CN107202907B - 检测车辆安全装置的传感器故障的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开检测车辆安全装置的传感器故障的方法。公开借助车辆安全装置(10)的控制单元(14)和至少一个自检式传感器(12)检测车辆安全装置(10)的传感器(12)的故障或缺陷的方法，自检式传感器(12)与控制单元(14)分离且将测量值发给控制单元(14)，包括以下：a)执行传感器(12)的自检，传感器(12)的测量部分以模拟方式激活以响应于模拟激活生成测试测量值b)将包括测试测量值与模拟激活强度的比值、测试测量值相对模拟激活的偏差和/或测试测量值的信号发给控制单元(14)c)由控制单元(14)检查比值、偏差和/或测试测量值是否似真d)若控制单元(14)认为比值、偏差和/或测试测量值非似真确定传感器(12)已故障或有缺陷。

Description

检测车辆安全装置的传感器故障的方法
技术领域
本发明涉及检测车辆安全装置的传感器故障的方法。
背景技术
在车辆安全技术中，使用传感器来收集关于车辆的当前行驶状况的数据。该数据可用于车辆安全装置，例如，安全气囊系统或车辆动态控制，诸如可以使用该数据来控制车辆或其一部分的ESP或ESC。
这些传感器的测量部分为例如微系统，诸如微机电系统(MEMS元件)或微光电机械系统(MOEMS元件)。
如果这些传感器中的一个发生故障或者由于缺陷而提供错误的测量值，则这个发生故障的传感器的测量值必须用其他测量值来代替或者至少要进行近似处理，使得车辆安全装置可以继续按预期工作。但是，在这方面，必须可以确定地检测传感器是否已经发生故障或者有缺陷，以便使安全装置在这种情况下采用替代值。如果错误的测量值没有被检测到或者无缺陷的传感器被划分为有缺陷的，则车辆安全装置可能会以错误的或次优的方式来运行。
检测传感器是否已发生故障或已出现缺陷的方法是已知的，并且已经被实现于传感器内，即由测量部分和传感器控制器构成的结构单元，其中该测量部分和传感器控制器共同形成集成的传感器，并输出指示传感器是否正在无故障运行的逻辑值。
图1示意性地示出了具有自检式传感器112和控制单元114的已知的车辆安全装置110。为了让传感器执行自检，作为传感器112的一部分的传感器控制器(未示出)在第一步骤I激活传感器112的测量部分(未示出)，并由此响应于模拟激活而生成测试测量值。然后，在步骤II由传感器控制器评估该测试测量值，该传感器控制器最终在步骤III生成逻辑值或错误标记，指示传感器112是否正在无故障运行。然后，错误标记从传感器112传送到车辆安全装置110的控制单元114(步骤IV)。这种类型的自检可以连续执行。
但是，这些自检式传感器的故障检测在一些情况下不够精确。
因此，本发明的目的是提高识别车辆安全装置的自检式传感器的故障或缺陷的方法的准确性。
发明内容
该目的通过一种用于借助于车辆安全装置的控制单元以及至少一个自检式传感器来检测车辆安全装置的传感器的故障或缺陷的方法来实现，其中该至少一个自检式传感器与控制单元分离并且将测量值发送给控制单元，该方法包括下列步骤：
a)执行传感器的自检，其中传感器的测量部分以模拟的方式被激活，从而响应于该模拟激活而生成测试测量值，
b)将包括测试测量值与模拟激活的强度的比值、测试测量值相对于模拟激活的偏差和/或测试测量值的信号发送给控制单元，
c)借助于控制单元来检查该比值、偏差和/或测试测量值是否似真(plausible)，
d)如果控制单元认为该比值、偏差和/或测试测量值非似真，则确定传感器已经发生故障或者有缺陷。
根据本发明的自检式传感器包括传感器控制器，即传感器自己的且与车辆安全装置的控制单元分离的控制单元。例如，传感器控制器能够模拟传感器的测量部分。
本发明基于以下认识：即使自检式传感器已经输出了错误标记，也可以直接使用自检式传感器的自检的测量结果以检测传感器是否已经发生故障，借助于此，传感器被划分为起作用的或有缺陷的。因此，车辆安全装置的控制单元不依赖于自检式传感器的错误标记，但是它接收来自自检式传感器的自检的测量结果。
这允许用于检测传感器的故障或缺陷的方法更精确地适应于车辆安全装置中的相应用途，例如使该方法适应于车辆的特定行驶状况。关于比值、偏差和/或测试测量值何时不再似真或者被控制单元认为非似真的条件被预先确定并存储于控制单元内。以这种方式，关于传感器的故障或缺陷的误报数量可以大大减少，并且可以以更快的且更可靠的方式检测真正的错误。
优选地，传感器包括MEMS元件和/或MOEMS元件，该MEMS元件和/或MOEMS元件包括测量部分，从而使得MEMS或MOEMS元件的激活使得检测测量部分是否已发生故障或者有缺陷成为可能。
例如，传感器是加速度传感器，使得可以容易地检查容纳于车辆安全装置内的加速度传感器的功能。
