用于车辆的传感器组件的制作方法

1.本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的用于车辆的传感器组件。


背景技术：

2.从现有技术中已知用于车辆的传感器组件，其对于每个车轮分别具有带有至少一个传感器元件的车轮传感器。各个车轮传感器通常通过两线双绞线与用于车辆制动系统的控制器连接，该系统例如执行abs、esp、asr和/或坡道驻车功能(abs：防抱死制动系统，esp：电子稳定程序，asr：驱动防滑控制)。通常，至少一个传感器元件的第一端子经由控制器与电源连接(高侧路径)，并且至少一个传感器元件的第二端子经由控制器接地(低侧路径)。流经至少一个传感器元件的传感器电流利用关于相应车轮的转数和/或转速的信息进行调制，其中控制器的评估和控制单元评估在至少一个传感器元件和接地端之间所检测的传感器电流。
3.从de 10 2016 222 628a1中已知一种具有用于检测测量变量的传感器的传感器组件，具有：带有第一测量电阻的第一评估单元，传感器的代表测量变量的传感器信号被馈送到该第一测量电阻以产生测量电压降；带有第二测量电阻的第二评估单元，传感器的代表测量变量的传感器信号被馈送到该第二测量电阻器以产生测量电压降；与第一评估单元连接的第一电压源；与第二评估单元连接的第二电压源；和开关装置，其与传感器连接并且被设计为使得在一个评估单元发生故障的情况下可在另一评估单元的测量电阻两端产生测量电压降。此外，传感器在电压侧通过第一测量电阻与第一电压源连接并且在接地侧通过第二测量电阻接地。在此，第一二极管
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齐纳二极管组合与第一测量电阻并联连接，并且第二二极管
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齐纳二极管组合与第二测量电阻并联连接，其中第一和第二二极管
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齐纳二极管组合分别被设计为具有大于测量电压降的击穿电压，使得在评估单元出现故障的情况下可促使相关二极管
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齐纳二极管组合击穿。此外，可设置另外的第一二极管
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齐纳二极管组合，其布置在传感器和第二电压源之间。此外，第二二极管
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齐纳二极管组合的一个端部可与第二评估单元的接地端子连接，并且另外的第二二极管
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齐纳二极管组合可与第一评估单元的接地端子连接。


技术实现要素：

4.具有独立权利要求1所述特征的用于车辆的传感器组件的优点在于：第一紧急保护电路监控低侧路径，并且在低侧路径失效的情况下为传感器元件提供无需电流检测的替代低侧路径，使得至少一个第一测量电路能够继续评估所检测的传感器电流。当传感器元件的第二测量端子处的电压降超过例如可以在从2.0v至4.0v的范围内预设的击穿电压值时，第一紧急保护电路被激活。激活的第一紧急保护电路将传感器元件的第二测量端子处的电压降限制在约0.8v至1.5v范围内的保持电压值，并且能够承受高达50ma的传感器电流。因此，与纯齐纳二极管结构相比，根据本发明的紧急保护电路的紧急保护电路在激活状态下在负载电流相似时具有显著更小的电压降。
5.本发明的实施方式提供了一种用于车辆的传感器单元，包括用于检测测量变量的传感器元件和至少两个控制器，控制器分别具有测量电路和电源。传感器元件的第一端子与至少两个控制器中的第一控制器的电源连接，并且传感器元件的第二端子经由至少两个控制器中的第二控制器的测量电路与接地端子连接。在此，流过传感器元件的传感器电流利用关于所检测的测量变量的信息进行调制，其中第一控制器的测量电路评估在电源和传感器元件之间的高侧路径中所检测的传感器电流，并且第二控制器的第二测量电路同时评估在传感器元件和接地端子之间的低侧路径中所检测的传感器电流。此外，第一紧急保护电路与低侧路径并行布置并且监控传感器元件的第二端子处的电压降。第一紧急保护电路为传感器元件提供替代低侧路径，并且在电压降达到预定的击穿电压值时接收传感器电流，使得至少第一测量电路能够继续评估所检测的传感器电流。另外，第一紧急保护电路将电压降降低到小于击穿电压值的保持电压值。
