯電路，或傳感器元件的信號處理可以粗略劃分為方框201、采集、202和203、處理。方框204展示了用于連接到時間控制總線系統205上所需要的通信控制器，或作為總線耦連單元(204)的總線接口。該總線耦連單元可以，像用虛線表明的那樣，同樣含有在傳感器200中，或布置在該傳感器200的外部。在此用208示出了承擔通信控制的實施單元。
通過以快節拍的傳感器信號處理來運行傳感器元件201，即讀出和預處理測量值。這也還可以用模擬技術或又用數字技術來實現。在此之后，通常以數字技術以慢的節拍，尤其在千赫段中，來預處理和處理傳感器信號處理的該第一階段的、即以快節拍、尤其在兆赫段中處理的結果。已提及的輸出濾波在此也得到應用。在信號處理的該第二階段中，在每個處理過程之后將數字式傳感器信號置入總線耦連單元204中。尤其在信號處理的第一階段向信號處理的第二階段的，即在從快向慢節拍的過渡之間，可能導致開始時所述相移。
在第一變型方案中，已經將信號處理的第一階段，即以快節拍的階段，按照方框202同步到時間控制總線系統的傳感器外部的時間上，即同步到循環時間或全球時間上。一方面這通過讀出代表相應的循環時間或全球時間的時間信息是可能的。例如從總線耦連單元107或204的相應的寄存器207或108中實現了這種時間信息。這就是說，通過輸入路徑206可以從寄存器207中讀出用于時間同步的相應的時間信息，以便避免時間的不可靠性，尤其是抖動。在此在含有在傳感器中的總線耦連單元中，不必采用在傳感器和總線耦連單元之間的，或方框203和總線耦連單元之間的通信路徑，而是也可以另行構成輸入路徑206，使得應該輸送一個時間信息，該時間信息從時間控制的總線系統的，尤其是總線耦連單元的時間特性中來推導。在此也可以安排該時間信息用的單獨的輸入插頭，其中，該時間信息于是可以源自外部的來源，諸如源自另外的控制設備，同樣還有另外的總線用戶。到輸入插頭上的這種傳輸于是一方面可以是有線的，或也可以又是無線的，例如通過無線電、超聲波、紅外線等等。由于以慢節拍的，尤其在千赫段中的傳感器信號處理同樣訪問總線系統的傳感器外部的時間，就是尤其是訪問循環時間或全球時間，所以存在著傳感器信號處理的第一階段和第二階段的同步，使得將數字式傳感器信號同步于總線耦連單元中的總線時間地來記錄。
第二變型方案來自于，獨立于以慢節拍的，即在千赫段中的傳感器信號處理地，來進行信號處理的第一階段，即以快節拍，即在兆赫段中的那個第一階段。在此如下來選擇信號處理第二階段的節拍，使得相移盡可能地小。現在又將該第二階段同步到總線系統的傳感器外部的時間上，就是同步到循環時間或全球時間ZT或GT上。這要么通過直接讀取全球時間GT或循環時間ZT，就是讀取時基來實現，要么作為寄存器值來實現。另一種可能性是通過處理輸入路徑的時間信息來同步，尤其是一個專用輸入插頭，該輸入插頭提供對時間控制總線系統的總線時間的同步，即提供作為硬件信號的全球時間或循環時間。因此在第一和第二信號處理階段之間實現了微小的相移，并在信號處理的第二階段的范圍中同步于總線耦連單元的總線時間地記錄數字的傳感器信號。
兩個所述變型方案，變型方案1和變型方案2，因此是傳感器信號的同步輸出，以便使得涉及時間控制總線系統的時間特性的時間不可靠性和相移最小化。因此在內部不必暫存測量值，即數據，這僅僅會導致相移的移位，而不會像根據本發明現在達到的那樣，導致時間推移的最小化。也可以如下來避免這種暫存，即采用DPRAM或另外的緩沖器方案，例如轉換寄存器(Wechselregister)，使得如果在慢的傳感器信號處理中，即在第二階段中應寫入一個新的傳感器值，總線耦連單元，還有通信控制器則同步于總線時間發送傳感器值。因此傳感器信號雖然異步于總線時間地被寫入，但是同地步發送傳感器信號，并如此來實現傳感器信號，使得在訪問時不導致寫讀沖突。因此在該最簡單的第三變型方案中，即使用DPRAM或另外的像轉換寄存器的緩沖器方案，本來僅將通信控制器或總線接口204通過讀出循環時間或全球時間，或又通過具有邊沿控制的輸入插頭，與總線時間同步地同步到該總線時間上。為了避免較大的偏差，尤其為了使該偏差最小化，則可以同步地至少進行信號處理的第一階段。
用剛才所闡述的內容可以說明一種方法和一個裝置、一個傳感器以及類似地一個執行元件，通過這些來實現傳感器或執行元件與時間控制總線系統的同步，可以使得所述時間的不可靠性和相移最小化，并可以避免調節中的不穩定性。
