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具有改善的手指導航模塊接口的方向盤.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380070739.3

申請日:

2013.12.14

公開號:

CN104919401A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):G06F 3/038申請公布日:20150916|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 3/038申請日:20131214|||公開
IPC分類號: G06F3/038(2013.01)I; G06F3/0354(2013.01)I; G06F3/03 主分類號: G06F3/038
申請人: 戴姆勒股份公司
發明人: K·C·張; V·恩滕曼; A·凱爾; J·穆; J·賴辛格; M·斯托扎姆
地址: 德國斯圖加特
優先權: 102013000944.8 2013.01.19 DE
專利代理機構: 北京市中咨律師事務所11247 代理人: 吳鵬; 殷玲
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380070739.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.07.03|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

方向盤具有通過通信裝置被連接至光學手指導航模塊(1,1’)的方向盤電子裝置(2),應該減小所述方向盤的結構空間需求。該通信裝置包括只有三條導線(11,12,13;11’,12’,13’)的數據總線。三條導線中的兩條被設計用于數據傳輸,另一條用于時鐘傳輸。通過限制到這三條導線使得結構空間被減小,而數據總線顧及到了所需的抗干擾性。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于機動車的方向盤(18),其具有
-光學手指導航模塊(1,1’)、
-方向盤電子裝置(22)和
-用于在該光學手指導航模塊和該方向盤電子裝置之間傳輸數據的通信裝置,
其特征在于,
該通信裝置包括數據總線(11,12,13;11’,12’,13’),所述數據總線具有兩條用于數據傳輸的導線和一條用于傳輸時鐘的導線。

2.  根據權利要求1的方向盤,其特征在于,該方向盤電子裝置(22)被構造為通過該通信裝置周期性查詢該光學手指導航模塊(1,1’)。

3.  根據權利要求1或2的方向盤,其特征在于,該數據總線(11,12,13;11’,12’,13’)是SPI數據總線。

4.  根據前述權利要求之一的方向盤,其特征在于,該光學手指導航模塊(1,1’)被構造為檢測在該光學手指導航模塊的表面上的手指運動作為至少一個差值,該差值描述了手指在一個通信周期中所經過的路程。

5.  根據權利要求4的方向盤,其特征在于,該光學手指導航模塊(1,1’)被構造用于由多個差值計算加和值并用于通過該通信裝置把該加和值傳輸給該方向盤電子裝置(22)。

6.  根據權利要求5的方向盤,其特征在于,該方向盤電子裝置(22)被構造用于根據所傳輸的加和值和所存儲的另一加和值計算出差值,作為手指運動的指標。

7.  根據前述權利要求之一的方向盤,其特征在于,該方向盤電子裝置(22)被構造用于依據該方向盤電子裝置中存儲或者提供的內部數據來控制該光學手指導航模塊(1,1’)的溫度補償。

8.  根據前述權利要求之一的方向盤,其特征在于,該方向盤電子裝置(22)配備有微處理器(3),該微處理器具有至少兩個SPI接口(28,28’),其中, 通過其中一個所述SPI接口來連接該光學手指導航模塊,并且通過其中另一個所述SPI接口來連接另一個光學手指導航模塊。

9.  根據前述權利要求之一的方向盤,其特征在于,所述方向盤與轉向柱的套管開關模塊通信連接,在該光學手指導航模塊(1,1’)和該方向盤電子裝置(22)之間的通信與在該方向盤電子裝置(22)和該套管開關模塊之間的通信是同步的。

