DE10007422C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen einer Sensoreneinrichtung, insbesondere einer in einem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem enthaltenen Beschleunigungssensoreinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Sensoreinrichtung, insbesondere einer in ei­ nem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem enthaltenen Beschleuni­ gungssensoreinrichtung.

In Fahrzeuginsassen-Schutzsystemen verwendete Sensoreinrich­ tungen, insbesondere Beschleunigungssensoreinrichtungen, ver­ fügen in der Regel über eine integrierte Signalverarbeitung, bei der beispielsweise gemeinsam mit dem Sensor ein Verstär­ ker und ein Tiefpassfilter zu einer elektronischen Baugruppe zusammengefasst sind. Bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs, beispielsweise beim Einschalten der Zündung, wird meistens ein aktiver Selbsttest der Beschleunigungssensoreinrichtung sowie weitere Elemente des Insassenschutzsystems durchge­ führt. Dabei wird beispielsweise ein piezoelektrischer Be­ schleunigungssensor oder ein kapazitiv arbeitender Beschleu­ nigungssensor durch Anlegen eines elektrischen Feldes bzw. einer Spannung elektrostatisch in einen einer Beschleunigung entsprechenden Zustand gebracht. Gemäß der DE 196 06 826 A1 antwortet der Ausgang der Sensoreinrichtung somit auf die an­ gelegte Spannung mit einem Ausgangssignal, das der Sensierung einer Beschleunigung entspricht. Dieses Ausgangssignal wird statisch, d. h. hinsichtlich seines Maximalwerts, ausgewer­ tet, um die Funktion des Sensors und der zugehörigen Signal­ verarbeitung zu überprüfen.

Aus der Reihe "atp - automatisierungstechnische Praxis", 38 (1996), Seiten 9 bis 17, G. Schneider: "Selbstüberwachung und Selbstkalibrierung von Sensoren" geht hervor, dass bei Akto­ ren aus der bekannten Systemfunktion eine aktive Veränderung als Reaktion auf eine aktive Veränderung der Stellgröße a priori erwartet wird. Aus dem Vergleich von tatsächlich ein­ getretenen zu erwarteten Reaktionen und gegebenenfalls zeit­ lichen Verläufen können sehr sicher Statusinformationen und Informationen zur präventiven Wartung abgeleitet werden. Gleiches gilt auch für die Sensoren, die mit einer definier­ ten Anregung beaufschlagt werden können.

Insbesondere bei z. T. diskret aufgebauter, dem Sensor nach­ geschalteter Signalverarbeitung (z. B. externe Filterkondensa­ toren, Widerstände usw.), besteht ein Risiko, dass ein Fehler eines Bauteils (z. B. Bestückungsfehler, Alterungsdrift oder Lötfehler) zu einer grundlegenden Veränderung der dynamischen Sensoreigenschaften führt und in einem statischen Test nicht erkannt wird. Dies kann zur Folge haben, daß ein Sicherheits­ element, beispielsweise ein Airbag, ungewollt, zu spät oder überhaupt nicht ausgelöst wird. Bei den zunehmenden Anforde­ rungen an moderne Insassenschutzsysteme, die nicht nur linea­ re Beschleunigungssensoren, sondern auch Drehratensensoren für eine Überrollerkennung enthalten, ist dieses Problem von zunehmender Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Sensoreinrichtung, ins­ besondere einer Beschleunigungssensoreinrichtung, anzugeben, das eine möglichst aussagekräftige Überprüfung zuläßt.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Dynamik des durch ein Prüfsignal ausgelösten Prüfausgangssignals der Sensoreinrichtung über­ prüft. Diese Dynamiküberprüfung lässt Aussagen über Fehler in der dynamischen Signalverarbeitung zu, die durch Bestücken der Sensoreinrichtung mit einem falschen Bauteil, durch Feh­ ler des Bauteils selbst oder auch durch Veränderungen des Sensors bedingt sind.

Die Unteransprüche 2 bis 6 sind auf vorteilhafte Weiterbil­ dungen und Durchführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.

Der Anspruch 7 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zur Lösung des diesbezüglichen Teils der Erfin­ dungsaufgabe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit den Merkmalen der Unteransprüche 8 und 9 in vorteilhafter Weise weitergebildet.

Die Erfindung kann auf alle Arten von Sensoreinrichtungen an­ gewandt werden, bei denen die Dynamik, d. h. der Zeitverlauf, mit dem die Sensoreinrichtung auf einen zu sensierenden Vor­ gang antwortet, eine Rolle spielt. Dazu gehören auch Sensor­ einrichtungen für nichtmechanische Größen, die beispielsweise auf rasche Temperaturänderungen, Änderungen von Lichtstärken usw. ansprechen. Vorteilhaft eignet sich die Erfindung zur Überprüfung von Sensoreinrichtungen mit Sensoren zur Erfas­ sung sich rasch ändernder, mechanischer Größen, wie lineare oder Winkelbeschleunigungen. Dazu gehören auch Drehratensen­ soren, wie sie nicht nur in Insassen-Schutzsystemen zur Über­ rollerkennung verwendet werden, sondern auch in Fahrstabilitäts-Systemen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläu­ tert.