传感器自身可以生成模拟激活，由此，车辆安全装置不必然要具有可以以模拟的方式来激活传感器或测量部分的构件。因此，可以以更简单且更具成本效益的方式来生产车辆安全装置。
例如，在加速度传感器的情形中，集成于传感器内的传感器控制器可以将具有测试频率的交变电压施加于测量部分的测量电极，这导致测量电极振动，即传感器控制器激活测量电极。然后，测量部分生成具有该振动的频率的测试测量值。
优选地，信号被提供给用于在控制单元中检查似真性的积分器，当积分器的输出值超出预定阈值时，控制单元认为比值、偏差和/或测试测量值非似真。以这种方式，测试测量值的短期的大的修改被纳入考虑范围，但是在没有这些大的修改的情况下立即导致传感器被检测为有故障的或者有缺陷的。因此，方法对于短期偏转是鲁棒的，这会导致误分类的数量减少。
在本发明的一个实施例中，控制单元内的信号在被提供给积分器之前首先通过低通滤波器，使得对于测量用途，在测量中不考虑不相关的高频(如，噪声)。因此，进一步提高了分类的准确性。
在本发明的一个实施例中，控制单元对比值、偏差和/或测试测量值低于或超过预定阈值的频次进行计数，其中当由控制单元在预定的时间间隔内确定的数量高于预定的最大值时，控制单元认为比值、偏差和/或测试测量值非似真。因此，可以用简单的方式来确定传感器的故障或缺陷，而不在变量刚刚超过或低于阈值仅几次时就立即将其分类为故障或缺陷。可以使用这种方法作为使用积分器的方法的替代或补充。
是否对比值、偏差和/或测试测量值低于或高于阈值的那些事件进行计数取决于所考虑的变量。例如，当考虑偏差时，对偏差高于预定阈值的那些事件进行计数。
在本发明的一个实施例变形中，传感器的测量部分的模拟激活以至少两种方式来执行，例如，通过使用两个测试频率来激活，并且对于每种类型的激活，信号都被发送给控制单元，所述信号包括测试测量值与相应类型的模拟激活的强度的比值、测试测量值相对于相应类型的模拟激活的偏差和/或相应类型的激活的测试测量值，其中关于每种类型的激活，控制单元都会检查比值、偏差和/或测试测量值是否似真，并且其中当控制单元认为对于每种类型的激活或测试频率的比值、偏差和/或测试测量值非似真，并且此外相应类型的激活或测试频率的各个信号的乘积为正时，控制单元确定传感器发生故障。以这种方式，实现了用于检测故障或缺陷的极鲁棒的且同时精确的方法，因为一种类型的激活中的随机波动或部分频率(partial frequency)的随机波动不会导致误分类，此外，产生相反的偏转的两种类型的随机波动或两种测试频率的随机波动同样不会导致误分类。该识别基于以下事实：在真实的故障或缺陷的情况下，所使用的两种类型的激励中的偏转或两种测试频率的偏转总是相同的。例如，模拟激活恰好在两个测试频率处发生。
在本发明的一个实施例中，车辆安全装置是安全气囊系统和/或车辆动态控制，使得可以提高这些系统的操作安全。
附图说明
根据下面的描述以及所参考的附图，本发明的其它特征和优点将变得明显。在附图中：
-图1示意性地示出了根据现有技术的用于检测传感器的故障或缺陷的方法，
-图2示出了用于执行根据本发明的方法的不同构件的示意图，
-图3示意性地示出了根据本发明的用于检测传感器的故障或缺陷的方法的框图，以及
-图4示出了用于实现根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图2示意性地示出了包括自检式传感器12、控制单元14和安全构件16的车辆安全装置10。
车辆安全装置10为例如安全气囊系统或车辆动态控制，也称为ESP、ESC等。在这种情况下，安全构件16相应地为例如安全气囊或制动器。
控制单元14控制车辆安全装置10，并因此控制安全构件16。此外，控制单元14可以集成于车辆的中央控制单元内。
传感器12包括彼此电连接的测量部分18和传感器控制器20。测量部分18和传感器控制器20位于传感器12之内，该传感器12作为成品单元被安装。
测量部分18是微系统，诸如微机电系统(MEMS)或微光电机械系统(MOEMS)，并且被用来采集特定的测量值。
例如，传感器12是车辆的加速度传感器。在这种情况下，测量部分18被设计为根据所发生的加速来生成信号的MEMS元件。在这方面，使用移动测量电极，例如，根据其偏转生成测量值的移动测量电极。
传感器12可以被布置为使其可以测量车辆的纵向加速度、横向加速度或相对其垂直轴的加速度。典型地，提供传感器12以用于测量这些方向中的每个方向上的加速度。
传感器控制器20控制测量部分18，接收测量部分18的信号并且将所确定的测量值发送给车辆安全装置10的控制单元14。
车辆安全装置10的控制单元14与传感器12分离，并因此与传感器控制器20分离。
