CN108459581A - 确定信号处理部件完整性信息的方法、信号处理电路及电子控制单元 - Google Patents

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Abstract

用于确定关于信号路径内的信号处理部件的完整性的信息的方法，包括：将活跃信号添加到信号路径内的第一位置处的信号(302)；以及在信号路径内的第二位置处检测与活跃信号对应的所添加的活跃信号(304)。此外，该方法包括基于所检测到的信号来确定关于完整性的信息(306)。

Description

确定信号处理部件完整性信息的方法、信号处理电路及电子 控制单元
技术领域
示例涉及用于确定关于信号路径内的至少一个信号处理部件的完整性的信息的方法、信号处理电路以及电子控制单元，信号处理电路具有用于处理传感器信号的信号路径，电子控制单元用于从信号处理电路接收信号。
背景技术
通常需要监测信号路径内的信号处理部件，以推断信号路径内的信号处理部件或其特定部分的完整性。监测信号路径内的信号处理部件可以允许推断信号处理部件是否根据按照规定进行操作，以及是否可以依赖由信号路径输出的信号。一个特别的兴趣可以是能够标识信号处理部件是否仍然在操作或者是否最终被卡住，从而提供独立于输入到所讨论的信号处理部件中的变化信号的相同输出。例如，如果系统依赖于由传感器生成并随后在信号路径内处理的传感器信号来触发安全措施，则这可能是有意义的。例如，在汽车中，轮速传感器设备提供关于车轮旋转速度的信息，该信息由电子控制单元(ECU)接收，以允许推断车辆的安全驾驶状况。在其他示例中，线性霍尔传感器提供与传感器位置处的磁场强度成正比的输出信号，或者角度传感器提供指示所观察的对象相对于参考物的角度的输出。在典型的传感器设备中，在关于观察量(例如，旋转速度或角度)的信息被传送到ECU进行进一步处理之前，由传感器提供的信号随后由传感器设备内的信号路径的一些信号处理部件进行处理。在传感器设备内的信号路径内、或者由传感器设备与ECU之间的接口构成的信号路径部分内发生错误的情况下，可能接收到错误的信息，并且汽车乘客的安全可能有一定风险。因此，需要确定关于信号路径内的信号处理部件的完整性的信息。
发明内容
一个实施例涉及用于确定关于信号路径内的至少一个信号处理部件的完整性的信息的方法，该方法包括：将活跃(alive)信号添加到信号路径内的第一位置处的信号。该方法进一步包括在信号路径内的第二位置处检测与活跃信号对应的信号，并基于所检测到的信号确定关于完整性的信息。如果事先已知两个位置之间的活跃信号的进一步的有意改变、或者如果预期没有进一步的改变，则通过观察与活跃信号对应的信号能够推断第一位置与第二位置之间的信号处理部件是否可靠地操作。如果实际上检测到如此确定的预期活跃信号，则可以推断：两个位置之间的信号处理部件无误地操作，并且可以假定那些信号处理部件的完整性。
根据另一实施例，具有用于处理传感器信号的信号路径的信号处理电路包括：活跃信号发生器，被配置为在信号路径内的第一位置处将活跃信号添加到传感器信号。使用信号处理电路的实施例可以允许信号处理电路内的其他信号处理部件或接收来自信号处理电路的数据的其他处理元件检查信号处理电路内的信号处理部件中的一些或全部是否可靠地操作。
根据另一实施例，用于从信号处理电路接收信号的电子控制单元包括：完整性确定电路，被配置为接收所添加的活跃信号，并基于所添加的活跃信号与预期的活跃信号的比较，确定信号处理电路内的至少一个信号处理部件的完整性。使用电子控制单元的实施例可以允许推断信号处理电路内的一个或多个信号处理部件的操作的可靠性、以及电子控制单元和信号处理电路之间的接口的可靠性。
附图说明
将在下文中仅通过示例并参考附图来描述装置和/或方法的一些示例，其中，
图1图示了具有信号路径的信号处理电路的一个示例，该信号路径允许将活跃信号添加到信号路径内的信号；
图2图示了具有信号路径的信号处理电路的另一示例，该信号路径允许根据ECU的请求来添加活跃信号；
图3图示了用于确定关于信号路径内的信号处理部件的完整性的信息的方法的流程图；
图4图示了图示用于添加活跃信号的第一示例的框图；
图5图示了图示用于添加活跃信号的第二示例的框图；
图6图示了图示用于添加活跃信号的第三示例的框图；
图7图示了图示用于响应于ECU的触发来添加活跃信号的一个示例的框图；