10.  一種機動車,其具有根據前述權利要求之一的方向盤。

說明書

說明書具有改善的手指導航模塊接口的方向盤
技術領域
本發明涉及一種用于機動車的方向盤,具有光學手指導航模塊、方向盤電子裝置和用于在光學手指導航模塊和方向盤電子裝置之間傳輸數據的通信裝置。
背景技術
在車輛方向盤的開關單元中可以集成加入光學手指導航模塊(OFN)作為用于檢測手指運動的傳感器。傳感器數據必須通過數據總線連接從OFN被傳輸至方向盤電子裝置(LRE,見圖1)。此時,在方向盤內可供用于插頭連接和電纜連接的結構空間非常有限。另外,在OFN和方向盤電子裝置之間的通信應該耐受外界干擾影響并且與從方向盤電子裝置到轉向柱內的套管開關模塊的數據傳輸是同步的。
在所謂的“消費電子裝置”中,通常也采用了OFN 1(見圖2)。其中,OFN 1直接與印刷電路板2相連,在印刷電路板上也安放有分析OFN數據的微控制器3。
在消費電子裝置中,OFN 1和微控制器3一般通過I2C接口(內部集成電路)相互通信。這種串行接口被設計用于在電路板上的控制器之間進行通信并且只需要兩根信號線4和5(串行時鐘SCLK和信號數據SDA)。如果OFN在其表面上檢測到手指運動,則所述OFN通過向微控制器3發出中斷請求的方式來啟動與微控制器3的通信。對此,在OFN 1和微控制器3之間需要有中斷請求線7(MOTION_N)。總之,為了運行工作而需要三根線。但是,對于在方向盤內所需要的在OFN 1和LRE之間通過長信號線進行的數據傳輸而言,I2C接口的抗干擾強度不足以用于機動車應用場合。
已知的SPI接口(串行外圍接口)對于在機動車方向盤中的應用來說可 能是足夠強健的。圖3示意性示出了OFN通過SPI接口連接在微控制器3上。如在圖2的例子中那樣,方向盤電子裝置LRE的印刷電路板2配設有微控制器3。OFN 1的電子裝置6設置在多功能開關(MFS)的印刷電路板8上。微控制器3和OFN 1的電子裝置6分別具有一個SPI接口9、10。該SPI接口按照標準需要四條數據線。三條數據線11、12和13是真正的數據傳輸所需要的,即SCLK(串行時鐘)、MOSI(主出從進)、MISO(主進從出)。通過第四條導線14(SS;從選),主控(在此是微控制器3)選擇想與之通信的從控(在此是OFN 1)。因此,原則上能夠多個從控與一個主控通信,在這里,這些從控能共享這三條數據線,但各自需要一條自己的從選線。但是,SPI接口9、10的四條信號線導致了在方向盤中需要更多的結構空間用于在兩個印刷電路板2、8上的插頭15、16以及相應的電纜束。還有用于第五條導線17的結構空間需求,該第五條導線是類似于圖2的例子中的中斷進程所需要的。
在消費電子裝置中,在作為主控的微控制器3和作為從控的OFN 1之間的數據傳輸由OFN 1來啟動。為此,自身的信號線17被用于所謂的動作-中斷(Motion_Interrupt)請求。如果OFN 1檢測到手指在其表面上的接觸狀態或運動狀態,則它發送動作-中斷請求給所述主控3。所述主控隨后啟動通過串行接口9、10的OFN數據查詢。
這種通信概念對于消費電子裝置帶來了優點,即,只在發生手指運動時根據事件而在主從之間通信。這導致了最少的能量需求,對移動裝置是一個重要方面。但對于在方向盤中的應用就是不太重要了。對于在方向盤中的應用不利的是,動作-中斷請求需要附加的信號線,這使得結構空間問題變得進一步尖銳了。另一方面,這種根據事件的通信只能很困難地“與在方向盤電子裝置和套管開關模塊之間的基本周期性的數據傳輸”同步。
發明內容
因此,本發明的任務在于提供一種方向盤,該方向盤使得能夠在結構空間需求小的情況下實現OFN抗干擾的工作。
根據本發明,該任務將通過根據權利要求1的方向盤來實現。
由從屬權利要求得到了本發明的有利改進方案。
另外,提供一種具有相應方向盤的機動車。
根據本發明的用于機動車的方向盤配備有光學手指導航模塊、方向盤電子裝置和用于在所述光學手指導航模塊和方向盤電子裝置之間傳輸數據的通信裝置。在此,該通信裝置具有只有三條導線的串行數據總線,三條導線中的兩條被設計用于數據傳輸,另一條被設計用于時鐘傳輸。
