压力传感器装置、空气质量测量装置、空气质量测量系统和压力测量方法

摘要

本发明涉及用于车辆的空气质量测量装置用的压力传感器装置(101)。该压力传感器装置(101)具有：电路载体；第一压力传感器(221)，其布置在所述电路载体上，并且构造成用于感测压力和提供代表该压力的第一压力信号；第二压力传感器(223)，其布置在所述电路载体(351)上，并且构造成用于感测压力和提供代表该压力的第二压力信号；以及分析处理机构(225，227)，其布置在所述电路载体上并且具有用于接收第一压力信号的第一输入接口(231)、用于接收第二压力信号的第二输入接口(225)和用于输出在使用第一压力信号和第二压力信号的情况下提供的输出信号的输出接口(239)。

说明书

技术领域

本发明涉及用于车辆的空气质量测量装置用的压力传感器装置，涉及空气质量测量装置，涉及空气质量测量系统以及涉及用于车辆的压力测量方法。

背景技术

该空气质量测量是在汽油发动机和柴油发动机领域中建立的。其用于调节燃料喷射量和调节废气导回。

发明内容

在该背景下，通过本发明提供根据主权利要求的一种用于车辆的空气质量测量装置用的压力传感器装置、一种空气质量测量装置、一种空气质量测量系统以及一种用于车辆的压力测量方法。有利构型可由各个从属权利要求和后面的描述得到。

在使用两个独立的传感器的情况下可很可靠地感测压力。通过用分开的接口将这些传感器连接在分析处理机构上可确保整个系统很高的故障安全性。

用于车辆的空气质量测量装置用的压力传感器装置具有以下特征：

电路载体；

第一压力传感器，其布置在所述电路载体上，并且构造成用于感测压力和提供代表该压力的第一压力信号；

第二压力传感器，其布置在所述电路载体上，并且构造成用于感测压力和提供代表该压力的第二压力信号；和

分析处理机构，其布置在所述电路载体上并且具有用于接收第一压力信号的第一输入接口、用于接收第二压力信号的第二输入接口以及用于输出在使用第一压力信号和第二压力信号的情况下提供的输出信号的输出接口。

空气质量测量装置例如可用于获知供应到车辆内燃机的空气质量。所述空气质量测量装置例如可实施为所谓的集成式压力和湿度传感器。相应地，可使用压力传感器装置来获知空气压力。两个压力传感器可这样布置，使得它们受到相同的环境压力。因此，这两个压力传感器的压力信号可理解成冗余信号。压力信号可为一电信号，该电信号可包括反映所感测的压力的数据。由分析处理机构提供给输出接口的数据例如可由车辆的控制器接收并进一步处理。例如呈电路板形式的电路载体可成形成用于布置在一个壳体的电子腔中。这些压力传感器可分别包括一个用于调理所感测的传感器值的信号调理机构，并且构造成用于将压力信号作为调理过的数据传输给所述分析处理机构。该分析处理机构可构造成用于将通过输入接口接收的压力信号相应于输出接口的传输协议地合成为输出信号。

用于接收压力信号的输入接口可分别实施为一个独立数据总线的接口。这种数据总线例如可为串口数据总线。通过用相互脱耦的数据总线来传输可确保：在一个数据总线故障时，仅丢失待通过该数据总线传输的压力信号，但是其它压力信号仍可通过其它数据总线传输。由此提高故障安全性。

根据一个实施例，所述分析处理机构可包括第一分析处理电路，该第一分析处理电路具有用于接收第一压力信号的第一输入接口和用于输出在使用第一压力信号的情况下提供的第三压力信号的输出接口。该分析处理机构还可包括第二分析处理电路，该第二分析处理电路具有用于接收第二压力信号的第二输入接口、用于接收第三压力信号的第三输入接口和用于输出在使用第二压力信号和第三压力信号的情况下提供的输出信号的输出接口。