图8图示了图示用于添加由ECU提供的活跃信号的一个示例的框图；以及
图9图示了用于将活跃信号添加到PWM信号的一个示例，该PWM信号用于传输传感器读数。
具体实施方式
现在将参考示出了一些示例的附图来更全面地描述各种示例。在附图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可能被夸大。
因此，虽然进一步的实施例能够具有各种修改和备选形式，但是在附图中示出了其一些具体实例并且随后将详细描述这些具体实施例。然而，该详细描述不限于所描述的特定形式的进一步示例。进一步的示例可以涵盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和备选。贯穿附图的描述，相同的附图标记指代相同或相似的要素，当提供相同或类似的功能时，相同或相似的要素彼此比较可以相同地或以修改的形式实现。
将理解，当要素被称为“连接”或“耦合”到另一要素时，要素可以被直接连接或耦合，或经由一个或多个中间要素连接或耦合。如果使用“或”来组合两个要素A和B，则这将被理解为公开了所有可能的组合(即，仅A、仅B以及A和B)。针对相同组合的备选措辞是“A和B中的至少一个”。该情况同样适用于超过两个要素的组合。
在本文中出于描述特定示例的目的而使用的术语不旨在限制其他示例。无论何时使用诸如“一”、“一个”和“该”的单数形式以及仅使用单个要素既不明确也不隐含地被定义为强制性的，进一步的示例还可以使用多个要素来实现相同的功能。类似地，当功能随后被描述为使用多个要素来实现时，进一步的示例可以使用单个要素或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解，术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”在使用时指定存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件、部件和/或其任何组合。
除非另外定义，否则在本文中均以其示例所属领域的普通含义来使用所有术语(包括技术术语和科学术语)。
图1图示了具有用于处理传感器信号的信号路径110的信号处理电路100。信号处理电路100还包括：活跃信号发生器120，被配置为将活跃信号添加到信号路径110内的第一位置130处的信号。信号路径110内的信号处理部件包括用于初始地生成信号的信号源112以及用于进一步处理信号的信号处理元件114。此外，信号路径110包括协议编码器116，协议编码器116用于将由信号处理元件114生成的数据格式化，以符合为信号接口150选择的数据协议。信号处理电路100经由信号接口150将数据传输到电子控制单元200。
此外，图1示意性地图示了用于从信号处理电路100接收信号的电子控制单元200。电子控制单元200包括：完整性确定电路210，被配置为接收所添加的活跃信号，并基于接收到的所添加的活跃信号与预期的活跃信号的比较来确定信号路径110内的至少一个信号处理部件的完整性。根据相对于完整性确定电路210的第二位置220的第一位置130，示例可以能够确定关于信号路径110内的一个或多个信号处理部件的完整性的信息。
尽管电子控制单元200和信号处理电路100可以是经由信号接口150连接的两个不同的硬件实体，但是本文描述的实施例的一些方面的以下阐释将联合描述信号处理电路100和ECU 200的功能，以适当地描述例如活跃信号发生器120和完整性确定电路210之间的交互(也借助于图3中的流程图进行说明)。
如图3的流程图所示，一些实施例将活跃信号添加到信号路径110内的第一位置130处的信号，并在信号路径110内的第二位置220处检测与活跃信号对应的信号。在图1所示的示例性实施例中，第一位置130在信号处理电路100内，而第二位置220在电子控制单元200内。即，待监测的信号路径110在两个实体(信号处理电路100和电子控制单元200)之上延伸。如在以下段落中详细描述的，基于由完整性确定电路210接收到的所添加的活跃信号来确定关于信号路径110内的信号处理部件的完整性的信息。在无误操作的情况下，所添加的活跃信号对应于活跃信号，例如，其根据预定关系取决于活跃信号或者其根据情况可以等于活跃信号。所导出的关于信号处理部件的完整性的信息的一个示例是所有信号处理部件均在没有错误的情况下操作。然而，根据进一步实施例导出的关于信号处理部件的完整性的信息还可以包括更多细节，例如，诸如信号路径内多少个信号处理部件在没有错误的情况下操作、以及多少个信号处理部件未在没有错误的情况下操作的信息。
