-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensormodul und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Sensormodulsignals, das Informationen umfasst, die eine mittels des Sensormoduls gemessene physikalische Größe repräsentieren.
-
Im Stand der Technik umfassen Sensormodule zum Bereitstellen eines Sensormodulsignals, das eine mittels des Sensormoduls gemessene physikalische Größe darstellt, einen Sensor zum Bereitstellen eines Sensorsignals, das eine physikalische Größe repräsentiert, und eine Verarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen des Sensormodulsignals auf der Grundlage des Sensorsignals. Die Signalverarbeitung kann- eine Kalibration eines analogen Sensorsignals, ein Filtern (z. B. Tiefpassfilterung) und/oder eine Analog/Digital-Wandlung des Signals umfassen.
-
Solch ein Sensormodul kann beispielsweise in einem Fahrzeug zum Messen physikalischer Größen verwendet werden, wie beispielsweise einer Temperatur, eines Drucks usw.
-
In heutigen Fahrzeugen verwenden Sensorsysteme mit hoher Sicherheit oder OBD-Anforderungen (Selbstdiagnose) häufig redundante Sensorsignalerfassung und -verarbeitung, indem zwei Sensoren und zwei Verarbeitungsvorrichtungen verwendet werden. Diese Technik erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die gemessene physikalische Größe (z. B. Temperatur, Druck usw.) sogar mit Sensorfehlern weiter beobachtet werden kann.
-
Weiterhin erlaubt redundante Sensorsignalerfassung und - Verarbeitung in einigen Fällen die Detektion von Fehlern innerhalb der Signalkette von jedem Sensor zu einer Empfangsvorrichtung, die das Sensormodulsignal empfängt.
-
In bekannten Sensormodulen mit redundanter Sensorsignalerfassung und -verarbeitung werden die redundanten Signalpfade, unter anderem aus Kostengründen, häufig in einem gemeinsamen Chip oder einer Packung implementiert. Ferner wird üblicherweise eine gemeinsame Ausgangsstufe verwendet, d. h., dass die redundant detektierten und verarbeiteten Sensorsignale (mindestens ein erstes und ein zweites Sensorsignal umfassend) auf einer gemeinsamen (gewöhnlich digitalen) Signalleitung an eine Empfangsvorrichtung übertragen werden.
-
Solch eine Ausgangsstufe kann eine Steuerungsvorrichtung zum Erzeugen des (z. B. digitalen) Sensormodulsignals auf der Grundlage des verarbeiteten ersten Sensorsignals und des verarbeiteten zweiten Sensorsignals und beispielsweise einen Ausgangstreiber, der eine Schnittstelle zur Verbindung des Sensormoduls mit einer (z. B. digitalen) Übertragungsleitung, die zu der Empfangsvorrichtung verläuft, umfassen.
-
Allerdings ist in solchen Sensormodulen nicht zuverlässig gewährleistet, dass eine fehlerfreie Übertragung der verarbeiteten Sensorsignale (umfassend das erste und das zweite verarbeitete Sensorsignal) von den jeweiligen internen Verarbeitungsvorrichtungen an die gemeinsame Steuerungsvorrichtung (Ausgangsstufe) ebenso wie eine fehlerfreie Funktion der Steuerungsvorrichtung hinsichtlich der Erzeugung des Sensormodulsignals abläuft.
-
Daher gibt es eine Sicherheitsschwachstelle hinsichtlich Fehlern, die üblicherweise im Vergleich mit anderen Sensormodulfehlern, wie etwa einem Sensorfehler oder einem Sensorsignalverarbeitungsfehler, eine geringe Wahrscheinlichkeit aufweisen. Allerdings ist die „diagnostische Abdeckung“, die durch die Empfangsvorrichtung gemessen werden kann, unvorteilhafterweise null.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensormodul und ein Verfahren zum Bereitstellen eines (mindestens eines) Sensormodulsignals bereitzustellen, durch welches die oben erwähnten Probleme vermieden werden können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, jeweils die diagnostische Abdeckung für mögliche Fehler bei der Verwendung des Sensormoduls und des Verfahrens zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe jeweils durch ein Sensormodul gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 10 erfüllt. Die abhängigen Ansprüche richten sich auf vorteilhafte weitere Entwicklungen der Erfindung.
-
Mit der Erfindung ist es möglich, eine Übertragung von Informationen, die von mehreren redundanten Signalquellen (umfassend den ersten und den zweiten Sensor) stammen, über eine gemeinsam genutzte Übertragungsleitung zu erreichen, wobei jegliche Fehler auf den jeweiligen Informationsübertragungskanälen beobachtbar bleiben.
-
Erfindungsgemäß werden das Sensormodulsignal, das verarbeitete erste Sensorsignal und das verarbeitete zweite Sensorsignal auf Kohärenz überprüft und ein Prüfergebnissignal, das ein Ergebnis dieser Prüfung repräsentiert, wird bereitgestellt.