6.此外，用于车辆的这种传感器组件还具有以下优点：各个传感器元件的传感器信号通过在第一控制器内的电源和传感器元件之间(高侧路径)的分接头以及通过在第二控制器中的传感器元件和接地端之间(低侧路径)的分接头被提供，从而可以由两个评估和控制单元同时评估。为此，第一控制器的第一评估和控制单元的测量电路评估在高侧路径中所检测的传感器电流，并且第二控制器的第二评估和控制单元的第二测量电路同时评估在低侧路径中所检测的传感器电流。每个测量点仅使用一个简单的传感器元件，其传感器信号由两个控制器进行冗余评估，由此与每个测量点使用两个传感器元件相比，在冗余评估可靠性大致相同的情况下显著降低了成本，因为所有测量点的传感器信号都在两个控制器中被评估，并且传感器元件的故障概率很低。
7.通常，根据本发明的传感器组件的实施方式可包括多个传感器元件，其在车辆中分布地布置在相应的测量点处。由此，本文中的传感器组件的实施方式可优选地用于车辆制动系统中。在这样的制动系统中，测量点可以例如分别被分配给一个车轮，其中相应的传感器元件可以检测所分配的车轮的至少一个转数和/或转速。当然，传感器元件也可以被布置在车辆中的其他测量点处。此外，传感器元件还可以检测其他测量变量，例如温度、压力等。
8.在此，评估和控制单元可以被理解为处理或评估所检测的传感器信号的电路。该评估和控制单元可以具有可基于硬件和/或软件构造的接口。在基于硬件的构造方式中，接口例如可以是所谓的asic系统的包含评估和控制单元的各种功能的部分。而还可行的是，接口是自身的集成电路或者至少部分地由分立元件组成。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的载体上，并且当评估和控制单元运行该程序时其用于执行评估。
9.在本文中，控制器可以被理解为诸如制动控制器的电气设备，其可以与液压制动系统结合来执行各种制动功能，例如abs、esp、asr和/或坡道驻车功能(abs：防抱死制动系统，esp：电子稳定程序，asr：驱动防滑控制)。在此，两个控制器可以在正常运行中执行不同的制动功能。在其中一个控制器发生故障的情况下，可以规定另一控制器接管发生故障的控制器的制动功能。
10.在此，传感器元件可以被理解为在所分配的车轮区域内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电传感器信号的电气器件。这例如可以通过声波和/或电磁波的发送和/或接收和/或通过磁场或磁场的变化进行。可使用光学传感器元件，其例如具有探测接收波的冲击或强度、波长、频率、角度等的光板和/或荧光表面和/或半导体，例如红外传感器元件。同样可以考虑声学传感器元件，例如超声波传感器元件和/或高频传感器元件和/或雷达传感器元件和/或响应于磁场的传感器元件，例如霍尔传感器元件和/或磁阻传感器元件和/或电感传感器元件，其例如通过由磁感应产生的电压记录磁场的变化。
11.通过从属权利要求中列出的措施和改进方案可有利地改进独立权利要求1中说明的用于车辆的传感器组件。
12.特别有利的是，如果电压降由于外部事件而下降到小于保持电压值的关断电压值以下时，则第一紧急保护电路可以自动地再次断开替代低侧路径。例如，可能由于初始低侧路径已被重新激活并再次可供使用，而引起电压降的下降。
13.在传感器组件的一个有利设计方案中，其作用方式相应于第一紧急保护电路的第二紧急保护电路可与高侧路径并行布置并且监控在传感器元件的第一端子处的电压降。在此，在电压降达到预定的击穿电压值时，第二紧急保护电路可以为传感器元件提供替代高侧路径并且接收传感器电流，使得至少第二测量电路能够继续评估所检测的传感器电流。另外，第二紧急保护电路将电压降降低到小于击穿电压值的保持电压值。此外，如果电压降由于外部事件而下降到低于低于保持电压值的关断电压值，则第二紧急保护电路可以自动地再次断开替代高侧路径。例如，可以在0.4v至0.7v的范围内预设关断电压值。
14.在传感器组件的另一有利设计方案中，相应的紧急保护电路可以包括电压检测器和电流吸收器。在此，电压检测器驱动电流吸收器，以便在相应的紧急保护电路的端子之间建立电流路径。此外，电压检测器可以检测在相应紧急保护电路的第一端子和第二端子之间的电压降，并且在所检测的电压降达到预定的击穿电压值时驱动电流吸收器。此外，电流吸收器可以将晶体管上的电压降设置为预定的保持电压值并接收传感器电流。
15.在传感器组件的另一有利设计方案中，当电压降上升时，电压检测器可以与过电压保护器相结合来驱动电流吸收器，使得传感器电流可减小到最小电流或完全关断。由此将有利地保护电流吸收器以免受过高的电流或过高的总功率损耗，否则这可能导致电流吸收器和相应紧急保护电路的损坏。