进一步的实施例可以提供关于信号路径内的每个信号处理部件的操作状态(例如，错误或者无误)的信息。通常，关于信号路径内的信号处理部件的完整性的信息可以是允许推断是否沿信号路径110或在其部分内在没有错误的情况下处理信号或数据的任何种类的信息。进一步的实施例可以提供统计信息(例如，对于在没有错误的情况下工作的所有信号处理部件的概率估计)作为关于信号处理部件的完整性的信息。
在图1所示的实施例中，通过信号源112在信号路径110本身内生成在信号路径110内处理的信号。信号源本身可以是生成信号(数字信号或模拟信号)的任何装置，并且可以以任意的数字或模拟表示来生成信号。例如，信号源112可以是用于感测物理量的传感器，该传感器输出与所感测的物理量有关的模拟或数字信号。在示例性信号路径110中，信号处理元件114接收由信号源112生成的信号，并且在所处理的信号被传送到协议编码器116之前对其进行进一步处理，以将其经由接口150传送到电子控制单元200。信号处理元件114的一个示例可以是模数转换器，以转换由充当信号源112的传感器提供的模拟信号。根据图1所示的实施例，活跃信号发生器120将活跃信号添加(嵌入)到由信号源112生成、并且在信号路径110的最开始处的第一位置130处的信号。随后相对于图4至图9来讨论关于如何将活跃信号添加到信号路径110内的信号的一些备选方案。
将活跃信号添加到信号路径110内的信号导致活跃信号被表示在信号路径110内通过某种方式被处理的信号内，而活跃信号的添加或插入(嵌入)的技术细节取决于特定实现。
完整性确定电路210接收所添加的活跃信号。当所添加的活跃信号对应于或等于预期的活跃信号时，完整性确定电路210可以推断信号路径110内的信号处理部件在没有错误的情况下操作，使得可以假定信号路径的完整性。预期的活跃信号是可以根据信号路径110内的在第一位置130和第二位置220之间的单独的信号处理部件的功能的先验知识所确定的信号。可以从在假定信号路径110内的所有信号处理部件无错误操作的情况下的活跃信号来计算预期的活跃信号。换言之，完整性确定电路210被配置为使用活跃信号和预期的信号处理算法计算预期的活跃信号来确定预期的活跃信号。根据一个实施例，例如，可以简单地通过信号路径110内的每个信号处理部件来转发活跃信号，使得借助于完整性确定电路210在第二位置220处接收所添加的活跃信号本身(作为预期的活跃信号)允许推断信号路径110内的所有信号处理部件在没有错误的情况下操作。
图1中所公开的实施例可以例如允许还检测其中信号处理路径110内的一个信号处理元件被卡住的故障。被卡住时，信号处理部件仍可以输出有效的输出信号。然而，内部更新机制可能出现乱序，使得由发生错误的信号处理部件输出的信号保持不变，而不是被更新。当被卡住时，活跃信号将不被卡住的信号处理部件转发或输出，并且因此，这种类型的错误可以被本文所描述的实施例检测到。
根据具体实现，活跃信号可以是仅在信号路径内的信号上添加一次的信号，或者活跃信号可以包括随后添加的单独的子信号系列，系列被称为完整性确定电路。例如，如果信号处理电路100和电子控制单元200之间的接口150是单向接口，则活跃信号可以是已知子信号的信号序列，以能够确定信号路径内单独的信号处理部件是否被卡住。然而，如果ECU 200和信号处理电路100之间的接口是双向的(如图2所示)，则在接收到从ECU 200发送到活跃信号发生器120的触发信号(触发脉冲)时，可以仅单次传输活跃信号。
信号处理电路100的一些实施例包括活跃信号发生器120，活跃信号发生器120包括被配置为接收这样的触发信号的信号输入122。活跃信号发生器120然后被配置为响应于接收到触发信号而添加活跃信号。一旦完整性确定电路210获知何时预期接收活跃信号，则由于触发信号的发送与所添加的活跃信号的接收的相关性，活跃信号的单次传输可能足以推断信号路径110的完整性。