第一分析处理电路例如可实施为集成式分析处理电路，而第二分析处理电路例如可实施为集成式微控制器电路。因此可使用已经与空气质量测量装置相关联地使用的结构元件。

第一分析处理电路和第二分析处理电路可布置在所述电路载体的对置的侧面上。由此可使该电路载体的尺寸保持小。

根据一种实施方式，所述第一分析处理电路可具有第四输入接口，用于接收由空气质量传感器提供的空气质量信号。以该方式可将所述分析处理电路用于多个分析处理任务。

用于车辆的空气质量测量装置具有以下特征：

用于提供空气质量信号的空气质量传感器；和

提到的压力传感器装置，其中，所述压力传感器装置的分析处理机构具有用于接收空气质量信号的输入接口。

因此，所述提到的压力传感器装置可有利地实现为空气质量测量装置的部件。

即使在实施方式和实施例中与空气质量测量装置相关联地述及空气时，仍可取代空气而测量任意气体或气体混合物的质量。在车辆领域中的应用也仅是示例性地选择的。

这种空气质量测量装置可具有空气湿度传感器并且可附加地或替代地具有温度传感器。所述分析处理机构可构造成用于接收所述空气湿度传感器的空气湿度信号以及附加地或替代地接收所述温度传感器的温度信号。以该方式可扩大该空气质量测量装置的使用范围。

所述空气质量测量装置可具有一传感器载体，在该传感器载体上布置有空气质量传感器。所述空气质量测量装置还可具有用于接收该传感器载体和所述电路载体的底部元件以及具有壳体。该壳体可具有电子腔、用于传导气体的测量通道以及具有电接头。在此，由底部元件、传感器载体和电路载体组成的单元可布置在所述电子腔中，所述空气质量传感器可布置成插入到所述测量通道中并且所述输出接口可通过电导线与所述电接头连接。因此整个电子部件可实施为一个单元，该单元可被所述壳体接收和保持。空气质量测量装置的所述电接头例如可实施为插头。所述壳体例如可实施为插入式感应器壳体通过测量通道可传导待确定其质量的气体、例如空气。以该方式，所述空气质量测量装置可构成为一个紧凑的单元。

已布置或可布置在车辆内燃机的进气管道中的用于车辆的空气质量测量系统可具有提到的空气质量测量装置。在此，该空气质量测量装置可通过电接头与车辆的控制器已连接或可连接。因此，提到的空气质量测量装置有利地适合使用在机动车中，例如使用在乘用车或商用车中。

用于车辆的空气质量测量装置用的压力测量方法包括以下步骤：

提供第一压力信号，该第一压力信号代表由布置在一电路载体上的第一压力传感器感测的压力；

提供第二压力信号，该第二压力信号代表由布置在该电路载体上的第二压力传感器感测的压力；

通过布置在该电路载体上的分析处理机构的第一输入接口来接收第一压力信号；

通过该分析处理机构的第二输入接口来接收第二压力信号；以及

将在使用第一压力信号和第二压力信号的情况下提供的输出信号输出给所述分析处理机构的输出接口。

提到的步骤可有利地在使用提到的压力传感器装置的机构或在使用提到的空气质量测量装置的机构的情况下实施。

附图说明

下面根据附图示例性地详细解释本发明。附图示出：

图1具有压力传感器装置的车辆的示意图；

图2压力传感器装置的图示；

图3用于空气质量测量装置的压力传感器装置的图示；

图4用于空气质量测量装置的压力传感器装置的图示；

图5空气质量测量装置；以及

图6压力测量方法的流程图。

在后面的对本发明优选实施例的描述中，对于在不同附图中示出的且起类似作用的元件使用相同或类似的附图标记，其中，取消对这些元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出车辆100的示意图，该车辆具有根据本发明的一个实施例的压力传感器装置101。该车辆100具有内燃机104，通过空气通道106将空气108供应到该内燃机。压力传感器装置101布置在空气通道106中或布置在空气通道106上，并且构造成用于感测空气108的压力以及根据该实施例用于将所述压力提供给车辆100的控制器110。

根据不同的实施例，压力传感器装置101还可构造成用于感测和提供代表空气108的温度、空气质量和/或空气湿度的值，例如提供给控制器110。

根据一个实施例，压力传感器装置101是空气质量测量装置102的部件。该空气质量测量装置102构造成用于感测空气108的质量或用于感测代表该质量的值。为此，该空气质量测量装置102可以构造成用于感测空气108的流过该空气质量测量装置102测量通道的部分的质量。

图2示出根据本发明的一个实施例的压力传感器装置101的示意图。在此可涉及在图1中提到的压力传感器装置101。该压力传感器装置101具有第一压力传感器221、第二压力传感器223和一个分析处理机构。根据该实施例，该分析处理机构具有第一分析处理电路225和第二分析处理电路227。