传感器12被设计为自检式传感器，即传感器控制器20可以以模拟的方式激活测量部分18。借助于该模拟激活，测量部分18生成由传感器控制器20测量的测试测量值(步骤A)。可以以各种方式来执行该激活。
例如，在加速度传感器的情形中，传感器控制器20可以将具有一个或多个测试频率的交变电压施加到测量部分18的测量电极上，这些测试频率导致测量电极振动，即以各种方式激活测量电极。然后，测量部分18生成具有这些振动的频率的测试测量值。
传感器控制器20可以使用测试测量值以及与其相关的信息来确定它在何种程度上以模拟的方式激活了测量部分18、测试测量值与模拟激活的强度的比值和/或测试测量值相对于模拟激活的偏差。
从图3和4中可以看出，信号22从传感器12(或者更准确地说，从传感器控制器20)被传送到车辆安全装置10的控制单元14(步骤B)。
信号22包括测试测量值与模拟激活的强度的比值、测试测量值相对于模拟激活的偏差和/或测试测量值自身。在附图中，用附图标记T一起标示了这三项信息，其中附图标记T指示这些项的信息中的单个项或者这些项的信息的任意组合。
由控制单元14接收具有比值、偏差和/或测试测量值T的信号22并对似真性进行检查(步骤C)。如果由控制单元14进行的似真性检查表明比值、偏差和/或测试测量值非似真，则控制单元14确定传感器已经发生故障或者有缺陷(步骤D)。
如果传感器12已经被划分为已发生故障或者有缺陷的，则控制单元14不再使用该传感器12的测量值来控制安全构件16，而是依赖于替代测量值。但是，如果确定传感器还没有发生故障或者没有缺陷，则控制单元14照常使用该传感器12的测量值来控制安全构件16。
在图4所示的过程中，为了确定比值、偏差和/或测试测量值T是否似真，首先由传感器12生成两个不同的比值、偏差和/或测试测量值T1、T2。
这是由于传感器控制器20以两种不同类型的模拟激活来影响测量部分18的事实，例如，在传感器12为加速度传感器时，其由传感器控制器20以不同的测试频率的电信号22来激活。
因而，传感器控制器20接收两个不同的测试测量值，并且分别对于每种类型的激活(例如对于每个测试频率)，基于不同的测试测量值来确定测试测量值相对于模拟激活的偏差和/或测试测量值与模拟激活的强度的比值。
对于每种类型的激活，例如对于每个测试频率，信号22由传感器控制器20发送给控制单元14，该信号包括该类型的激活的测试测量值与模拟激活的强度的比值、测试测量值相对于模拟激活的偏差和/或测试测量值T1、T2。例如，传感器控制器20将测试测量值相对于模拟激活的偏差输出为范围-100％～+100％中的百分比。
由控制单元14接收这些信号22，并首先单独地对似真性进行检查。
似真性检查对于每个信号22都是相同的，因此下文将只描述该检查一次。
此外，在图4所示的实施例中，执行用于检查每个信号22(即对于每种类型的激活)的似真性的两种检查方法，这些方法将在下文单独讨论。
在第一检查方法中，信号22首先通过低通滤波器24，从而从信号22中去除非期望的噪声。
然后，信号22被提供给积分器26。
积分器26对信号22求和，并将所积分的信号输出为输出值28。输出值对应于例如在2000ms内所积分的信号22。
然后，将该信号与预定的阈值Si(例如40000(附图标记30))比较，并且当输出值28超出阈值Si时认为该信号非似真。“超出”意指：当输出值28的期望值位于阈值Si以下时，输出值28已经超过阈值Si，并且当输出值28的期望值位于阈值Si以上时，输出值28低于阈值Si。
以这种方式，进行对关于一种类型的激活(例如，对于一个测试频率)的信号22或者比值、偏差或测试测量值(T1或T2)之一是否似真的检查。
此外，还针对另一种类型的激活(例如，另一个测试频率的激活)的另一个信号22执行相同的方法。因此，对于每种类型的激活(在本示例中测试频率)，针对似真性检查比值、偏差或测试测量值T1和T2。
此外，将两个信号22相乘，并且进行关于结果是否为正的检查(步骤32)。
现在，当检查方法已经确定每种类型的激活(例如，对于每个测试频率)的比值、偏差和/或测试测量值T1和T2非似真，并且此外各个类型的激活(例如，对于不同的测试频率)的各个信号22的乘积为正时，控制单元14确定传感器已经发生故障或者有缺陷(步骤34)。
在图4的实施例所使用的第二检查方法中，信号22被各自提供给控制单元14的计数单元36。其对比值、偏差和/或测试测量值T1或T2低于或超过预定阈值Sz的频次进行计数。是否对变量低于或超过阈值Sz的次数进行计数取决于所考虑的变量的类型和期望值。
例如，针对测试测量值相对于模拟激活的强度的绝对偏差的阈值Sz为60％，其中超过该阈值Sz的次数被计数。
现在，如果变量在预定的时间间隔(例如，2秒)内或者直接一个接一个地被计数为超过或低于阈值Sz的次数大于预定的最大值(例如，60)，则控制单元14认为比值、偏差和/或测试测量值T1或T2非似真。