触发信号可以是使得信号处理电路提交可预先已知的活跃信号的任意信号。然而，根据进一步的实施例，双向接口还可以用于从ECU 200向信号处理电路100传输活跃信号，以能够在电子控制单元200处生成将要在信号处理电路100中使用的活跃信号。为此，电子控制单元200可以包括输出接口230，输出接口230被配置为输出用于信号处理电路100的控制信号。控制信号包括使得活跃信号发生器120将活跃信号添加到信号路径110中的活跃信号或触发信号。
在一些实施例中，ECU 200的输出接口230被配置为输出用于信号处理电路100的控制信号，控制信号包括反射的活跃信号，反射的活跃信号取决于由完整性确定电路210接收的所添加的活跃信号。将反射的活跃信号从ECU 200返回到信号处理电路100也可以使得能够确定关于ECU的完整性的信息。例如，假定由完整性确定电路210接收的所添加的活跃信号被返回(反射)作为反射的活跃信号，如果反射的活跃信号等于之前添加的活跃信号，则活跃信号发生器120能够推断不仅信号处理路径110而且ECU均在没有错误的情况下工作。一旦信号处理电路100已知对所添加的活跃信号的有意改变，如果所添加的活跃信号在被返回作为反射的活跃信号之前被ECU改变，则可以得出类似的结论。
图1和图2图示了活跃信号在信号路径110的最开始处的第一位置130处被添加到信号路径110，导致对信号路径110的高诊断覆盖范围。诊断覆盖范围是指示在信号路径内有多少信号处理部件被覆盖的数目，即，当由完整性确定电路210接收到预期的活跃信号时，可以假定在没有错误的情况下操作的部件的数目。较高的诊断覆盖范围可以导致根据特定的标准或者例如根据IEC EN 61508标准(电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全性)将相关联的设备分类为具有更高等级的可靠性或完整性，IEC EN 61508标准定义了四个安全完整性等级(SIL)，其中SIL 4是最可靠的等级，SIL 1是可靠性最低的等级。具有高诊断覆盖范围的汽车应用也可以例如根据在ISO26262中标准化的汽车安全完整性等级(ASIL)来实现更高的SIL值。ISO 26262定义了四个安全完整性等级，其中ASIL D是最可靠的等级，ASIL A是可靠性最低的等级。
进一步如图1和图2中的虚线所示，活跃信号发生器120还可以在信号路径110内的其他位置132a或132b处插入活跃信号。根据进一步的实施例，可以在位置132a和132b中的每一个处向信号路径添加附加活跃信号，从而允许确定信号路径内的哪个信号处理元件错误地操作或被卡住。例如，仅针对在位置132b处添加的附加活跃信号的预期活跃信号的接收可以允许推断当信号处理元件114表现出错误时，协议编码器116在没有错误的情况下工作。
根据另外的实施例，可以在信号路径110内的第三位置132a处(并且最终也在第四位置132b处)改变在第一位置130处添加的活跃信号，第三位置132a在第一位置130和第二位置220之间。如果在第三位置132a处的活跃信号的预期改变是已知的，则可以考虑原始插入的活跃信号和期望的改变来计算预期活跃信号。如果接收到如此预期的活跃信号，则可以推断：整个信号路径110正在没有错误的情况下操作。然而，如果仅接收到原始插入的活跃信号，则可以推断：信号路径正在操作，但是，其中第三位置132a处的信号处理元件114被卡住，使得不会发生原始插入的活跃信号的改变。
如果在信号路径110内的每个信号处理部件处根据预定算法改变原始活跃信号，则ECU 200内的完整性确定电路210能够推导出信号路径110中的哪个信号处理部件被卡住或不可操作。
总之，图1和图2图示了活跃信号发生器120生成活跃信号的不同方式，以及在何处将活跃信号添加到信号路径内的信号。在图1所示的实施例中，在信号处理电路100内生成活跃信号，信号处理电路100例如可以是传感器子系统。在图2所示的实施例中，ECU 200影响活跃信号在具有双向接口的应用中的生成。影响活跃信号的生成的一个可能方式是触发活跃信号在信号处理电路100内的生成。取决于接口150，进一步触发预定的活跃信号，ECU200可以能够传输将要被添加到信号路径110的活跃信号。