-
Solch eine Kohärenz bedeutet, dass das erzeugte Sensormodulsignal hinsichtlich des ersten und des zweiten verarbeiteten Sensorsignals Plausibilität zeigt, wobei das Prüfen auf Kohärenz zusätzlich vorgesehen und somit zu der Erzeugung des Sensormodulsignals redundant (d. h. davon unabhängig) ist.
-
Mit der Erfindung wird vorteilhaft eine redundante Messung der physikalischen Größe mittels des (mindestens) ersten und des zweiten Sensors realisiert, wobei die Informationen über diese physikalische Größe über eine gemeinsame Schnittstelle (und eine gemeinsame Übertragungsleitung) an eine Empfangsvorrichtung übertragen werden können, wobei die diagnostische Abdeckung für mögliche Fehler verbessert wird.
-
In dem erfindungsgemäßen Sensormodul, das eine die Kohärenzprüfung durchführende Prüfungsvorrichtung umfasst, ist eine weitere Redundanz erzeugende Vorrichtung in das Sensormodul integriert.
-
Die Prüfungsvorrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein zum Vergleichen von Werten (beispielsweise Datenwerten) hinsichtlich der durch den ersten und den zweiten Sensor gemessenen physikalischen Größen, wie sie durch die Steuerungsvorrichtung erzeugt wurden, und somit zu übertragen sind, mit den gewünschten Ausgangswerten (augenscheinlich aus dem verarbeiteten ersten und zweiten Sensorsignal).
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das das Ergebnis der Prüfung repräsentierende Prüfergebnissignal über eine von einer für das Sensormodulsignal vorgesehenen Übertragungsleitung unabhängigen Übertragungsleitung an eine Empfangsvorrichtung übertragbar oder wird an eine solche übertragen. Allerdings können beide unabhängigen Übertragungsleitungen in einer gemeinsam genutzten Übertragungshardware, wie z. B. einem Elektrokabel, verlaufen.
-
Daher ist die Prüfungsvorrichtung bei einer entsprechenden Ausführungsform eingerichtet zum Bereitstellen des Prüfergebnissignals an einem (elektrischen) Ausgangsanschluss des Sensormoduls, der von einem für das Sensormodulsignal verwendeten (elektrischen) Ausgangsanschluss des Sensormoduls getrennt vorgesehen ist.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das das Ergebnis der Prüfung repräsentierende Prüfergebnissignal alternativ oder zusätzlich zum Modifizieren des Sensormodulsignals verwendet.
-
Beispielsweise kann es im Falle einer mittels der Prüfung (z. B. durch Detektieren einer Abweichung als ein Ergebnis des oben erwähnten Vergleichs) detektierten Inkohärenz bereitgestellt werden zum Modifizieren des Inhalts eines digitalen Sensormodulsignals, indem ein Fehler-Flag in einem entsprechenden Datenelement eingesetzt oder gesetzt wird, oder durch beabsichtigte Verfälschung einer Prüfsumme und/oder eines Laufzählers in einem entsprechenden Datenelement des digitalen Sensormodulsignals.
-
Bei einer Ausführungsform wird im Falle einer mittels der Prüfung detektierten Inkohärenz ein Senden eines aktuellen Datentelegramms oder eines zukünftigen Datentelegramms verhindert.
-
Bei einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Sensor zum Bereitstellen analoger Signale, wie z. B. eines analogen Temperatursignals oder eines analogen Drucksignals, designt.
-
Gemäß einer weiteren Entwicklung dieser Ausführungsform umfasst die erste Verarbeitungsvorrichtung einen ersten Kalibrierverstärker zum Liefern eines verstärkten ersten Sensorsignals und einen ersten ADW für eine Analog/DigitalWandlung des verstärkten ersten Sensorsignals in ein digitales erstes Sensorsignal, und die zweite Verarbeitungsvorrichtung umfasst einen zweiten Kalibrierverstärker zum Liefern eines verstärkten zweiten Sensorsignals und einen zweiten ADW für eine Analog/Digital-Wandlung des verstärkten zweiten Sensorsignals in ein digitales zweites Sensorsignal.
-
Darüber hinaus kann die erste Verarbeitungsvorrichtung in diesem Fall eine erste Verarbeitungsvorrichtung zum digitalen Verarbeiten des digitalen ersten Sensorsignals zum Bereitstellen des ersten Sensorsignals umfassen und die zweite Verarbeitungsvorrichtung kann ferner eine zweite Verarbeitungsvorrichtung zum digitalen Verarbeiten des digitalen zweiten Sensorsignals zum Bereitstellen des zweiten Sensorsignals umfassen.
-
Obgleich sehr weit verbreitet verwendete Analogsensoren in dem Sensormodul vorgesehen sein können, kann das Sensormodul daher vorteilhafterweise eingerichtet sein zum Bereitstellen einer digitalen Verarbeitung der gemessenen Informationen (erstes und zweite Sensorsignal).
