CN100538681C - 传感器,控制器和用于监控至少一个传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有传感器元件的传感器，一种具有一个处理器的控制器以及一种用于监控至少一个传感器的方法。其中，在传感器内部产生一个故障模型，并且由传感器输送到控制器，以便能通过处理器给故障模型提供一个合适的答复。故障模型最好按8位字传输。其中，除了故障以外还传输异常的运行状态。

Description

传感器，控制器和用于监控至少一个传感器的方法

背景技术

本发明涉及一种传感器、一种控制器和用于监控至少一个传感器的方法。

本发明的优点

根据本发明的传感器、根据本发明的控制器以及根据本发明的用于控制至少一个传感器的方法具有如下优点：可用一定的故障报警将有差别的故障模型(Fehlermuster)传输给系统、即控制器，并且可以进行适当的反应，并且在传感器每次发生故障时避免出现这样的结果，即总体地不允许利用传感器信号，并且系统判断为持续的传感器故障，并且进而判断系统损坏。那些不是意味着传感器持续损坏的干扰，并且有可能甚至是由于一些虽然稀少但可能是运行状态引起的干扰可以不太严格地预测。在这方面的例子有电磁干扰耦联和锤击引起的振动。从而改进了这些系统的工作效率或者系统的敏感性，并且减少控制器场故障的概率。特别通过本发明由于能适用于各目标控制器和车辆因而能更好地满足各不同的系统要求和在触发参数和故障管理方面用户的要求。

这样一方面可提高整个系统的工作效率和牢固性，另一方面可减少数据场故障率，因为由于对故障模型的认识更加深入，所以不必在所有的故障模型中识别出一个全部故障。此外，本发明之所以有利是因为在回拉系统的研发和试验阶段可以易于发现故障和进行最佳化。然而本发明也可以应用在一些使用传感器的另外的汽车应用领域中，尤其是在行驶动态调节和导航之中是特别有意义的。

特别有利的是，表示故障模式的状态位由不同的传感器内部的监控机构形成，并且仅保持这么长时间：识别出属于故障状态的运行状态。这样，在系统使用传感器时时间信息也可以用于每个单独的故障模式。这样就可准确地分析该故障，借助查看表格、即一种表单就可消除该故障。然后由传感器传输到控制器的故障模型可相应地在控制器的处理器中进行分析。这样，特别是控制器可以识别出是否涉及一种持续故障，以及该故障的严重程度。

特别有利的是，故障模型是数字式地按8位字-在此用缩写MONI表示-按16位帧传输。用各种不同的读指令描述具有不同故障显示的MONI字。这样可提高可传输的故障模型的数量。其中，在这个字中，故障类型或者故障模式用标志来表征。这样，通过这个字可表示已被识别出的各种不同的故障模式和异常的运行状态。故障模式表示至少一个传感器运行参数位于预定的范围之外。

在这样一种监控中有利地按照一个预先规定的范围监控传感器的至少一个相位控制回路，和/或按照一个预先规定的范围监控至少一个控制电压，和/或按照一个预先规定的范围监控至少一个模-数转换器的输出值，和/或根据一个预先预先规定的范围监控至少一个数-模转换器的输入值和/或输出值，和/或按照一个预先规定的范围监控至少一个电容-电压转换器的动态边界，和/或按照一个预先规定的范围监控至少一个补偿调节器，和/或按照离开一个预先规定的范围监控至少一个同步调节器，和/或按照一个预先规定的范围监控代表传感器-振动的至少一个参数，和/或按照规定监控至少一个记数器的不允许的数值。如果识别出一个故障或者一个异常的运行状态，那么该数值存储在一个寄存器中。也就是说，一个故障寄存器被一个逻辑1占用。假若这个故障或者这个异常的运行状态不再被识别，则分别使每个寄存器复位，即重新置为一个逻辑0。

若指出一个故障的至少一个数值被置为1，则另一数值也置为1。这样就有可能通过一个唯一的位或者标志表示，是否识别出某个传感器内部的故障。这个标志在正常的传感器输出值-传输中作为状态信息一起被传输。在需要时、即在综合值表示一个故障状态的情况下，详细说明的故障模型可通过提供使用的读指令而被要求。通过这种与需要有关的要求节省了传输容量和处理容量。规定在字MONI中将读指令1号、2号......配置给故障信息。在此使用了两个读指令。即可显示关于故障信息的两个8位字。

此外有利的是，传感器本身设置在控制器的壳体之内。然后传感器通过数字接口和控制器的处理器最好通过SPI(序列外设接口-Serial Peripherial Interface)导线相互连接。