第一分析处理电路225具有输入接口231和输出接口233。第一压力传感器221通过输入接口231与第一分析处理电路225连接。根据该实施例，输入接口231构造为双向接口。第一分析处理电路225构造成用于通过输入接口231接收第一压力信号。第一压力信号包括由第一压力传感器221感测的压力数据。第一分析处理电路225构造成用于通过输出接口233将第一压力信号或将以该第一压力信号的数据为基础的压力信号输出给第二分析处理电路227。

第二分析处理电路227具有输入接口235、一个另外的输入接口237和输出接口239。第二压力传感器223通过输入接口235与第二分析处理电路227连接。根据该实施例，输入接口235构造为双向接口。第二分析处理电路227构造成用于通过输入接口235接收第二压力信号。第二压力信号包括由第二压力传感器223感测的压力数据。第二分析处理电路227构造成用于通过所述另外的输入接口237接收由第一分析处理电路225通过输出接口233输出的信号，该信号包括由第一压力传感器221感测的压力数据。第二分析处理电路225还构造成用于通过输出接口239输出通过输入接口235、237接收的信号或者输出由所述信号获知的输出信号，例如输出给如在图1中示出的控制器。根据该实施例，输出接口239实施为双向接口。

这些压力传感器221、223分别具有用于使这些压力传感器221、223与驱动电压VSupply341连接的接头。这些压力传感器221、223还分别具有用于使压力传感器221、223与地电位GND343连接的接头。

这些压力传感器221、223和分析处理电路225、227可布置在一个共同的电路载体上。

这些接口231、233、235可分别配属给一个独立的数据总线。因此可使用三个独立的数据总线，用于使所述压力传感器221、223与所述分析处理电路225、227连接以及用于使所述分析处理电路225、227相互连接。

这些接口231、233、235、237、239可构造为数字接口。

根据一个替代实施例，所述分析处理机构也可一体地实施，并且可具有用于接收第一压力信号的输入接口231、用于接收第二压力信号的输入接口235和用于输出以第一压力信号的数据以及第二压力信号的数据为基础的输出信号的输出接口239。

根据一个实施例，所述分析处理机构可选地具有至少一个另外的接口，所述另外的接口用于接收由空气质量传感器245提供的空气质量信号、由温度传感器247提供的温度信号和/或由湿度传感器249提供的湿度信号。湿度传感器249可包括半透膜，该半透膜带有“测量室”湿度传感器以及带有湿度传感器。

第一分析处理电路225例如可具有相应接口。相应地接收的数据可通过输出接口233或者一个或多个另外的输出接口被传输给第二分析处理电路227。

根据一个实施例，压力传感器装置101具有冗余设计的内部总线系统，用于连接压力传感器221、223。在此，接口231可构成接到第一总线的接口，接口233、237可构成接到第三总线的接口，而接口235可构成接到第二总线的接口。接口239可构成接到控制器的接口。接口239仍可连接在一个独立的总线上。

第一分析处理电路225可实施为空气质量测量装置的ASIC、即空气质量测量装置的专用集成电路，而第二分析处理电路227可实施为微控制器。

所述方案提供冗余的压力信号。在此实现两个压力传感器221、223灵活地、成本有利地集成在分析处理电路225、227上。在此，分别在压力传感器221、223自身中进行对压力信号的感测和处理。在此，通过两个相互独立的内部总线系统进行将这些压力传感器221、223连接在接口控制器(微控制器)227上。因此，除了防范压力传感器221、223故障之外，也防范内部总线故障。

根据一个未示出的实施例，可很简单地通过将附加的第二压力传感器223集成到电路上而实现冗余的压力信号。为了可通过数字接口239将压力信号例如传输给控制器，压力传感器221、223通过一个共同的内部总线(例如SPI)与微控制器连接。该微控制器取出这两个传感器221、223的当前压力测量值并且通过数字接口239将所述压力测量值发送给所述控制器。在这种设计中，系统针对压力传感器221、223的故障而冗余地设计。但是在这种传感器分块(Partitionierung)的情况下，微控制器227的内部总线系统(例如SPI)故障会导致两个压力传感器信号中断。