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind der erste und der zweite Sensor allerdings zum Liefern digitaler Signale designt. In einem solchen Fall kann jede der ersten und der zweiten Verarbeitungsvorrichtung durch eine digitale Verarbeitungsvorrichtung ausgebildet sein oder diese umfassen, zum jeweils digitalen Verarbeiten des digitalen ersten Sensorsignals oder des digitalen zweiten Sensorsignals, um jeweils das verarbeitete erste Sensorsignal oder das verarbeitete zweite Sensorsignal zu liefern.
-
Bei einer Ausführungsform umfasst das digitale Verarbeiten eine Filterung, z. B. Tiefpassfilterung.
-
Wenn der erste und der zweite Sensor gemäß einer Ausführungsform zum Liefern analoger Signale designt sind, ist jede der oben erwähnten ersten digitalen Verarbeitungsvorrichtung und der zweiten digitalen Verarbeitungsvorrichtung eingerichtet zum Empfangen eines Verarbeitungstaktsignals und weist jeweils ein digitales Ausgangsregister auf zum Bereitstellen des verarbeiteten ersten Sensorsignals und des verarbeiteten zweiten Sensorsignals in der Form von gemäß dem Verarbeitungstaktsignal aktualisierten Daten.
-
Das Verarbeitungstaktsignal kann durch einen geeigneten Taktgenerator in dem Sensormodul erzeugt werden. Bevorzugt weist das Verarbeitungstaktsignal eine feste Taktfrequenz auf, die geeignet an die konkrete Anwendung angepasst werden kann. Die Taktfrequenz kann beispielsweise als mindestens 100 Hz oder mindestens 500 Hz ausgewählt werden. Gegebenenfalls kann die Taktfrequenz höher gewählt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Taktfrequenz kleiner als 10 kHz, insbesondere kleiner als 5 kHz.
-
Bei einer weiteren Entwicklung dieser Ausführungsform ist jede der ersten und der zweiten digitalen Verarbeitungsvorrichtungen eingerichtet zum Empfangen eines zweiten Verarbeitungstaktsignals und zum Auslesen von digitalen Ausgabewerten von Ausgängen des ADWs gemäß dem zweiten Verarbeitungstaktsignal. Die Taktfrequenz des zweiten Verarbeitungstaktsignals kann höher als die des entsprechenden Verarbeitungstaktsignals (z. B. um einen Faktor von „n“, wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 5 bis 50 ist) gewählt werden. In dem Falle können die digitalen Verarbeitungsvorrichtungen beispielsweise eine Berechnung von Durchschnittswerten (z. B. gleitende Durchschnitte) der ADW-Ausgaben vorhersehen, wobei diese Durchschnittswerte in einer nachfolgenden Berechnung der digitalen Signale SS1', SS2' verwendet werden.
-
Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet zum Erzeugen des Sensormodulsignals in der Form von digitalen Daten, die zumindest ein Datenelement, das das verarbeitete erste Sensorsignal repräsentiert, und ein Datenelement, das das verarbeitete zweite Sensorsignal repräsentiert, enthalten.
-
Allerdings kann die Steuerungsvorrichtung in einer alternativen Ausführungsform eingerichtet sein zum Erzeugen des Sensormodulsignals als ein analoges Signal (z. B. ein analoges Spannungssignal) oder zum Umwandeln eines digital erzeugten Sensormodulsignals, so dass letztlich durch das Sensormodul ein analoges Modulsignal (an einen Ausgangsanschluss oder an eine Ausgabeschnittstelle) geliefert wird. In einem solchen Fall umfasst die Steuerungsvorrichtung des Sensormoduls bevorzugt einen Ausgangstreiber zur Verstärkung des analogen Sensormodulsignals.
-
Bei einer anderen alternativen Ausführungsform kann die Steuerungsvorrichtung eingerichtet sein zum Erzeugen des Sensormodulsignals, das Informationen umfasst, die die physikalische Größe (z. B. einen Druck oder eine Temperatur) repräsentieren, wobei die Informationen durch die Steuerungsvorrichtung auf der Grundlage des verarbeiteten ersten Sensorsignals und des verarbeiteten zweiten Sensorsignals bestimmt wurden, ohne sowohl die Informationen, die das verarbeitete erste Sensorsignal repräsentieren, als auch die Informationen, die das verarbeitete zweite Sensorsignal repräsentieren in dem ausgegebenen Sensormodulsignal bereitzustellen.