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zum Überprüfen einer Beschleunigungssensor-Einrichtung und

Fig. 2 einen Ausschnitt der Fig. 1 in detaillierterer Dar­ stellung und

Fig. 3 Signalverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems.

Gemäß Fig. 1 ist eine insgesamt mit 2 bezeichnete Beschleuni­ gungssensoreinrichtung mit einem elektronischen Steuergerät 4 verbunden.

Die Beschleunigungssensoreinrichtung 2 enthält einen Be­ schleunigungssensor 6 und eine dem Sensor 6 nachgeschaltete Signalverarbeitungseinheit 8. Das elektronische Steuergerät 4 enthält einen Mikroprozessor 10, eine Speichereinrichtung 12, eine Vergleichseinrichtung 14 und einen Signalgenerator 16.

Ein mit dem Signalgenerator 16 verbundener Ausgang 18 des Steuergerätes 4 ist mit einem Prüfeingang 19 der Beschleuni­ gungssensoreinrichtung 2 verbunden. Ein Ausgang 20 der Be­ schleunigungssensoreinrichtung 2, an dem ein vom Sensor 6 er­ zeugtes und in der Signalverarbeitungseinheit 8 verarbeitetes Ausgangssignal anliegt, wird einem Eingang 22 des Steuergerä­ tes 4 zugeführt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Sensors 6 und die Beschaltung der Signalverarbeitungseinheit 8:
Der Sensor 6 enthält eine gegen die Kraft einer Feder 28 be­ wegliche, träge Masse 30, an der eine auf Masse liegende Kon­ densatorplatte 32 ausgebildet ist. Der Kondensatorplatte 32 gegenüberliegend sind zwei ortsfeste Kondensatorplatten 34 und 36 angeordnet, wobei die Kondensatorplatte 34 mit dem Prüfeingang 19 und die Kondensatorplatte 36 mit der Signal­ verarbeitungseinheit 8 verbunden sind. Eine Beaufschlagung der Kondensatorplatte 19 mit Spannung wirkt auf die träge Masse 30 somit wie eine gemäß Fig. 2 senkrecht gerichtete Beschleu­ nigung.

Die Signalverarbeitungseinheit 8 enthält einen Verstärker 38, dem ein Widerstand 40 nachgeschaltet ist, der mit dem Ausgang 20 und einem Kondensator 42 verbunden ist. Der Kondensotor 42 bildet zusammen mit dem Widerstand 40 ein Tiefpaßfilter.

Alternativ oder zusätzlich zum Prüfeingang 19 des Sensors 6 kann die Signalverarbeitungseinheit 8 mit einem gestrichelt eingezeichneten Prüfeingang 19 versehen sein, mit dem unter Umgehung des Sensors 6 die Signalverarbeitungseinheit 8 bzw. deren Verstärkereingang unmittelbar mit einem Prüfsignal beaufschlagbar ist, das eine Überprüfung nur der Signalverar­ beitungseinheit 8 zuläßt.

Anhand der Fig. 3 wird die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert:
In Fig. 3, auf der die Abszisse die Zeit t angibt, stellt die gestrichelte Rechteckkurve ein Prüfsignal P dar, das von dem Signalgenerator 16 erzeugbar ist.

Die Kurve S stellt ein Soll-Prüfausgangssignal dar, mit dem eine intakte Beschleunigungssensoeinrichtung 2 auf das Prüf­ signal P antwortet. Die Kurven A₁ und A₂ stellen Prüfaus­ gangssignale fehlerhafter Sensoreinrichtungen dar.

Der Funktionsablauf ist folgender:
Das Soll-Prüfausgangssignal S, mit dem eine intakte Beschleu­ nigungssensoreinrichtung 2 auf ein Prüfsignal P antwortet, wird in der Speichereinrichtung 12 des Steuergerätes 4 in seinem zeitlichen Verlauf, beginnend mit der Anstiegsflanke des Prüfsignals P zum Zeitpunkt t₀, gespeichert.