16.在传感器组件的另一有利设计方案中，当所检测的电压降低于预定的关断电压值时，电压检测器可以终止对电流吸收器的驱动并且再次中断电流路径。
17.在传感器组件的另一有利设计方案中，电流传感器可以检测高侧路径中的传感器电流，并且分出传感器电流的一部分并将其作为第一测量电流提供给第一控制器的第一测量电路。在此，第二控制器的第二测量电路可以接收和评估传感器电流直接作为第二测量电流。电流传感器例如可以循环到电流路径中，并且分出传感器电流的一部分并将剩余的传感器电流传递到传感器元件。由此，流入对应传感器元件的第一端子中的传感器电流被测量并且传感器电流的等效但明显更小的部分被传递到第一测量电路。由此可以减少第一控制器中的功率损耗。
18.在传感器组件的另一有利设计方案中，切换装置可以将传感器元件的第一端子与第一电源和/或第二电源连接，其中切换装置可以在所连接的电源发生故障的情况下自动
将传感器元件的第一端子与另一电源连接。此外，电流传感器和切换装置可以组合在互连模块中，该互连模块可以实施为asic模块。
附图说明
19.本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明中得以详细解释。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。其中：
20.图1示出了根据本发明用于车辆的传感器组件的第一实施例的示意框图。
21.图2示出了根据本发明用于车辆的传感器组件的第二实施例的示意框图。
22.图3示出了根据本发明用于车辆的传感器组件的第三实施例的示意框图。
23.图4示出了根据本发明用于车辆的传感器组件的第四实施例的示意框图。
24.图5示出了图1至图4中根据本发明用于车辆的传感器组件的紧急保护电路的一个实施例的示意框图。
25.图6示出了图5中的紧急保护电路的电路图。
26.图7示出了图5和图6中的紧急保护电路的示意电流电压图。
具体实施方式
27.如从图1至图6可见，根据本发明的用于车辆的传感器组件1、1a、1b、1c、1d的所示实施例分别包括用于检测测量变量的传感器元件wss和至少两个控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d、ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d，控制器分别具有测量电路ms1、ms2和电源vb1、vb2。在此，传感器元件wss的第一端子wss1与至少两个控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d、ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d的第一控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d的电源vb1连接，并且传感器元件wss的第二端子wss2经由至少两个控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d、ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d的第二控制器ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d的测量电路ms1、ms2与接地端子gnd连接。流过传感器元件wss的传感器电流is利用与所检测的测量变量有关的信息进行调制，其中第一控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d的第一测量电路ms1评估在电源vb1和传感器元件wss之间的高侧路径中所检测的传感器电流is，并且第二控制器ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d的第二测量电路ms2同时评估在传感器元件wss和接地端子gnd之间的低侧路径中所检测的传感器电流is。此外，第一紧急保护电20a与低侧路径并行布置并且监控传感器元件wss的第二端子wss2处的电压降u12。第一紧急保护电路20a为传感器元件wss提供替代低侧路径，并且在电压降u12达到图7中所示的预定击穿电压值uk时接收传感器电流is，使得至少第一测量电路ms1能够继续评估所检测的传感器电流is。此外，第一紧急保护电路20a将电压降u12降低至图7所示的小于击穿电压值uk的保持电压值uh。