-
Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet zum Erzeugen des Sensormodulsignals in der Form von digitalen Daten gemäß einem kundenspezifischen Protokoll. Bei einer anderen Ausführungsform wird dieses Protokoll zum Erzeugen des Sensormodulsignals in der Form von digitalen Daten eines üblichen Standardprotokolls, z. B. des SENT-Protokolls (SENT - „Single Edge Nibble Transmission“ bzw. Einflanken-Nibble-Übertragung) verwendet. Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein CAN-Protokoll (CAN - „Controller Area Network“) oder ein LIN-Protokoll (LIN - „Local Interconnect Network“) verwendet.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen eines Sensormodulsignals, das Informationen umfasst, die eine Repräsentation einer mittels des Sensormoduls gemessenen physikalischen Größe darstellt
- - Liefern eines ersten Sensorsignals, das die physikalische Größe repräsentiert, und Verarbeiten des ersten Sensorsignals, um ein verarbeitetes erstes Sensorsignal zu liefern,
- - Liefern eines zweiten Sensorsignals, das die physikalische Größe repräsentiert, und Verarbeiten des zweiten Sensorsignals, um ein verarbeitetes zweites Sensorsignal zu liefern,
- - Erzeugen des Sensormodulsignals auf der Grundlage des verarbeiteten ersten Sensorsignals und des verarbeiteten zweiten Sensorsignals,
- - Prüfen des Sensormodulsignals, des verarbeiteten ersten Sensorsignals und des verarbeiteten zweiten Sensorsignals auf Kohärenz und Liefern eines Prüfergebnissignals, das ein Ergebnis der Prüfung repräsentiert.
-
Die Ausführungsformen und spezifischen Details, die hier für das erfindungsgemäße Sensormodul beschrieben wurden, können auf eine analoge Weise, einzeln oder in jeglicher möglichen Kombination, als Ausführungsformen oder spezifische Details des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt werden.
-
Beispielsweise können in dem erfindungsgemäßen Verfahren das erste und das zweite Sensorsignal als analoge Signale (z. B. analoge Spannungssignale) geliefert werden.
-
Falls dies gemäß einer Ausführungsform der Fall ist,
- - umfasst das Verarbeiten des ersten Sensorsignals eine erste Kalibration zum Liefern eines verstärkten ersten Sensorsignals und eine erste Analog/Digital-Wandlung des verstärkten ersten Sensorsignals in ein digitales erstes Sensorsignal, und
- - umfasst das Verarbeiten des zweiten Sensorsignals eine zweite Kalibration zum Liefern eines verstärkten zweiten Sensorsignals und eine zweite Analog/Digital-Wandlung des verstärkten zweiten Sensorsignals in ein digitales zweites Sensorsignal.
-
Bei einer Ausführungsform
- - umfasst das Verarbeiten des ersten Sensorsignals ferner eine erste digitale Verarbeitung des digitalen ersten Sensorsignals, um das verarbeitete erste Sensorsignal zu liefern, und
- - umfasst das Verarbeiten des zweiten Sensorsignals ferner eine zweite digitale Verarbeitung des digitalen zweiten Sensorsignals, um das verarbeitete zweite Sensorsignal zu liefern.
-
Bei einer Ausführungsform werden das erste digitale Verarbeiten und das zweite digitale Verarbeiten in jedem Fall unter Verwendung eines Verarbeitungstaktsignals durchgeführt, wobei das verarbeitete erste Sensorsignal und das verarbeitete zweite Sensorsignal jeweils in Form von Daten geliefert werden, die gemäß dem jeweiligen Verarbeitungstaktsignal aktualisiert werden.
-
Bei einer Ausführungsform weisen die Verarbeitungstaktsignale für die erste und die zweite digitale Verarbeitungsvorrichtung (im Allgemeinen die mehreren digitalen Verarbeitungsvorrichtungen) dieselbe Taktfrequenz auf. Allerdings werden die Verarbeitungstaktsignale in einer bevorzugten Ausführungsform nicht durch einen gemeinsamen Taktgenerator (Oszillator) erzeugt. Stattdessen wird aus Redundanzgründen bevorzugt, unabhängige Taktgeneratoren für verschiedene digitale Verarbeitungsvorrichtungen zu verwenden.
-
Bei einer Ausführungsform liefert die Erzeugung des Sensormodulsignals das Sensorsignal in Form von digitalen Daten, die zumindest ein Datenelement enthalten, das das verarbeitete erste Sensorsignal repräsentiert, und ein Datenelement, das das verarbeitete zweite Sensorsignal enthält.
-
Bei einer Ausführungsform liefert die Erzeugung des Sensormodulsignals das Sensorsignal in Form von digitalen Daten, die mindestens ein Datenelement, das die mittels des Sensormoduls gemessene physikalische Größe repräsentiert, und mindestens ein Datenelement, das eine Prüfsumme des ersten erwähnten Datenelements begründet und/oder einen Laufzähler begründet, enthalten.
-
Bei einer Ausführungsform liefert die Erzeugung des Sensormodulsignals das Sensormodulsignal in der Form von digitalen Daten gemäß einem Standardprotokoll, wie z. B. dem SENT-Protokoll.
-
Bei der Erfindung können die zum Verarbeiten von digitalen Signalen verwendeten Vorrichtungen mittels einer softwaregesteuerten Rechenvorrichtung (z. B. einem Mikrocontroller) und/oder einer PLD-, CPLD- oder FPGA-Vorrichtung implementiert sein. Alternativ sind diese Vorrichtungen zum Verarbeiten digitaler Signale als ASIC (ASIC - „application-specific integrated circuit“ bzw. anwendungsspezifische integrierte Schaltung) implementiert, insbesondere z. B. über Halbleitermasken festverdrahtete Logikfelder.