例如，对于传感器子系统，可以使用单边半字节传输协议(SENT，SAE J2716)来建立传感器系统与相关联的ECU之间的单向通信。对于双向通信，可以使用短PWM码接口(SPC)或外设传感器接口5(PSI5)。在两种情况下，可以将活跃信号添加到信号路径110内的任意位置处的信号，任意位置处于信号路径内的任意信号处理部件处或任意信号处理部件之间。例如，如果传感器系统被监测，则可以在传感器处直接添加活跃信号，或活跃信号作为用于将传感器的输出数字化的模数转换器的附加输入。此外，为了仅在ECU 200内的完整性确定电路210处检测并检查与活跃信号相对应的信号，还可以由信号路径内的每个信号处理部件(例如，图1和图2所示的示例性信号路径110的信号处理元件114和协议编码器116)或在每个信号处理部件内检查并控制活跃信号和/或其相关联的处理。
根据一些实施例，在信号源处添加活跃信号，并且在数据路径110内的不同信号处理部件处添加另外的活跃信号，以允许标识信号路径110内具有错误的信号处理部件。出于相同的目的，可以将活跃信号添加或注入到信号源，并且可以在信号处理电路100中的信号路径110内的每个信号处理部件处以预定方式检查或修改活跃信号。在协议编码器116内处理活跃信号，以将活跃信号或基于活跃信号的信号传输到ECU 200。在沿信号路径110的单独信号处理部件连续监测活跃信号的实现中，信号处理电路100(例如，其活跃信号发生器120)可以能够检测单独信号处理部件本身的某些错误或故障，并将相关联的消息传输到ECU 200，从而通知ECU 200关于错误的发生以及最终引起错误或被卡住的信号处理部件。
尽管先前已使用图1至图3来描述允许确定关于信号路径110内的信号处理部件的完整性的信息的实施例，但是图4至图8图示了关于可以如何实现将活跃信号插入或添加到信号路径110内的信号的一些具体实现。
在详细讨论将活跃信号插入或添加到信号路径110中的细节之前，概述适当的活跃信号的一些示例，记住活跃信号通常可以是模拟或数字的任何信号或信号序列。活跃信号的一个可能使用可以是在数据路径中添加或插入触发比特。触发比特可以被表征为交替具有两个状态的量。在数字实现方面，第一状态可以是逻辑1状态，而第二状态可以是逻辑0状态。触发比特的备选实现同样可以将触发比特表示为两个交替的模拟量。活跃信号本身例如可以被实现为触发位，从而允许以预定的时间间隔监测触发比特的改变，从而能够推断沿信号路径的每个信号处理部件均正常工作。根据进一步的示例，触发比特例如可以控制更复杂的活跃信号发生器，以例如在每次出现触发比特的状态改变时，将活跃信号序列的另外的元素添加到信号路径中。
可能的活跃信号的另一示例是例如通过滚动计数器生成的计数信号。类似于触发比特，由滚动计数器输出的值本身可以表示活跃信号，而进一步的实施例可以使用滚动计数器的输出来控制更复杂的活跃信号的生成。在一些实施例中，可以进一步控制计数器的方向来向上或向下计数。
活跃信号的另一示例是伪随机序列，伪随机序列本身可以用作具有随后被添加到信号路径的多个元素(即，信号路径110内生成的后续数据帧)的活跃信号。此外，使用伪随机序列可以控制活跃信号的生成，使得活跃信号是从伪随机序列的值推迟得到的。
此外，预定义的信号序列可以用作活跃信号或者用于控制活跃信号的生成。例如，这样的预定义的序列可以被存储在信号处理电路100和/或电子控制单元200内的只读存储器中。在备选的实现中，预定义的序列可以由所使用的硬件并且基于特定硬件特性来定义。根据一些实施例，预定义的序列可以是由信号处理电路或相关联的电子控制电路200的用户例如通过对EEPROM编程而可编程的。
图4图示了关于如何通过根据活跃信号改变传感器410的操作条件来将活跃信号添加到信号路径110中的一个具体示例。尽管信号处理电路的实施例原则上可以由任意的信号处理部件组成，但是图4至图8描述了包括用作信号源的至少一个传感器的信号处理电路。在这样的信号处理电路中，添加活跃信号的一个可能方式是根据活跃信号来改变传感器410的操作条件。图4所示的示例性信号路径110包括传感器410，传感器410的输出被连接到多路复用器420的多个输入中的一个输入，多路复用器的输出被连接到模数转换器430，以将其传感器的输出值数字化，并且经数字化的量被转发到信号处理元件430以用于进一步处理(例如，用于将传感器输出的后续采样值进行平均(例如，用于噪声抑制))。为了简化说明，在图4中未图示信号路径110的其他可能部件，但是应当理解，信号路径110可以包括完整性确定电路用于评估所添加的活跃信号并确定信号路径的完整性的信息(例如，是否所有的信号处理部件均在没有错误的情况下操作)的多个另外的信号处理元件。