为了防止这一点，如在图2中示出的那样通过分开的内部总线系统进行压力传感器221、223的连接。在图2中示出一种可能的耦合方式。在此，压力传感器221通过第一内部总线(例如SPI)连接在压力测量装置101的或空气质量传感器的分析处理IC225上。第二压力传感器223通过第二内部总线(例如SPI)直接连接在微控制器227上。

根据一个实施例，实施为微控制器的第二分析处理电路227以及实施为ASIC的第一分析处理电路225通过一个另外的第三内部总线(例如I2C)进行通讯。通过该总线将第一压力传感器221的数据传输给微控制器227。全部的三个总线系统相互独立地工作。由此，即使一个内部总线系统故障时，压力信号的冗余设计仍继续存在。通过耦合在ASIC225上，也可使压力信号的冗余设计在内部总线系统故障方面成本有利，而另一微控制器的连接不会断开。对于空气质量传感器的实施例，不产生附加成本，因为用于获知空气质量的ASIC225集成在已知的电路上。此外，已知的ASIC具有连接压力传感器卫星(Drucksensor-Satelliten)的可能性。

图3示出根据本发明的一个实施例的、用于空气质量测量装置的压力传感器装置的图示。在此可涉及如根据图2描述的那种压力传感器装置。

所述压力传感器装置具有第一压力传感器221、第二压力传感器223、在图3中未示出的第一分析处理电路以及呈微控制器形式的第二分析处理电路227。第一压力传感器221、第二压力传感器223和分析处理电路227布置在电路载体351一侧上。第一分析处理电路例如可布置在电路载体351的对置的一侧上。压力传感器221、223以及分析处理电路227之间的信号可通过电路载体351的导体轨传输。

电路载体351由底部板材353接收。电路载体351的背离传感器221、223和第二分析处理电路227的一侧支承在底部板材353的底面上。底部板材353具有两个对置的壁区域，这两个壁区域布置成与底部板材353的底面成直角并且沿着电路载体351的两个对置的边缘延伸。底部板材353的这些壁区域具有固定器件，例如通孔和/或卡锁钩，用于将底部板材353如在图5中示出的那样固定在一壳体上。

传感器载体355超过电路载体351的自由端部突出，该端部不被底部板材353的壁区域遮蔽。传感器载体335相对于电路载体351的自由端部大致居中地布置。传感器载体355是电路载体351的大致一半宽。传感器载体355的主表面与电路载体351的主表面基本上相互平行地取向。传感器载体355具有用于空气质量传感器357的接收区域357。这种空气质量传感器可通过适合的导线与电路载体351的电触头连接。

除了提到的元件之外，在电路载体351上例如可布置有用于感测湿度的湿度传感器。另外，一温度传感器可与电路载体351连接。另外，电路载体351可包括其它电子结构元件，例如电阻。

图4示出根据本发明的一个实施例的、用于空气质量测量装置的压力传感器装置。在此可涉及在图3中示出的压力传感器装置，它在图4中从背面示出。

示出的是如已经根据图3描述的电路载体351的、传感器载体355的以及底部板材353的背面。在电路载体351的背面上布置有第一分析处理电路225。为此，底部板材353具有缺口，该缺口用于电路载体351的布置分析处理电路225的区域。第一分析处理电路225可实施为所谓的ASIC。

根据一个实施例，图3和4示出一电子模块的构造，该电子模块包括已装备的电路载体351、已装备的传感器载体355和使电路载体351与传感器载体355连接的底部板材353。该电子模块可插入到为其设置的壳体的电子室中。

图5示出根据本发明的一个实施例的空气质量测量装置102。该空气质量测量装置102实施为插入式感应器。该空气质量测量装置102构成具有冗余的压力传感器221、223以及具有数字接口(例如接到控制器)的空气质量传感器。

所述空气质量测量装置102具有壳体360，该壳体具有电子腔和测量通道区段363。如图5所示的那样，所述电子腔成形用于接收一电子模块。该电子模块在此可由底部板材353、由塑料制成的传感器载体以及电路载体351组成。