附图说明

附图表示本发明的实施例，下面在描述中对这些实施例进行更加详细的说明。

附图示出：

图1在一个根据本发明的控制器中的根据本发明的传感器的方框图。

图2根据本发明的数据电码。

描述

旋转速率传感器如同其它传感器一样，在被动式的汽车保险装置中越来越多地用于电子回拉系统。旋转速率传感器是用于检测翻车过程和类似的故障过程、如地面绊倒(Soil Trip)的核心组件。

几个在回拉系统中使用的旋转速率传感器一般具有一个传感器内部的功能监控，即一个所谓的监听功能。如果识别出一个可能由不同原因引起的故障或干扰状态，则在模拟传感接口的情况下通过一个逻辑信号(故障、非故障)传达到系统、一个传感器电路板、一个控制器、一般为一个微处理器或一个保护半导体。

数字传感器提供技术上相对简单的转换可能性，将不同的故障和干扰状态通过固定分配的位以数据字传输给系统。在此给每一个位分配一个故障标志，该故障标志又分配给传感器内部的电路块、或者一个传感器内部监控参数、或者一个测量参数。假若不同的被监控的传感器内部的控制电压或者调节参数进入到它们的各自的动态范围的边界内，或者处在与设计有关的数值范围之外，或者补偿数值处在允许范围之外，或者相位调节回路失去同步化，或者记数器识别出超程或不允许数值时，传感器内部的监控功能一般都会起动。这种监控一般是通过窗口比较器、或者通过分析模数转换器输出或者数模转换器输入字来进行。与传感器分析电路、传感器功能模块相关，所述原因是多种多样的。

对于干扰状态或者故障状态的可能原因是：

对于用于汽车系统的旋转速率传感器由原理引起的振荡或机械的干扰敏感性是一个具有特征的、在传感器应用中要考虑的特性。只要不产生机械衰减，系统的效率就会受到限制。机械的衰减意味着特别高的研发、成本和制造费用。干扰或剧烈的振荡可能使传感器元件如此强烈地被干扰，使得传感器内部的调节在一定的时间中不再起作用，并且使传感器位于其特殊功能区的外部。其它的干扰可能性例如是电磁干扰耦联。故障在传感器本身中或在应用电路中同样可能对于系统功能有损害。根据旋转速率传感器故障、干扰形式并且也根据传感器的使用环境，影响是不同的，所述使用环境是布线、电路板和汽车结构。

到目前为止，旋转速率传感器-监听功能仅在系统方面用于基本的故障识别。也就是说传感器是正常还是不正常。回拉系统必要时根据其反应通过故障报警的时间间隔来辨别旋转速率传感器是否存在故障。由于缺乏这种故障报警，所以不存在将各系统反应谐调到不同故障信号上的意义上的应用。

因为系统方面没有对不同的故障模型进行分类，并且也没有考虑应用环境，所以必须按照“设想最坏情况”原则进行。一个通过监控功能作为缺陷识别出的状态的结果是不允许使用传感器信号，或者系统识别到一个持续的传感器缺陷，并且因此判断为系统故障。那些并非意味着对于传感器有损坏的干扰和对于可能是由虽然稀少但可能是由于运行状态引起的干扰通常预测得过于严格。这限制了系统的工作效率和敏感度，增加了可能是不必要的控制器-场故障的概率。

因此根据本发明，从传感器到系统最好将一个具有不同故障模式组合的故障模型传输给控制器的一个处理器，并且将有关故障类型和故障原因的准确信息传输给系统。这样就能使系统的反应和这个故障相适配。

早在回拉系统电子系统的开发和应用阶段就已采集到在不同的故障原因和干扰原因中出现的故障模型。由于有了查看表格，系统可对各故障模型作出适当的反应。

实现本发明的实际前提是一个数字传感器接口。只有这样才能以合理的费用将更为大量的不同故障和干扰模式或模型以及它们的组合传输给系统。在此作为例子使用的接口是双向SPI(序列外设接口-Serial Perpherial Interface)，其中为了读出不同的故障模式例如设置了两个指令RD_MONITOR_I和RD_MONITOR_II，其中所述模式本身通过标志分别按传输回的字MONI标识。其中，例如具有8个零的字表示被监控的传感器参数处在特殊的运行范围之中，并且没有异常的运行状态。通过编码可以表示下述故障。

在电容-电压转换器中关于传感器原理的测量参数表示为电容和电容变化。所述电容-电压转换器位于它的预先规定的范围之外。在传动回路中的模-数转换器的数值位于它的规定的范围之外，在此涉及的是振动传感器。相位调节回路不同步。补偿调节器位于它的预先规定的范围之外。总值和/或传动电路和/或探测电路中的同步调节回路的差值位于它的预先规定的范围之外。传感器振荡的振幅位于它的规定的范围之外。旋转速率传感器的传动电路用于产生一个规定的、即通常被调节的摆动运动或者旋转运动，通过这种运动，例如按照回转脉冲保持原理在邻近的旋转速率中产生一个可测量的效应，例如一个微型机械的结构沿垂直于这个运动的方向产生一个偏转。在探测电路中对这个效应进行测量，采集和处理。