Bei einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs, beispielsweise beim Einschalten der Zündung, das von einem Eingang 24 des Steuer­ gerätes 4 erfasst wird, erzeugt der Signalgenerator 16 ein Prüfsignal P. Die Beschleunigungssensoreinrichtung 2 antwor­ tet mit einem Prüfausgangssignal, das dem Steuergerät 4 über den Eingang 22 zugeführt wird und in der Vergleichseinrich­ tung 14 mit dem in der Speichereinrichtung 12 gespeicherten Prüfausgangssignal S verglichen wird. Dabei erfolgt der Ver­ gleich innerhalb zweier Zeitfenster, einem ersten Zeitfenster t₁ bis t₂, in dem das Soll-Prüfausgangssignal S sich in sei­ nem im Wesentlichen durch die Beschaltung der Signalverarbei­ tungseinrichtung 8, beispielsweise mit einem Tiefpassfilter, gegebenen, gegenüber der Anstiegsflanke des Prüfsignals P zeitlich verzögerten Anstieg befindet, und einen Zeitinter­ vall t₃ bis t₄, in dem das Sollausgangssignal S im Wesentli­ chen seinen maximalen Wert angenommen hat.

Wenn sich das Soll-Prüfausgangssignal S und das gemessene Prüfausgangssignal derart unterscheiden, dass innerhalb des dynamischen Zeitfensters t₁, t₂ der Unterschied zwischen dem gemessenen Prüfausgangssignal und dem Soll-Prüfausgangssignal innerhalb des Kästchens I liegt, und innerhalb des "stati­ schen" Zeitfensters t₃, t₄ innerhalb des Kästchens II liegt, so wird die Beschleunigungssensoreinrichtung als in Ordnung gewertet.

Im dargestellten Beispiel der Fig. 3 liegt das Prüfausgangs­ signal A₂ innerhalb des dynamischen Zeitfensters t₁, t₂ au­ ßerhalb des Toleranzkästchens I, d. h. die Anstiegs- bzw. Filtercharakteristik des Prüfausgangssignals A₂ und damit sein dynamisches Verhalten liegt außerhalb des Toleranzkäst­ chens I. Das Steuergerät 4 erzeugt an seinem Ausgang 26 dann ein Fehlersignal. Das Prüfausgangssignal A₁ liegt sowohl in dem dynamischen Zeitfenster t₁, t₂ als auch im statischen Zeitfenster t₃, t₄, außerhalb der Toleranzbereiche I und II. Der zu hohe Maximalwert deutet auf eine Empfindlichkeitsver­ änderung des Sensors 6 selbst oder auf einen Fehler in einem in der Signalverarbeitungseinrichtung 8 enthaltenen Verstär­ ker hin. Auch im Falle des Prüfausgangssignals A₁ erzeugt das Steuergerät 4 ein Fehlersignal. Es versteht sich, dass die Fehlersignale unterschiedlich sein können, je nach dem, ob die unerlaubte Abweichung im Dynamikfenster oder im stati­ schen Fenster liegt.

Es versteht sich, daß in der Speichereinrichtung unterschied­ liche Soll-Prüfausgangssignale gespeichert werden, die einer Beaufschlagung des Prüfeingangs 19 des Sensors 6 und des Prüfeingangs (19) (in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet) der Signalverarbeitungseinheit 8 entsprechen.

Insgesamt ist mit dem beschriebenen System eine zuverlässige und aussagekräftige Überprüfung der Beschleunigungseinrich­ tung 2 möglich.

Das beschriebene System kann in vielfältiger Weise abgeändert werden:
Beispielsweise muss das Soll-Prüfausgangssignal S nicht zwin­ gend aufgenommen werden, sondern kann aufgrund der Daten des Sensors 6 und der Beschaltung der Signalverarbeitungseinrich­ tung 8 für verschiedene Prüfsignale P berechnet werden. Die Dynamikauswertung kann derart erfolgen, dass das Prüfaus­ gangssignal auf einen vorgegebenen Maximalwert normiert wird. Vorteilhafterweise liegt das Zeitfenster t₁, t₂ derart, dass während des Zeitfensters das Soll-Prüfausgangssignal einen Wert von über 30% und unter 70% seines Maximalwertes hat. Die Auswertung des Prüfausgangssignals kann auch derart er­ folgen, dass aus seinem Anstiegsverhalten die Beschal­ tungsparameter berechnet werden und mit Sollwerten der Be­ schaltungsparameter verglichen werden. Die Dynamikauswertung bzw. Prüfung muß nicht im ansteigenden Bereich der Signale gem. Fig. 3 erfolgen, sondern kann in analoger Weise in deren abfallenden Bereich erfolgen.