在图4的具体实现中，传感器410的操作条件被改变或修改，使得借助于偏置电路450将偏置或偏移值添加到传感器输出。这可以导致利用活跃信号被修改或调制的、由传感器420提供的模拟输出。例如，这可以通过修改传感器410的操作点或电源电压或通过向传感器输出直接添加模拟信号(例如，电流或电压)来实现。如果已知活跃信号序列，则在完整性确定电路内对多个后续的传感器读数进行平均可以同时实现重建由传感器确定的物理量以及确定所添加的活跃信号序列。如果接收到的所添加的活跃信号序列对应于通过偏移电路450被添加到信号路径的活跃信号序列，则可以假定信号路径的完整性。换言之，可以将附加的偏移添加到由数据路径末端处的分析块检测的数据路径中，同时评估更多的测量周期，并且计算后续的传感器读数的平均值来将由于活跃信号产生的单独的偏移值求平均。
基于类似的设置，图5图示了将活跃信号添加到信号路径110中的另一个可能。根据图5所示的示例，根据活跃信号来改变由传感器410感测的物理量。在图5所示的特定示例中，传感器410是磁场传感器，并且放大器510用于驱动片上导线512。片上导线512生成由放大器510控制的磁场，放大器510进而被活跃信号控制，从而生成具有叠加或添加的活跃信号或活跃信号序列的传感器读数。尽管图5作为关于如何实现向由传感器感测的物理量叠加活跃信号的示例的磁传感器，但是其他传感器类型可以使用不同的机制。例如，温度传感器可能受到由活跃信号控制的、靠近传感器的加热单元的影响。类似地，电压可能影响电容式传感器(例如，压力传感器等)。
图6至图8图示了另外的实施例，其中若干传感器读数在由信号路径100内的协议编码器610生成的公共消息帧内被提交给ECU 200。为此，多个传感器620a、620b、...可以被连接到多路复用器630，多路复用器630将其输出提供给模数转换器640(ADC)，这类似于图4和图5的架构。在ADC 640之后，信号处理元件650可以对经数字化的传感器读数执行进一步的信号处理，而协议编码器610将所有传感器的传感器读数包括到随后经由接口150提交给ECU 200的单个数据帧中。例如，使用SPC接口，多达四个传感器的传感器数据可以从信号处理或传感器电路100被传送到相关联的ECU 200。在图6所示的示例中，活跃信号在多路复用器630之前的第一位置660处使用数模转换器670被添加到信号路径100内的信号。数模转换器670根据活跃信号将模拟输出信号提供给多路复用器630，以在也可以用于传送传感器数据的数据字段内将活跃信号包括在协议编码器610生成的消息帧中。在图6的具体实现中，由计数器680生成的计数信号被用作活跃信号，而其他实施例可以使用相同的实现来将任意其他活跃信号同样添加到信号路径110中。
图7图示了使用信号处理电路100和ECU 200之间的双向通信接口150，在由信号处理电路100(特别是通过其协议编码器610)生成的消息帧内的预定位置处插入活跃信号的类似实现。类似于图6的实施例，活跃信号由计数器680的输出给出。与图6不同，双向接口150用于将来自ECU 200的触发信号发送到信号处理电路100，使得作为该特定实现中的计数器680的活跃信号发生器响应于从ECU 200接收到触发信号而添加活跃信号。类似于图6中所示的实现，活跃信号(即，表示计数器680的输出的数字值)被添加到由协议编码器610生成的消息帧的数据字段中。在依赖于相同架构的其他实现中，数据字段也可以用于传感器数据。换言之，根据协议规范，用于传输活跃信号的数据字段被保留用于传感器数据。
图8图示了基于类似架构的另一实施例。然而，ECU 200与信号处理电路100之间的双向接口150用于直接通信传送待插入或添加到信号路径110内的信号的活跃信号。为此，活跃信号发生器可以由接收机810构成，以接收活跃信号，并在接收到时将活跃信号820转发给数模转换器670。图8所示的实施例可以允许系统的用户直接确定用于生成关于信号路径110的完整性的信息的活跃信号。