除了显示这些故障外，假若存在的旋转速率数值超过和低于传感器的测量范围，并且必须用最大和最小可表示的数值表示该数值时，还可以表示作为异常的运行状态。

图1在一个方框图中表示根据本发明的传感器和根据本发明的控制器。在一个控制器10中有一个传感器1，该传感器通过一个数字导线6与处理器7连接。处理器7通过一个数据输入端/输出端和一个存储器8连接。处理器7通过一个数据输出端和回拉系统9的其余部分连接。一个所谓的安全半导体11可以和数字导线6相连，所述安全半导体是另一个处理器或者监控电路。该监控电路也分析传感器输出数值，并且可对触发回拉装置施加影响。在传感器1中有一个用于容纳例如旋转速率或旋转加速度的测量参数的传感器元件2。在传感器元件中主要涉及一个微型机械的传感器结构，在该结构中进行电容式的传动和探测。传感器元件2和一个功能和监控组件3连接。在此可以进行电容-电压转换、传感器信号的模-数转换、传动和传感器振动的调节以及传感器内部的控制和监控功能。功能和监控组件3通过一个数据输出端和一个发射机组件4连接。发射机组件4和数字导线6连接，该数字导线在此设计为SPI(序列外设接口)导线。

功能和监控组件3也承担传感器1中的控制和监控功能。测量值继续输送到发射机组件4。按照由传感器配电节拍预先规定的节拍率，故障模型不断地被更新和被询问。传感器1中的测量值进入到这一故障模型中。

图2简图式地表示一个被要求的由16个位组成的MISO字的数据代码。此数据代码分成第一部分12和第二部分11。在第二部分11中传输当时的故障字11(MONI)。在此可传输两个可用不同的MOSI-指令读出的故障字。这可以循环地进行，或者只是在需要时进行。这种需要在标准旋转速率传输时通过置入一个位表示，所述位表示一个不正常的运行状态。若识别出至少一个可表示的故障情况时就置入这个位。

传感器1也可以选择地位于控制器10的外部。代替只有一个传感器也可以使用和监控多个不同类型的传感器。除了在这里谈到的回拉系统以外，其它的汽车系统-例如一个行驶动态系统或导航系统也适合于本发明。

Claims (9)

1.一种具有一个传感器元件(2)和至少一个数字接口(5)的传感器，其中有通过所述至少一个数字接口(5)传输一个故障模型的机构(6)，其特征在于，所述传感器具有用于控制或监控功能的功能和监控组件(3)，以产生测量值，其中一个发射机组件将所述测量值在故障模型中作为数据字发射，从而所述故障模型具有不同的故障模式。

2.按照权利要求1所述的传感器，其特征在于，在数据代码中为故障模型设置一个8位数据字(MONI)。

3.按照权利要求2所述的传感器，其特征在于，为了产生故障报警，所述传感器包括用于按照一个第一预定范围监控传感器的至少一个相位调节回路的和/或至少一个控制电压的机构，和/或存在用于按照一个第二预定范围监控至少一个模-数转换器输出数值的机构，和/或存在用于按照一个第三预定范围监控至少一个数-模转换器输出数值的机构，和/或存在用于按照一个第四预定范围监控至少一个电容-电压转换器的动态边界的机构，和/或存在用于按照一个第五预定范围监控至少一个补偿调节器的机构，和/或存在用于按照离开一个第六预定范围监控至少一个同步调节器的机构，和/或存在用于按照一个第七预定范围监控至少一个代表传感器振动的参数的机构，和/或存在用于按照规定监控至少一个记数器的不允许的数值的机构，其中在出现一个故障时，可将每一个数值存储在每一个寄存器中。

4.按照权利要求3所述的传感器，其特征在于，在每个故障结束后使所述寄存器复位。

5.具有一个处理器(7)的控制器，所述处理器通过至少一个数字接口(5)从按照权利要求1至4中任一项所述的传感器(1)接收一个信号，其中处理器(7)根据故障模型分析所述至少一个传感器信号。

6.按照权利要求5所述的控制器，其特征在于，传感器(1)设置在控制器(10)的壳体内。

7.用于监控至少一个传感器(1)的方法，其中，至少一个传感器(1)将一个故障模型传输到一个处理器(7)，其特征在于，一个用于控制或监控功能的功能和监控组件(3)产生测量值，一个发射机组件将所述测量值在故障模型中作为数据字发射，从而所述故障模型具有不同的故障模式。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述传感器的信号用于一个回拉系统。

9.按照权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将所述传感器的信号输送给一个行驶动态系统。

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