權利要求
1.用于將至少一個傳感器(104，200)或執行元件連接到時間控制的總線系統(110，205)上的方法，其中，所述傳感器(104，200)或執行元件進行信號處理(202和203)，其中，所述信號處理劃分為至少兩個階段，而第一階段(202)中所述信號處理以比第二階段(203)中的較快的節拍來進行，其特征在于，在所述階段中的至少一個中，將所述傳感器(104，200)或執行元件同步到所述時間控制總線系統的傳感器外部的時間(GT，ZT)上。
2.按權利要求1的方法，其特征在于，將所述信號處理的第一階段(202)同步到時間控制總線系統(110，205)的傳感器外部的時間(GT，ZT)上。
3.按權利要求1的方法，其特征在于，將所述信號處理的第二階段(203)同步到時間控制總線系統(110，205)的傳感器外部的時間(GT，ZT)上。
4.按權利要求1的方法，其特征在于，在所述傳感器外部的時間中涉及所述時間控制總線系統(110，205)的全球時間(GT)。
5.按權利要求1的方法，其特征在于，在所述傳感器外部的時間情況中涉及所述時間控制總線系統(110，205)的循環時間(ZT)。
6.按權利要求1的方法，其特征在于，在所述時間控制的總線系統(110，205)中涉及一個TTCAN。
7.按權利要求2的方法，其特征在于，所述同步通過從總線耦連單元(107，204)的寄存區(108，207)中讀出代表所述傳感器外部時間的時間信息來實現。
8.按權利要求2的方法，其特征在于，通過讀入經過輸入路徑(206)的時間信息來實現所述同步，其中，從所述傳感器外部的時間情況中推導所述時間信息，并在所述輸入路徑(206)上傳輸。
9.按權利要求2的方法，其特征在于，通過讀入經過輸入路徑(206)的時間信息來實現所述同步，其中，從總線耦連單元(204)的傳感器外部的時間情況中推導所述時間信息，并在所述輸入路徑(206)上傳輸。
10.用于將至少一個傳感器(104，200)或執行元件連接到時間控制的總線系統(110，205)上的裝置，其中，所述傳感器(104，200)或執行元件進行信號處理(202和203)，其中，所述信號處理劃分為至少兩個階段，而第一階段(202)中的所述信號處理以比第二階段(203)中的較快的節拍來進行，其特征在于，含有著裝置(105，208)，這些裝置(105，208)在所述階段中的至少一個中，將所述傳感器或執行元件同步到所述時間控制總線系統(110，205)的傳感器外部的時間(GT，ZT)上。
11.用于連接到時間控制總線系統(110，205)上的傳感器(104，200)，其中，所述傳感器(104，200)執行信號處理(202，203)，其中，所述信號處理劃分為至少兩個階段，而第一階段(202)中所述信號處理以比第二階段(203)中的較快的節拍來進行，其特征在于，含有裝置(105，208)，這些裝置(105，208)在所述階段中的至少一個中，將所述傳感器同步到所述時間控制總線系統的傳感器外部的時間(GT，ZT)上。
12.用于連接到時間控制總線系統(110，205)上的執行元件(104，200)，其中，所述執行元件(104，200)進行信號處理(202，203)，其中，所述信號處理劃分為至少兩個階段，而第一階段(202)中所述信號處理以比第二階段(203)中的較快的節拍來進行，其特征在于，含有裝置(105，208)，這些裝置(105，208)在所述階段中的至少一個中，將所述執行元件同步到所述時間控制總線系統的執行元件外部的時間(GT，ZT)上。
全文摘要
用于將至少一個傳感器(104，200)或執行元件連接到時間控制的總線系統(110，205)上的方法，其中，所述傳感器(104，200)或執行元件進行信號處理(202和203)，其中，所述信號處理劃分為至少兩個階段，而第一階段(202)中的所述信號處理以比第二階段(203)中的較快的節拍來進行，其中，在所述階段中的至少一個中，將所述傳感器(104，200)或執行元件同步到所述時間控制總線系統的傳感器外部的時間(GT，ZT)上。
文檔編號G06F13/36GK1591513SQ20041007495
公開日2005年3月9日 申請日期2004年9月1日 優先權日2003年9月1日
發明者T·福埃雷爾, R·諾伊爾 申請人:羅伯特-博希股份公司