图9图示了当使用脉宽调制(PWM)信号来传输传感器信号时，将活跃信号添加到传感器信号的另一示例。上面的图表910图示了用于传送传感器信号的PWM协议的信号周期912。PWM协议是可以由至少一个参数定义或表征的信令协议。表征PWM协议的第一参数可以是两个上升沿之间的周期时间(即，对于全信号周期912所使用的时间)。备选地或附加地，表征或定义信令协议的第二参数可以是与PWM信号的高电平状态或PWM信号的低电平状态对应的电压或电流之间的差ΔS(914)。常规的PWM实现可以通过在单个周期时间内改变PWM信号的占空比(即，PWM信号为高电平(tH，916)和低电平(tL，918)的时间之间的比率)来传输信息。
在特定的简单实现中，如图9的上面的图表910所示的PWM信号可以用于通过在每次发生事件时启动完整周期912来传输特定事件的重复发生，同时保持占空比恒定(例如，在上面的图表910中所示的50％)。使用这样的简单且成本效益高的实现的一个示例是车辆的轮速传感器(除了其他用途之外，还被用作防抱死制动系统的输入等)。对于车轮的全旋转的每个部分，可以通过轮速传感器来传输如上面的图表910所示的全PWM周期。图表920、图表930和图表940图示了即使对于这种相对简单的信令协议，在没有显著增加复杂性的情况下，可以如何添加活跃信号。
通过根据活跃信号改变PWM协议的参数来添加活跃信号。图9图示了PWM信号的3个特定示例。图表920图示了可以使用PWM信号的占空比的变化来添加活跃信号。假定全周期912的发生指示特定事件的发生(例如，以给定角度旋转)，如第二图示920中所指示的偏离预配置的占空比可以用于添加活跃信号或者用于传输由预定义的信号序列给出的活跃信号的单个比特。例如，活跃信号可以被定义为信号序列，使得以改变的占空比来传输每n个周期。其他活跃信号序列也可以针对改变的占空比而使用不等的间距。
在进一步的示例中，如图表920和930中所示，电压或电流差ΔS可以被改变，以添加活跃信号或构成活跃信号的信号序列。尽管在图表930中，使用Δs的减小来添加或传输活跃信号的比特，但是图表940图示了同样可以将Δs的增大用于相同的目的。
尽管针对PWM信号图示了先前的示例，但是进一步的示例同样可以改变其他信令协议的至少一个参数，从而以可能导致相关联部件的功能安全性的显著增加的类似方式来添加活跃信号。这在没有显著附加的工作并且没有显著增加的硬件成本的情况下实现，从而还使得能够为低复杂度和低成本的传感器(例如诸如轮速传感器)提供增强的功能安全等级。
总结图6至图8的实施例，活跃信号被处理为已知的定义的传感器信号，以被添加到从信号处理电路100通信传送到ECU 200的帧内的传感器值的序列中。这可以通过任何数模转换器(甚至可以是简单的分压器)来实现，除了实际的传感器信号(例如，进一步的温度、电压或其他传感器值)之外，数模转换器还在相同的数据帧中提供作为数字数据最终被传送的活跃信号。在接收到所传输的数据帧之后，可以选择在数据帧的数据字段内传输的经转换的数字值，以在ECU 200内的完整性确定电路处提取所添加的活跃信号(比特组合或序列)。
具体地，图7图示了接收机触发的计数器680，其计数值被用作活跃信号。计数值为数模转换器670选择某个模拟值，该模拟值在一个数据帧内被传送，并且可以被协议编码器解码或直接在ECU 200内的完整性确定电路内解码。图8图示了使用接收机传送的活跃信号的一个实施例，接收机传送的活跃信号的值被用作活跃信号。活跃信号为数模转换器670选择某个模拟值，模拟值再次在一个数据帧内被传送，并且可以由协议编码器610或由ECU200进行解码。相反，图6图示了使用计数器680的自生成或自触发活跃信号发生器。
图4图示了其中活跃信号经由偏移或偏置值影响传感器信号的一个实施例。在图5中，活跃信号通过物理扰动或通过改变由传感器感测的物理量来影响传感器信号。使用数字传感器协议(例如，协议SENT、SPC或PSI5中的一个)，活跃信号可以被传输或添加到单独的数据字段。活跃信号可以是滚动计数器半字节。此外，可以在协议的状态字段中传输活跃信号，备选地，活跃信号可以被编码为数据帧的循环冗余校验值。为此，活跃信号发生器可以被配置为生成种子值，种子值用于生成消息帧的循环冗余校验(CRC)值。然后基于由活跃信号给出的种子值来计算CRC值。在完整性确定电路中，使用相同的种子值(即，根据活跃信号)来计算CRC值。在有效的CRC值的情况下，完整性确定电路可以然后推断信号处理路径内的所有信号处理部件均在没有错误的情况下操作。