-
Die vorliegende Erfindung kann auf vielen Gebieten verwendet werden, in denen ein Sensorsystem, das ein Sensormodul und eine assoziierte Empfangsvorrichtung umfasst, benötigt wird, wobei das System hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen muss.
-
Vorteilhafterweise können mit der Erfindung hohe Ansprüche an die Sicherheit der redundanten Informationsübertragung befriedigt werden. Beispielsweise können im Falle der Verwendung des erfindungsgemäßen Sensormoduls in einem Kraftfahrzeug Anforderungen hinsichtlich eines „ASIL-Niveaus“ oder hinsichtlich von „OBD“ (Selbstdiagnose) erfüllt werden.
-
Bei einer Ausführungsform repräsentieren das erste und das zweite Sensorsignal jeweils einen Druck, z. B. einen Druck eines Betriebsfluids eines Antriebssystems eines Fahrzeugs (z. B. Öl in einem Verbrennungsmotor).
-
Bei einer anderen Ausführungsform repräsentieren das erste und das zweite Sensorsignal einen Druck innerhalb eines Batteriegehäuses, das mindestens eine Batteriezelle beherbergt.
-
Bei einer Ausführungsform ist jeder des ersten und des zweiten Sensors ein durch ein mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildeter Sensor.
-
Bei einer anderen Ausführungsform repräsentieren das erste und das zweite Sensorsignal jeweils eine Temperatur innerhalb eines Batteriegehäuses, das mindestens eine Batteriezelle beherbergt.
-
Solch ein Batteriegehäuse zusammen mit der (den) Batteriezelle(n) kann beispielsweise ein Batteriemodul eines Fahrzeugs ausbilden, wobei das Batteriemodul ein Beispiel für eine wiederaufladbare elektrische Energiequelle zur Versorgung mit Energie für den Vortrieb des Fahrzeugs (z. B. Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug usw.) bereitstellen kann.
-
Eine Druckzunahme des die Batteriezelle(n) umgebenden Batteriegehäuses von elektrifzierten Fahrzeugen kann dazu verwendet werden, Rückschlüsse über Fehlfunktionen der Batteriezelle(n) zu ziehen. Beispielsweise kann eine Temperaturzunahme zu Ausgasung innerhalb einer Batteriezelle und somit zu einer signifikanten Zunahme von Druck und/oder Temperatur führen und würde somit ein Indikator von bevorstehender Zerstörung der Batteriezelle sein.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung eines Sensormoduls (oder eines Sensorsystems, das solche Sensormodule umfasst), wie es hier beschrieben ist, zum Detektieren eines Drucks (oder einer Temperatur) in einem Batteriegehäuse, das eine oder mehrere Batteriezellen eines elektrifizierten Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Hybridfahrzeugs, umgibt, bereitgestellt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Sensorsystem in einem Fahrzeug bereitgestellt, wobei das Sensorsystem Folgendes umfasst: ein Sensormodul, wie es hier beschrieben ist und dementsprechend ein Sensormodulsignal ausgibt; eine Empfangsvorrichtung, die in dem Fahrzeug von dem Sensormodul abgesetzt angeordnet ist, zum Empfangen des Sensormodulsignals, und eine elektrische Übertragungsleitung zum Übertragen des Sensormodulsignals von dem Sensormodul zu der Empfangsvorrichtung.
-
Das System kann beispielsweise zum Detektieren eines Drucks oder einer Temperatur innerhalb eines Batteriegehäuses, das mindestens eine Batteriezelle beherbergt, vorgesehen sein.
-
In einem erfindungsgemäßen Sensorsystem kann die Empfangsvorrichtung eingerichtet sein zum Durchführen einer Plausibilitätsprüfung und/oder einer Fehlererkennung mittels Analysieren des empfangenen Sensormodulsignals. Derartiges Analysieren kann eine Berechnung einer Wahrscheinlichkeit für Plausibilität des Sensormodulsignals und/oder einer Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Fehlers (z. B. Ausfall oder Beschädigung von einem der Sensoren) mittels einer softwaregesteuerten Rechenvorrichtung (z. B. einem Mikrocontroller) umfassen.
-
Die Erfindung wird nun ausführlicher auf dem Wege von Ausführungsbeispielen beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen
- 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Sensormoduls gemäß einer Ausführungsform zeigt, und
- 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Sensormodulsignals zeigt.
-
1 zeigt ein Sensormodul 10 zum Bereitstellen eines Sensormodulsignals OUT, das Informationen umfasst, die eine Repräsentation einer mittels des Sensormoduls 10 gemessenen physikalischen Größe darstellt. In 1 sind auch Anschlüsse zur Versorgung des Sensormoduls 10 mit einer Versorgungsspannung VCC und einer elektrischen Masse GND vorgesehen.