就是說,有利地在所述光學手指導航模塊和方向盤電子裝置之間設置只有三條導線的數據總線。因此,相比于四條或五條導線,明顯節約了結構空間。由于針對數據傳輸設置了兩條導線,故可以在本發明方向盤的一個改進方案中,還將一條導線用于從方向盤電子裝置到OFN的通信,另一條數據線用于反向通信,由此進一步改善了抗干擾性。
該方向盤電子裝置優選被構造用于:通過該通信裝置周期性查詢該OFN模塊。通過這種周期性查詢,可以放棄單獨的中斷請求線。
數據總線尤其可以是SPI數據總線。所述SPI數據總線的特點是抗干擾性足夠強。
該OFN模塊還可以被構造用于檢測在OFN模塊表面上的手指運動作為至少一個差值,該差值描繪了手指在一個通信周期中經過的路程。通過該差值能可靠發現手指是否曾經在OFN模塊表面上運動。
尤其是,該OFN模塊可以被構造用于由多個差值計算加和值并用于通過該通信裝置將該加和值傳輸至該方向盤電子裝置。而且,該方向盤電子裝置可以被構造用于:由所傳輸的加和值和所存儲的另一加和值來計算出一差值,作為用于手指運動的指標。即,如果該OFN模塊傳輸加和值,則也可以當數據值因錯誤而未被收到時在接收側通過加和值處理,尤其是形成差值來推斷出運動。
在另一個實施方式中,該方向盤電子裝置被構造用于:根據方向盤電子裝置中存儲或提供的內部數據來控制OFN模塊的溫度補償。這相比于只采用OFN模塊的內部數據的常見溫度補償具有以下優點:在該方向盤 電子裝置外或在OFN模塊外獲得的數據如環境溫度、室內溫度等也可以被考慮用于溫度補償。
另外,該方向盤電子裝置可以配備有微處理器,所述微處理器具有至少兩個SPI接口,在此,通過其中一個所述的SPI接口來連接該OFN模塊,并且通過其中另一個所述的SPI接口來連接另一個OFN模塊。借此可以將一個方向盤的兩個開關單元的OFN模塊按照本發明的有利方式與一個中央方向盤電子裝置連接。
另外,該方向盤可以與轉向柱的套管開關模塊通信連接,其中,在OFN模塊和方向盤電子裝置之間的通信與在方向盤電子裝置和套管開關模塊之間的通信同步。同步的優點是時間上優化的傳輸。
尤其有利的是,機動車配備有根據本發明的方向盤。
附圖說明
將結合附圖來詳述本發明,其中:
圖1是具有光學手指導航模塊的方向盤的示意圖,
圖2示出了根據現有技術通過I2C接口來連接的OFN模塊,
圖3示出了根據現有技術通過4線SPI接口來連接的OFN模塊,以及
圖4示出了根據本發明利用3線SPI接口來連接的OFN模塊。
具體實施方式
以下詳述的實施例是本發明的優選實施方式。
圖1示意性地示出了方向盤18。在該方向盤上,在這里在符合人體工程學的位置上有兩個開關單元19和20,所述開關單元也可以被稱為多功能開關(MFS)。在其它實施例中,只設有一個這樣的開關單元,或者設有多于兩個的開關單元或者說多功能開關。
在圖1的例子中,每個開關單元19、20具有一個光學手指導航模塊 (OFN)。另外,所述開關單元19、20分別還具有其它的機械操作元件21。電纜23用于將數據從左側開關單元19傳輸至方向盤電子裝置22(LRE),該電纜在其兩端分別配備有插頭24。與此相似,借助電纜25實現從右側開關單元20至方向盤電子裝置22的通信。從方向盤電子裝置22至例如套管開關模塊(圖1未示出)的信號輸出借助另一電纜26來實現。
如開頭所述,每個OFN 1作為傳感器用于檢測手指運動。電纜23和25用于實現在OFN模塊1和方向盤電子裝置22之間的數據總線連接或通信裝置。
在OFN模塊(簡寫OFN)和方向盤電子裝置22之間的通信連接如圖4示意性所示。在此例子中,方向盤也被構造成具有兩個OFN 1和1’。但該數量可以如上所述根據實施方式的不同而變化。
就像在圖3中的例子中那樣,插頭6設置在多功能開關的印刷電路板8上。OFN 1通過插頭6與印刷電路板8相連。具有3線SPI接口27,所述OFN 1借此接口與位于方向盤電子裝置的印刷電路板2上的微控制器3相連接。帶有插頭24的第一電纜23是相應地設計為三芯的并且將印刷電路板8與印刷電路板2相連。