Der Sensor 6 und die Signalverarbeitungseinheit 8 können zu einer Einheit integriert sein; die Signalverarbeitungseinheit 8 kann auch getrennt von dem Sensor 6 ausgebildet sein. Der Beschleunigungssensor 6 muß nicht eine kapazitiv arbeitende oder sonstwie hinsichtlich ihrer Auslenkung erfaßte, träge Masse enthalten; er kann beispielsweise als piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein. Das Steuergerät 4 kann das Steuer­ gerät des Insassenschutzsystems sein und einen oder mehrere weitere Ausgänge 28 aufweisen, die Insassenschutzmittel, bei­ spielsweise einen Airbag, steuern.

Zur Prüfung der Sensoreinrichtung 2 können auch andere Prüf­ signale verwendet werden, die keine Rechtecksignale sind, wo­ bei sich entsprechend andere Soll-Prüfausgangssignale erge­ ben.

Claims (9)

1. Verfahren zum Überprüfen einer Sensoreinrichtung (2), insbesondere einer in einem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem enthaltenen Beschleunigungssensoreinrichtung, bei welchem Verfahren
die Sensoreinrichtung (2) mit einem Prüfsignal (P) beauf­ schlagt wird und ein durch das Prüfsignal (P) ausgelöstes Prüfausgangssignal (A₁, A₂) der Sensoreinrichtung (2) mit ei­ nem Soll-Prüfausgangssignal (S) verglichen wird,
das Prüfsignal (P) ein Rechteckssignal ist, auf das eine intakte Sensoreinrichtung (2) mit einem, verzögert zu einem Maximalwert ansteigenden oder Minimalwert abfallenden Soll- Prüfausgangssignal (S) antwortet,
das Prüfausgangssignal (A₁, A₂) der geprüften Sensorein­ richtung (2) in einem vorbestimmten Zeitfenster (t₁, t₂) des Anstiegs beziehungsweise des Abfalls des Soll-Prüfausgangs­ signals (S) mit dem Soll-Prüfausgangssignal (S) verglichen wird und eine über einem Schwellwert beziehungsweise unter einem Schwellwert liegende Abweichung als Fehler in der Sen­ soreinrichtung (2) gewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein in der Sensorein­ richtung (2) enthaltener Sensor (6) mit dem Prüfsignal beauf­ schlagt wird, welcher Sensor auf das Prüfsignal wie auf eine zu sensierende Größe anspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Prüfsignal an eine Signalverarbeitungseinheit (8) angelegt wird, die einem in der Sensoreinrichtung (2) enthaltenen Sensor (6) nachgeschal­ tet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Anstiegs- bzw. Abstiegsflanke des Rechtecksignals die Auswer­ tung des Prüfausgangssignals (A₁, A₂) triggert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zu­ sätzlich zu der Dynamik der Maximalwert des Soll- Prüfausgangssignals (S) mit dem des Prüfausgangssignals (A₁, A₂) verglichen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Prüfausgangssignal vor Auswertung seiner Dynamik entsprechend einem vorbestimm­ ten Maximalwert normiert wird.

7. Vorrichtung zum Überprüfen einer Sensoreinrichtung (2), insbesondere einer in einem Fahrzeuginsassen-Schutzssystem enthaltenen Beschleunigungssensoreinrichtung, enthaltend
einen Prüfsignalgenerator (16) zum Beaufschlagen der Sen­ soreinrichtung (2) mit einem Prüfsignal (P),
eine an einen Ausgang der Sensoreinrichtung (2) angeschlos­ sene Signalauswerteinrichtung (12, 14) mit einer Speicherein­ richtung (12), in der einem Soll-Prüfausgangssignal (S) ent­ sprechende Sollwerte gespeichert sind,
wobei das Soll-Prüfausgangssignal (S) die Antwort einer intakten Sensoreinrichtung (2) auf ein als Rechtecksig­ nal ausgebildetes Prüfsignal (P) ist, und das Soll- Prüfausgangssignal (S) über einen ansteigenden Bereich in einen Maximalwert oder über einen abfallenden Bereich in einen Minimalwert übergeht,
einer Vergleichseinrichtung (14), die in einem vorbestimm­ ten Zeitfenster (t₁, t₂) des Anstiegs bzw. des Abfalls des Soll-Prüfausgangssignals (S) die aus einem Prüfausgangssignal (A₁, A₂), mit dem die zu prüfende Sensoreinrichtung (2) auf das Prüfsignal (P) antwortet, hergeleitete Prüfwerte mit den Sollwerten des Soll-Prüfausgangssignals (S) vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, wenn eine über einem Schwellwert liegende Abweichung festgestellt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Zeitfenster (t₁, t₂) derart liegt, dass das Soll-Prüfausgangssignal innerhalb des Zeitfensters einen Wert über 30% und unter 70% seines Maximalwertes hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Signalaus­ werteinrichtung (12, 14) den Maximalwert des Soll- Prüfausgangssignals (S) mit dem Maximalwert des Prüfausgangs­ signals (A₁, A₂) vergleicht.