28.从图1至图4中还可以看出，在所示实施例中，两个控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d、ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d分别包括实施为asic的集成有相应测量电路ms1、ms2的评估和控制单元3a、3b以及电源vb1、vb2。在此，分别在第一控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d中，第一评估和控制单元3a与第一电源vb1连接。分别在第二控制单元ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d中，第二评估和控制单元3b与第二电源vb2连接。
29.通常，根据本发明的用于车辆的传感器组件1、1a、1b、1c、1d的实施方式包括多个
测量点，这些测量点分别具有这样的传感器元件wss。为了清楚起见，在图1、图2、图3和图4中分别仅示出了传感器元件wss的其中一个。由此，在此所示的传感器组件1、1a、1b、1c、1d的实施方式优选地用于车辆制动系统中。在这样的制动系统中，测量点可以例如分别配属于一个车轮，其中传感器元件wss可以检测相应车轮的至少一个转数和/或转速。由此，在具有四个车轮的普通乘用车中，传感器组件1、1a、1b、1c、1d具有四个这样的传感器元件wss。当然，在这样的测量点处也可以检测其他测量变量，例如温度、压力等。
30.在所示实施例中，当电压降u12由于外部事件而下降到小于保持电压值uh的关断电压值abs以下时，第一紧急保护电路20a自动地再次断开替代低侧路径。下面将参考图5至图7详细说明第一紧急保护电路20a的作用方式。
31.从图1和图2还可以看出，在根据本发明的传感器组件1的所示实施例中可选地分别设置有以虚线示出的第二紧急保护电路20b，其被布置为并行于高侧路径并且监控在传感器元件wss的第一端子wss1处的电压降u12。第二紧急保护电路20b为传感器元件wss提供替代高侧路径并且接收传感器电流is，使得当电压降u12达到预定的击穿电压值uk时，至少第二测量电路ms2能够继续评估所检测的传感器电流is，其中第二紧急保护电路20b附加地将电压降u12降低到小于击穿电压值uk的保持电压值uh。如果电压降u12由于外部事件而下降到小于保持电压值uh的关断电压值abs以下，则第二紧急保护电路20b自动地再次断开替代高侧路径。
32.两个应急保护电路的结构和作用方式相同，下面参照图5至图7一起进行详细说明。
33.从图5和图6还可以看出，紧急保护电路20a、20b分别包括电压检测器22和电流吸收器24。在此，电压检测器22驱动电流吸收器24，以便在相应的紧急保护电路20a、20b的端子a1、a2之间建立电流路径。电压检测器22检测在相应紧急保护电路20a、20b的第一端子a1和第二端子a2之间的电压降u12，并且在所检测的电压降u12达到图7所示的预定击穿电压值uk时驱动电流吸收器24。电流吸收器24将电压降u12设置为预定的保持电压值uh并且接收传感器电流is。该特性曲线在图7中以实线示出。当电压降u12升高时，电压检测器22与过电压保护器
ü
v相结合来驱动电流吸收器24，使得传感器电流is降低到最小电流或完全关断。该保护曲线sv在图7中以点线示出。当所检测的电压降u12低于预定的关断电压值abs时，电压检测器22终止对电流吸收器24的驱动并且再次中断电流路径。该关断曲线在图7中以虚线示出。
34.从图6还可以看出，在所示实施例中，电压检测器22包括多个欧姆电阻器r1、r2、r3、r4和r5、两个实施为双极晶体管的晶体管t1、t2以及一个齐纳二极管zd1，它们通过相应的线路如图所示彼此连接，其中第一晶体管t1被实施为pnp晶体管并且第二晶体管t2被实施为npn晶体管。在所示的实施例中，电流吸收器24包括两个欧姆电阻器r6和r7以及两个实施为双极晶体管的晶体管t3和t4，它们通过相应的线路如图所示彼此连接，其中两个晶体管t3和t4都被实施为npn晶体管。在所示的实施例中，过压保护器
ü
v包括欧姆电阻器r8。
35.从图6还可以看出，电阻器r1、r2和r6是晶体管t1、t2、t3的基极的漏电阻，以保持其被截止并且转移漏电流。如果流经齐纳二极管zd1的电流大于流经第二电阻器r2的电流，则第二晶体管t2导通，其使第一晶体管t1导通。这在所示实施例中为以下情况，即所施加的电压降u12超过约3v的击穿电压值uk。该击穿电压值相应于齐纳二极管zd1的击穿电压(约
2.3v)和第二晶体管t2的基极
‑
发射极电压(约0.7v)的总和。第一晶体管t1通过第四电阻器r4向第二晶体管t2的基极提供电流，使得其继续保持导通。第二晶体管t2和第一晶体管t1构成晶闸管结构并且桥接在齐纳二极管zd1上，使得电压降u12设置为约0.9v的保持电压值uh。通过第五电阻器r5和控制线路st驱动电流吸收器24的第四晶体管t4，其中在所示实施例中现在流经第四晶体管t4的传感器电流is被限制为约40ma。在控制线路st中的驱动电流非常高的情况下，电流吸收器24的第三晶体管t3接收第四晶体管t4的驱动电流的一部分，以对其进行保护。