-
In dem gezeigten Beispiel wird das Sensormodul 10 in einem elektrifizierten Fahrzeug (z. B. einem Hybridfahrzeug) verwendet und die mittels des Sensormoduls 10 gemessene physikalische Größe ist ein Druck in einem Batteriegehäuse, das mindestens eine Zelle eines wiederaufladbaren elektrischen Batteriemoduls des Fahrzeugs umgibt.
-
Das Sensormodul 10 umfasst einen ersten Sensor (Drucksensor) 12-1 zum Liefern eines ersten Sensorsignals SS1, das den Druck repräsentiert, und einen zweiten Sensor (Drucksensor) 12-2 zum Liefern eines zweiten Sensorsignals SS2, das den (selben) Druck repräsentiert. In dem Beispiel sind die Signale SS1, SS2 analoge (Spannungs-)Signale, und die Sensoren 12-1, 12-2 sind als elektronische Halbleitervorrichtungen (z. B. MEMS) ausgebildet.
-
Das Sensormodul 10 umfasst ferner eine erste Verarbeitungsvorrichtung 20-1 zum Verarbeiten des Signals SS1 und zum Ausgeben eines verarbeiteten ersten Sensorsignals SS1' und eine zweite Verarbeitungsvorrichtung 20-2 zum Verarbeiten des Signals SS2 und zum Ausgeben eines verarbeiteten zweiten Sensorsignals SS2'.
-
In dem Beispiel umfasst das von den Verarbeitungsvorrichtungen 20-1, 20-2 durchgeführte Verarbeiten in jedem Fall eine Kalibration, eine Filterung (z. B. eine Tiefpassfilterung) und eine Analog/Digital-Wandlung.
-
In dem Beispiel umfasst jede der Verarbeitungsvorrichtungen 20-1 und 20-2 jeweils einen Kalibrierverstärker 22-1 und 22-2, jeweils einen ADW (Analog/Digital-Wandler) 24-1 und 24-2 und jeweils eine digitale Verarbeitungsvorrichtung 26-1 und 26-2.
-
Die Kalibrierverstärker 22-1, 22-2 sorgen für jeweilige Kalibrationen der Signale SS1, SS2, wenn diese den ADWs 24-1, 24-2 zugeführt werden, so dass beispielsweise in einem Normalbetrieb der Sensoren 12-1, 12-2 die verstärkten Versionen der Signale SS1 und SS2 identisch oder zumindest annähernd identisch sind. Allerdings ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, Kalibrationen für die Signale SS1, SS2 zu liefern, die sich voneinander unterscheiden, was bedeutet, dass eine Identität der Signale SS1 und SS2 nicht notwendigerweise implizieren, dass den ADWs 24-1, 24-2 an deren Eingängen identische Signale zugeführt werden.
-
Die ADWs 24-1, 24-2 liefern eine Analog/Digital-Wandlung der kalibrierten Versionen der Signale SS1, SS2 und führen den digitalen Verarbeitungsvorrichtungen 26-1, 26-2 digitale Repräsentationen davon zu.
-
Die digitalen Verarbeitungsvorrichtungen 26-1, 26-2 liefern ein verarbeitetes digitales erstes und zweites Sensorsignal SS1' und SS2', die Ausgangssignale der jeweiligen Verarbeitungsvorrichtungen 20-1, 20-2 bilden, wie in 1 gezeigt ist.
-
Die oben erwähnte Kalibration der Signale SS1, SS2 kann alternativ oder zusätzlich mittels der digitalen Verarbeitungsvorrichtungen 26-1, 26-2 vorgesehen sein.
-
Obgleich in 1 nicht gezeigt, ist jede der ersten und der zweiten digitalen Verarbeitungsvorrichtungen 26-1, 26-2 eingerichtet zum Empfangen eines Verarbeitungstaktsignals und weist jeweils ein digitales Ausgangsregister auf zum Bereitstellen des verarbeiteten ersten Sensorsignals SS1' und des verarbeiteten zweiten Sensorsignals SS2' in der Form von gemäß dem Verarbeitungstaktsignal aktualisierten Daten.
-
Das Sensormodul 10 umfasst ferner eine Steuerungsvorrichtung 30 zum Erzeugen des Sensormodulsignals OUT auf der Grundlage der Signale SS1' und SS2', die der Steuerungsvorrichtung 30 durch die jeweilige Verarbeitungsvorrichtung 26-1, 26-2 zugeführt werden.
-
Die Steuerungsvorrichtung 30 empfängt ein Steuertaktsignal und weist ein digitales Eingangsregister zum Abrufen von Eingangsdaten aus dem Ausgangsregister der Verarbeitungsvorrichtungen 20-1, 20-2 gemäß dem Steuertaktsignal auf. Bei einer Ausführungsform hat das Steuertaktsignal dieselbe Frequenz wie das Verarbeitungstaktsignal.