方向盤電子裝置的印刷電路板2上的微控制器3具有第一3線SPI接口28。這三條信號線11-13對應于圖3的例子中的4線SPI接口的前三條信號線。對此,信號線11對應于串行時鐘SCLK,數據線12對應于“主出從進(Master Out Slave In)”MOSI,數據線13對應于“主進從出(Master In Slave Out)”MISO。微控制器3據此使得該OFN 1被“時鐘化”。
與此相似,其插頭6’設置在右側多功能開關的印刷電路板8’上的右側OFN 1’在數據技術上與印刷電路板2上的方向盤電子裝置的微控制器3相連。對此,OFN 1’也具有一個3線SPI接口27’,其通過帶插頭24的電纜25被連接至微控制器3的對應的3線SPI接口28’。這三條信號線11’-13’(為簡單起見也稱為數據線)相似地輸送信號和數據SCLK、MOSI和MISO。
微控制器3通過數據總線29與其它電子裝置,尤其是套管開關模塊相連。數據總線29可以是LIN總線或CAN總線。
在本發明的通信連接和通信裝置中,針對所述OFN 1、1’選擇了3線SPI接口,其中放棄了從選線和動作中斷請求線。這樣,在抗干擾性保持不變的情況下得到了相對于圖3的實施方式的相應在結構空間方面的優勢。
因為在方向盤中的拓撲結構中,左側和右側的OFN 1、1’本來就必須通過自己的電纜23、25與方向盤電子裝置相連。就是說,每個OFN如上所述具有自己的SPI數據線11-13或11’-13’。如果現在在方向盤電子裝置中采用具有所述兩個SPI接口的微控制器3,其中各OFN被連接至所述SPI接口,則可以放棄從選線。即,每個SPI-接口28、28’只有一個從控(OFN),它總是被啟用并且與所述主控(LRE或微控制器3)通信。
另外,在方向盤電子裝置LRE和OFN之間的通信只由作為主控的LRE來控制。所述LRE持續地以短暫的時間間隔即周期性地查詢每個OFN,從而快速知道手指狀態的改變。由此查詢策略所引起的與事件控制型通信相比略微提高的能量需求對于在方向盤中的應用而言是可接受的。優點是,不再需要動作中斷請求線,并且SPI通信可以與利用LIN總線或CAN總線的至套管開關模塊的其他數據傳輸同步。
除了SPI接口在硬件方面的調整外,也還可以采取協議方面的優化手段。這將如下詳細所述。
OFN 1或1’一般檢測呈差值Δx和Δy形式的手指運動,該差值描述了自通過串行接口的最后一次數據查詢起在各坐標方向(x軸和y軸)上的手指運動。在該消費電子裝置中,直接傳輸這些差值。如果此時因為外界干擾影響而丟失了一信息,則不可能根據在前和后續的相應信息來重建該信息內容。
因此,在方向盤內的OFN 1或1’在此不傳輸差值Δx和Δy,而是傳輸據其連續算出的加和值x和y。因而,作為所有在前的差值Δx之和來計算加和值x,而作為所有在前的差值Δy之和來計算加和值y。在LRE中,隨后又通過從當前的加和值中減去最近的加和值來形成差值。假如現在丟失一信息,則該差也可由后續和在先的消息來形成。因此,可以補償該信 息的丟失。
為了能在所有溫度條件下準確檢測手指運動,OFN 1或1’必須時不時地執行對其傳感器裝置的溫度補償。在消費電子裝置中,該OFN自己確定用于此的時刻。典型的,溫度補償按照規定的時間間隔自動進行。而在應用在方向盤中時,LRE通過SPI接口控制在OFN中的溫度補償。通過與車輛的數據連接(數據總線29),在LRE中存在許多環境信息,借此可以判斷是否以及按照哪種時間間隔需要溫度補償。相關信息例如是環境溫度、室內溫度和方向盤加熱裝置工作狀態。
在OFN和LRE之間的3線SPI接口的優點在于用于插頭和電纜束的最小空間結構需求,以及可進行耐受外界干擾影響的數據傳輸。利用總共三條信號線,不需要像在消費電子裝置中的更多導線。同時,OFN和LRE可以被空間分隔開。

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具有 改善 手指 導航 模塊 接口 方向盤
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