36.在图7中通过以点线表示的保护曲线sv示出了过电压情况并且其例如可以通过对电源电压vb1、vb2之一的短路被触发，如果在该过电压情况下向电流吸收器24提供的电流大于电流吸收器24的最大负载电流，则电流吸收器24无法再保持约0.9v的电压降u12的低保持电压值uh。因此，流过过电压保护器
ü
v的第八电阻器r8的电流增大。这促使第三晶体管t3被更大程度地导通并且第四晶体管t4的驱动被减弱。由此减少了进入第四晶体管t4的基极的电流，并且第四晶体管t4进一步关闭并且被保护免受损坏(过载保护)。在短路情况下，第四晶体管t4可以转换到截止状态。
37.如果由于外部事件，例如由于在第二控制器ecu2中原来的低侧路径的再次接通而使电压u12降低到约0.6v的关断电压值abs，则由晶体管t1和t2组成的晶闸管结构再次关断。该关断曲线在图7中以虚线示出。
38.从图1至图4还可以看出，在所示的实施例中，用于车辆的传感器组件1、1a、1b、1c和1d分别包括电流传感器10，其检测高侧路径中并且分支出传感器电流is的一部分is/n并将其提供为第一控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d的第一测量电路ms1的第一测量电流im1。此外，电流传感器10将传感器电流is传导到相关传感器元件wss的第一端子wss1。在此，在所示实施例中，第二控制器ecu2、ecu2a、ecu2b、ecu2c、ecu2d的第二测量电路ms2接收传感器电流is直接作为第二测量电流im2并对其进行评估。通过电流传感器10测量流入传感器元件wss的第一端子wss1的传感器电流is，并且等效但明显更小的电流is/n被馈送到第一评估和控制单元3a，以减少第一控制器ecu1、ecu1a、ecu1b、ecu1c、ecu1d中的功率损耗。在评估第一测量电流im1时，第一评估和控制单元3a考虑所进行的第二测量电流的降低。为此，可以进行对第一测量电路ms1的输入电路或评估算法的相应适配。
39.从图1还可以看出，在用于车辆的传感器组件1a的所示第一实施例中，第一紧急保护电路20a和可选的第二紧急保护电路20b分别被实施为单独的组件并且没有集成到两个控制器ecu1a、ecu2a的其中一个中。然而，在所示的第一实施例中，检测高侧路径中的传感器电流is并且分出传感器电流is的一部分is/n的电流传感器10被集成在第一控制器ecu1a中。
40.从图2还可以看出，在用于车辆的传感器组件1b的所示第二实施例中，第一紧急保护电路20a被集成到第一控制器ecu1a中。在用于车辆的传感器组件1b的所示第二实施例中，可选的第二紧急保护电路20b被集成到第二控制器ecu2b中。类似于第一实施例，电流传感器10被集成在第一控制器ecu1b中。
41.从图3和图4还可以看出，在所示实施例中，用于车辆的传感器组件1c、1d分别包括切换装置30，其将传感器元件wss的第一端子wss1与第一控制器ecu1c、ecu1d的第一电源vb1连接和/或与第二控制器ecu2c、ecu2d的第二电源vb2连接。在所连接的电源vb1、vb2发
生故障的情况下，切换装置30自动将传感器元件wss的第一端子wss1与另一电源vb2、vb1连接。切换装置30优选地将传感器元件wss的第一端子wss1与第一控制器ecu1c、ecu1d的第一电源vb1连接。如果第一电源vb1发生故障，则切换装置30将传感器元件wss的第一端子wss1与第二控制器ecu2c、ecu2d的第二电源vb2连接。
42.从图3和图4还可以看出，在所示实施例中，电流传感器10和切换装置30组合在互连模块40中，该互连模块例如可以实施为asic模块。
43.从图3还可以看出，在用于车辆的传感器组件1c的所示第三实施例中，第一紧急保护电路20a被实施为单独的组件并且没有集成到两个控制器ecu1c、ecu2c的其中一个中。互连模块40同样被实施为单独的组件并且没有集成到控制器ecu1c、ecu2c的其中一个中。然而，在未示出的替代实施例中，第一紧急保护电路20a可以与传感器组件1b的第二实施例类似地集成到第一控制器ecu1c中。
44.从图4还可以看出，在用于车辆的传感器组件1d的所示第四实施例中，第一紧急保护电路20a被集成到第一控制器ecu1d中。互连模块40同样被集成到第一控制器ecu1d中。然而，在未示出的替代实施例中，第一紧急保护电路20a可以类似于传感器组件1b的第一实施例和第三实施例被实施为单独的组件并且不被集成到第一控制器ecu1c中。