-
Die Steuerungsvorrichtung 30 (z. B. einen Mikrocontroller oder z. B. eine festverdrahtete Schaltungsanordnung, die bevorzugt als ein ASIC implementiert ist) weist eine Recheneinheit zum Verarbeiten der Signale SS1' und SS2' auf, die in der Form von aus den Ausgangsregistern der Verarbeitungsvorrichtungen 20-1, 20-2 abgerufenen digitalen Daten eingegeben werden. Das Verarbeiten wird durch Durchführen eines vordefinierten Algorithmus erreicht. Ferner erzeugt (berechnet) die Recheneinheit, auf der Grundlage des Ergebnisses des Verarbeitens, das Sensormodulsignal OUT in der Form von digitalen Daten gemäß einem vordefinierten Protokoll für Datenübertragung (z. B. SENT-Protokoll).
-
In dem Beispiel enthalten die das Signal OUT erstellenden digitalen Daten mindestens ein Datenelement, das digitale Werte des verarbeiteten ersten Sensorsignals SS1' repräsentiert, und ein Datenelement, das digitale Werte des verarbeiteten Sensorsignals SS2' repräsentiert.
-
Das in 1 gezeigte Sensormodul 10 kann modifiziert werden durch Ergänzen eines oder mehrerer Sensoren (wie die gezeigten Sensoren 12-1, 12-2), Ergänzen mit mehreren entsprechenden Verarbeitungsvorrichtungen (wie die gezeigten Vorrichtungen 20-1, 20-2), und Verwenden einer Steuerungsvorrichtung (anstelle der gezeigten Steuerungsvorrichtung 30), die fähig ist zum Verarbeiten der sich ergebenden mehreren Signale, die der Steuerungsvorrichtung zugeführt werden (wie die gezeigten Signale SS1', SS2').
-
Bevorzugt enthält das Signal OUT auch Datenelemente, die eine Prüfsumme der Datenelemente, die die Signale SS1', SS2' repräsentieren, und Datenelemente, die einen Laufzähler erstellen.
-
Es kann passieren, dass die Übertragung der Signale SS1', SS2' von den Ausgängen (z. B. digitale Register oder FIFO-Ausgangsregister) der Verarbeitungsvorrichtungen 20-1, 20-2 an den Eingang (z. B. digitales Register oder FIFO-Eingangsregister) der Steuerungsvorrichtung 30 fehlerhaft ist und/oder dass das Verarbeiten der Signale SS1' und SS2' innerhalb der Steuerungsvorrichtung 30 fehlerbehaftet ist.
-
Solch eine Übertragung und/oder Verarbeitung von Fehlern kann beispielsweise auf Halbleiterdefekten, gedrifteten oder fehlerhaften Taktsignalen, Laufzeitfehlern in einem Digitalteil basieren.
-
Solche Fehler in der Steuerungsvorrichtung 30 können beispielsweise bewirken, dass die Signale SS1' und SS2' „einfrieren“, was in Sensormodulen gemäß dem Stand der Technik dann unrichtig als „Defekt von einem der zwei Sensoren“ interpretiert wird. Allerdings können Fehler, die SS1' und SS2' als Teil des OUT-Signals auf dieselbe Weise beeinflussen (z. B. Einfrieren von Informationen beider Kanäle oder gemeinsame Verschiebungen oder Verfälschungen), nicht durch den Empfänger identifiziert werden - sie werden als plausibel angesehen, und können dann beispielsweise durch die Empfangsvorrichtung unrichtig als „keine Änderung der gemessenen physikalischen Größe“ interpretiert werden.
-
Um derartige Probleme zu vermeiden, ist vorgesehen, dass das Sensormodul 10 ferner eine Prüfungsvorrichtung 40- umfasst zum Überprüfen des Sensormodulsignals OUT, des verarbeiteten ersten Sensorsignals SS1' und des verarbeiteten zweiten Sensorsignals SS2' auf Kohärenz und zum Liefern eines Prüfergebnissignals „EF“, das ein Ergebnis der Prüfung repräsentiert.
-
Das Überprüfen auf Kohärenz, das durch die (zusätzliche) Vorrichtung 40 durchgeführt wird, hilft dabei, insbesondere die oben erwähnten gemeinsamen Fehler (und jegliche anderen Fehler in Bezug auf die Steuerungsvorrichtung 30), die nicht durch eine Plausibilitätsprüfung detektiert werden können, zu markieren. Somit implementiert die Erfindung diagnostische Abdeckung für die Steuerungsvorrichtung (30) und für die Übertragung der verarbeiteten Sensorsignale (SS1', SS2') zur Steuerungsvorrichtung.
-
In dem Beispiel von 1 ist symbolisiert, dass das Signal OUT durch die Prüfungsvorrichtung 40 von einer Ausgangsstufe der Steuerungsvorrichtung 30 „abgegriffen“ wird, so dass das für den Zweck der Kohärenzprüfung abgegriffene Signal OUT nicht notwendigerweise mit dem Signal OUT identisch ist, wie es über die entsprechende mit dem Sensormodul 10 verbundene Übertragungsleitung läuft. In der Ausgangsstufe kann das Signal OUT beispielsweise gemäß einem standardisierten Übertragungsprotokoll (z. B. das SENT-Protokoll), z. B. durch Einsetzen von Prüfsummendatenelementen usw. modifiziert werden.