测量通道区段363布置成邻接所述电子腔。测量通道363通过壳体360的测量通道区段363并且通过一壳体部件成形，该壳体部件作为测量通道盖(旁通盖)被放置在壳体240的测量通道区段363上。该测量通道具有多个弯曲部，用于引导气体穿过空气质量测量装置102的壳体360。当所述电子模块布置在电子腔中时，传感器载体伸入到所述测量通道中。以该方式可使布置在传感器载体220上的空气质量传感器与通过测量通道传导的气体、例如空气处于直接接触。

电子腔可通过另一盖遮盖。在此可涉及电子室盖。

在电子腔的与测量通道区段363对置的一侧上由壳体260成形作为空气质量测量装置102的作为插入式感应器接头的插头区段。

壳体360具有带多个电导体轨的导体梳。通过该导体梳352可使电路载体351与空气质量测量装置102的布置在壳体360上的电接头连接。

根据该实施例，空气质量测量装置102具有呈温度感应器形式的另一传感器。该温度感应器例如可布置成靠近电路载体351。该温度感应器的接头可通过导体梳被接触。

在空气质量传感器102(集成式压力和湿度传感器)中，除了空气质量和吸入空气温度之外，也获知湿度传感器处的其它测量参数，例如压力、相对湿度和温度。用于压力的各个传感器221、223以及用于空气质量、湿度和温度的各个传感器相互独立地工作。各个测量参数可通过一个共同的导线或者通过多个独立的导线传输给控制器。为此，空气质量传感器102例如可具有3极插头或8极插头。

空气质量传感器102的壳体630可在电路载体351的正面和背面上具有两个电子腔。这两个电子腔可实施为没有通流连接。对于将结构元件装配在电路载体351的正面和背面上可使用不同的生产线。

该空气质量传感器例如可实施为微机械传感器。

根据一个实施例，空气质量测量装置102具有LIN接口并且具有电子腔。该电子腔用于接收如图5所示的电子模块。如图5所示的那样，该电子模块由带注塑上的传感器载体355的底部板材353组成。该传感器载体355用于接收空气质量传感器。在底部板材353上装配已装备的电路载体351。电路载体351与所述空气质量传感器的连接借助细键合线实现。除了温度传感器之外，所有的结构元件221、223、225、227通过标准SMD过程来装备和钎焊到电路载体351上。所述装备多联地进行，即在多个电路载体351上同时进行。通过SMD装备过程可相对简单且成本有利地构成例如具有附加、冗余的压力传感器221、223和/或湿度传感器的变型。

压力传感器221、223和湿度传感器作为电路载体351上的独立传感器工作。这意味着，在各个传感器221、223自身中进行测量和信号调理。

温度感应器通过导体梳并通过导体梳与电路载体351之间的粗键合线连接部连接在微控制器225上。

通过使用数字接口，可将多个传感器信号通过信号导线发送到控制器。为此，将附加的传感器(压力传感器，具有附接的压力传感器的ASIC，温度传感器、湿度传感器)作为卫星连接在微控制器227上。该微控制器收集测量数据、调理该测量数据并且通过数字接口将该测量数据发送给控制器。

图6示出根据本发明的实施例的一种压力测量方法的流程图。例如可与前面附图所示的装置的机构相关联地实施该方法的步骤。

该方法包括步骤601和步骤603，在步骤601中提供第一压力信号，在步骤603中提供第二压力信号。这些压力信号例如可由如图2所示的两个在空间上相互分开地布置的压力传感器来提供。

在步骤605中，通过分析处理机构的第一输入接口接收第一压力信号，并且在步骤607中，通过分析处理机构的第二输入接口接收第二压力信号。

在步骤609中，以第一压力信号和第二压力信号为基础生成输出信号并且将该输出信号输出给输出接口。

在可选择的步骤中，还可由分析处理机构接收空气质量传感器的空气质量信号。空气质量信号的数据可通过独立的输出接口输出或者与压力信号的数据一起通过已提到过的输出接口输出。

所述的并且在附图中示出的实施例仅是示例性地选择的。不同的实施例可完全相互组合或者在单个特征上相互组合。一个实施例也可通过其他实施例的特征来补充。

此外，可重复根据本发明的方法步骤以及以与所述顺序不同的顺序来实施根据本发明的方法步骤。

如果一个实施例在第一特征与第二特征之间包括连接词“和/或”，则这应解读成：根据一种实施方式，该实施例既具有第一特征也具有第二特征，而根据另一实施方式，该实施例或者仅具有第一特征、或者仅具有第二特征。