如同在第一检查方法中那样，在这一检查方法中，当每种类型的激活(例如，对于每个测试频率)的比值、偏差和/或测试测量值T1、T2非似真并且此外在步骤32中确定的乘积为正时，控制单元14确定传感器12已经发生故障或者有缺陷(步骤38)。
如果这两种检查方法被同时使用，则在这两种检查方法中的一种(步骤34或步骤38)中足以确定传感器已经发生故障或者有缺陷，以使控制单元14将传感器12划分为有故障的并且不再使用传感器12的测量值来控制安全构件16(步骤40)。
当然，传感器12可以针对不同类型的激活生成多于两个的信号22，并且将其发送给控制单元14，这如同图4的实施例那样来进行。
同样地，传感器12仅生成与一种类型的激活对应的一个信号22是可行的。在这种情况下，图4所示的方法被简化，因为不需要将信号22相乘(步骤32)。
在每种情况下仅使用图4所示的两种检查方法中的一种也是可行的，从而降低方法的复杂性。

Claims (8)

1.一种用于检测车辆安全装置(10)的传感器(12)的故障或缺陷的方法，所述方法借助于所述车辆安全装置(10)的控制单元(14)以及至少一个自检式传感器(12)，所述至少一个自检式传感器(12)与所述控制单元(14)分离并且将测量值发送给所述控制单元(14)，所述方法包括下列步骤：
a)使用所述传感器(12)的控制器，通过以模拟的方式激活所述传感器(12)的测量部分(18)从而响应于模拟激活而生成测试测量值，来执行所述传感器(12)的自检，其中所述传感器(12)自身生成所述模拟激活，
b)从所述传感器(12)的所述控制器将包括所述测试测量值与所述模拟激活的强度的比值、所述测试测量值相对于所述模拟激活的偏差和/或所述测试测量值(T；T1，T2)的信号(22)发送给所述控制单元(14)，
c)借助于所述控制单元(14)来检查所述比值、偏差和/或测试测量值(T；T1，T2)是否似真，
d)如果所述控制单元(14)认为所述比值、偏差和/或测试测量值(T；T1，T2)非似真，则确定所述传感器(12)已经发生故障或者有缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器(12)包括包含所述测量部分(18)的MEMS元件或MOEMS元件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器(12)是特别地测量所述车辆的纵向加速度、横向加速度或者相对于所述车辆的垂直轴的加速度的加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号(22)被提供给积分器(26)以用于在所述控制单元(14)内检查似真性，其中当所述积分器(26)的输出值(28)超出预定阈值(Si)时，所述控制单元(14)认为所述比值、偏差和/或测试测量值(T；T1，T2)非似真。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述控制单元(14)内的所述信号(22)在被提供给所述积分器(26)之前首先通过低通滤波器(24)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制单元(14)对所述比值、偏差和/或测试测量值(T；T1，T2)低于或超过预定阈值(Sz)的频次进行计数，其中当由所述控制单元(14)在预定的时间间隔内确定的次数高于预定的最大值时，所述控制单元(14)认为所述比值、偏差和/或测试测量值(T)非似真。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述传感器(12)的所述测量部分(18)的所述模拟激活按照至少两种方式来执行，特别地通过两个测试频率来执行，并且
对于每种类型的激活，信号(22)被发送给所述控制单元(14)，所述信号包括测试测量值与相应类型的激活的模拟激活的强度的比值、测试测量值相对于相应类型的激活的模拟激活的偏差和/或测试测量值(T1，T2)，
其中所述控制单元(14)关于每种类型的激活检查所述比值、偏差和/或测试测量值(T1，T2)是否似真，
并且其中当所述控制单元(14)认为对于每种类型的激活的所述比值、偏差和/或测试测量值(T1，T2)非似真并且此外相应类型的激活的各个信号(22)的乘积为正时，所述控制单元(14)确定所述传感器(12)已经发生故障或者有缺陷。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述车辆安全装置(10)为安全气囊系统和/或车辆动态控制。
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