-
Allerdings kann, wie in 1 durch eine gestrichelte Linie symbolisiert ist, das Signal OUT auch durch die Prüfungsvorrichtung 40 von einem Ausgang des Sensormoduls 10 abgegriffen werden, so dass das für den Zweck der Kohärenzprüfung abgegriffene Signal OUT mit dem Signal OUT identisch ist, wie es über die Übertragungsleitung zur Empfangsvorrichtung läuft.
-
Vorteilhafterweise wird mit einer Prüfungsvorrichtung, wie der gezeigten Prüfungsvorrichtung 40 erfindungsgemäß eine weitere Redundanz erzeugende Vorrichtung in das Sensormodul (10) integriert, die beispielsweise einerseits die Werte der mit den Sensoren (12-1, 12-2) gemessenen Drücke, wie sie in einem durch die Steuerungsvorrichtung (30) erzeugten digitalen Datensignal (OUT) enthalten sind und somit übertragen werden sollen, mit andererseits den gewünschten („korrekten“) Ausgabewerten, die in den digitalen Ausgangsregistern der Verarbeitungsvorrichtungen (26-1, 26-2) gespeichert sind, vergleichen kann.
-
In dem gezeigten Beispiel ist die Prüfungsvorrichtung 40 eingerichtet zum Bereitstellen des Prüfergebnissignals EF an einem Ausgang des Sensormoduls 10, der von einem für das Sensormodulsignal OUT verwendeten Ausgang des Sensormoduls 10 getrennt vorgesehen ist. In diesem Fall kann das Prüfergebnissignal EF beispielsweise über eine getrennte Übertragungsleitung an die Empfangsvorrichtung (die auch das Signal OUT empfängt) übertragen werden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann das Prüfergebnissignal EF auch der Steuerungsvorrichtung 30 zugeführt werden, so dass die Steuerungsvorrichtung 30 reagieren kann, wenn das Signal EF als das Ergebnis der Kohärenzprüfung einen Fehler angibt.
-
Eine Reaktion bei einer solchen Fehlerbedingung kann beispielsweise eine Einsetzung von Fehler-Flags in das digitale Ausgangssignal OUT sein. Alternative Reaktionen können beispielsweise eine Verfälschung von in dem Ausgangssignal OUT erhaltenen Prüfsummen und/oder Laufzählern sein. Eine weitere Reaktion kann eine Verhinderung des Sendens eines aktuellen Datentelegramms oder eines künftigen Datentelegramms von dem Sensormodul 10 an die Empfangsvorrichtung sein.
-
In dem Beispiel sind die Komponenten 20-1, 20-2, 30 und 40 durch elektronische Halbleitervorrichtungen (integrierte Schaltungen) ausgebildet, die durch die elektrische Versorgung VCC, GND des Sensormoduls 10 gespeist werden. Bevorzugt sind diese Komponenten in der Erfindung üblicherweise durch eine monolithische integrierte Schaltung ausgebildet, die auch die jeweiligen Sensoren (12-1, 12-2) umfassen kann, oder die über Drähte mit den jeweiligen Sensoren (12-1, 12-2) verbunden sein kann.
-
Zusammenfassend stellen die Erfindung und die beschriebenen Ausführungsformen ein Sensormodul und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Sensormodulsignals bereit, das vorteilhafterweise bei einer Übertragung von Sensorsignalinformationen von dem Sensormodul an eine Empfangsvorrichtung verwendet werden kann, die von dem Sensormodul abgesetzt aber mit einem Übertragungskanal (z. B. einer elektrischen Übertragungsleitung) verbunden ist.
-
Die Erfindung ermöglicht einen hohen Grad an diagnostischer Abdeckung in Sensorsystemen, in den mehrere redundant erfasste Sensorsignale verarbeitet und dann zu einem einzigen Ausgabesignal kombiniert werden, das dann von dem Sensormodul an eine Empfangsvorrichtung übertragen wird. Vorteilhafterweise kann das Sensormodul (und eine damit verbundene Empfangsvorrichtung) beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet sein.
-
2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens (und wie z. B. durch das Sensormodul 10 in 1 implementiert), das Folgendes aufweist: Bereitstellen eines ersten Sensorsignals SS1 (Schritt S1) und Bereitstellen eines Sensorsignals SS2 (Schritt S2); Verarbeiten des ersten Sensorsignals SS1 (Schritt S3) und Verarbeiten des zweiten Sensorsignals SS2 (Schritt S4), um das verarbeitete erste und zweite Sensorsignal SS1' und SS2' zu liefern; Erzeugen eines Sensormodulsignals OUT (Schritt S5) auf der Grundlage des verarbeiteten ersten und zweiten Sensorsignals SS1' und SS2'; und Prüfen des Sensormodulsignals OUT, des verarbeiteten ersten und zweiten Sensorsignals SS1' und SS2' auf Kohärenz, um ein Prüfergebnissignal „EF“ zu liefern, das ein Ergebnis der Prüfung repräsentiert.