类似地，对于接收机触发或生成的信号或活跃信号，可以通过经由ECU 200和信号处理电路100之间的接口150提交的触发信号来触发活跃信号发生器及其操作。活跃信号可以例如是计数器信号、伪随机序列或预定义的序列。在一些实施例中，可以经由双向接口来直接传送活跃信号。在信号处理电路的末端处用于传送活跃信号或用于触发活跃信号的生成的协议的特定示例是SPC接口或PSI5接口。在SPC接口的情况下，触发脉冲可以例如触发活跃信号发生器。作为备选，例如，可以在所寻址的比特中并因此在SPC触发消息内传送活跃信号本身。根据SPC协议，可以使用触发脉冲的专用长度来触发活跃信号发生器或直接设置活跃信号发生器的计数器值。在PSI5接口的情况下，触发脉冲可以触发活跃信号发生器的动作，或者类似于SPC接口，触发脉冲可以直接设置活跃信号(在长度方面编码)。
在接收机或ECU 200内的信号路径末端处，活跃信号可以被解码为使得直到ECU200的整个信号路径110被覆盖(高诊断覆盖范围)。备选地，可以在信号处理电路100内的信号路径的末端处(例如，在协议编码器610内)，对活跃信号进行解码，以例如通过状态比特，将关于信号路径的完整性的信息单独传输到接收机或ECU 200。如前所述，活跃信号也可以被编码为CRC值(例如，借助取决于活跃信号的种子值)。在ECU的完整性确定电路内对活跃信号的处理和评估可以具有数据处理延迟，并且可能不一定需要与传感器值的评估同步执行。
尽管已经针对作为信号处理电路的示例的传感器系统主要描述了先前的实施例，但是可以在使用信号路径的任意应用中实现随后通过多个信号处理设备来处理数据或信号的进一步的实施例。
通过使用信号路径(数据路径)内执行信号的逻辑或算术改变的活跃信号(由ECU单独接收或在现有数据中被卷积)，可以建立功能安全性。当活跃信号被持续改变(或触发)时，可以使用该信号来确定子系统(例如，传感器系统或信号处理电路)的活跃状态。除了现有的解决方案之外，活跃信号可以被直接馈送到传感器子系统的信号路径或信号处理链的起始点，并且在整个数据路径或信号路径内被连续处理，以在信号路径的末端处被深度复用，其中关于活跃信号的信息在协议内被进一步传输。为此，外部接收机能够评估活跃信号或使用活跃信号生成的预期活跃信号的存在(或序列)，并且可以使用所传输或添加的活跃信号来判断传感器是否相应地正在处理数据或者信号路径内的一些信号处理部件是否错误地工作或者数据路径是否被卡住。为此，可以确定子系统是否仍然活跃。这对功能安全应用(例如，电子动力转向应用)至关重要。例如，在动力转向应用中提供关于驾驶盘的位置信息的角度传感器需要满足ASIL D所定义的最高安全要求。虽然这可能与汽车应用中的传感器系统高度相关，但其也与提供或要求传感器应使得ECU能够检测故障(例如，信号路径被卡住)的所有其他安全相关系统有关。与其中检测到信号变化以确定关于信号路径的完整性的信息的备选方法相比，上述示例提供了附加的益处，即，如果信号线上不存在改变信号的噪声，则也可以确定信号路径的完整性的信息。此外，本文描述的实施例不干扰数据信号本身，并且即使信号路径生成的信号恒定，关于信号路径完整性的信息也是有意义的。与测量相同物理量的两个冗余传感器之间的信号比较相比，如果两个回答的所测量的信号恒定或者比安全时间(需要确保信号路径正常工作的时间)变化更慢，则本文所述的实施例甚至允许提供关于信号路径的完整性的有意义的信息。与仅通过在协议编码器内部包括触发比特或改变信号而指向信号接口的方法相反，本文所描述的实施例附加地验证信号路径内其他部件(特别是沿信号路径的可能的每个信号处理元件)的正确性和正确更新。
与先前详述的示例和附图中的一个或多个一起提及并描述的方面和特征也可以与其他示例中的一个或多个组合，以替换另一示例的相似特征或者向另一示例附加地引入该特征。
当计算机程序在计算机或处理器上执行时，示例还可以是或者涉及具有用于执行上述方法中的一个或多个的程序代码的计算机程序。上述各种方法的步骤、操作或过程可以由经编程的计算机或处理器来执行。示例还可以涵盖诸如数字数据存储介质的程序存储设备，程序存储设备是机器、处理器或者计算机可读的并且对机器可执行的、处理器可执行的或者计算机可执行的指令程序进行编码。指令执行或导致执行上述方法的一些或全部动作。程序存储设备可以包括或者可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光可读数字数据存储介质。进一步的示例还可以涵盖被编程为执行上述方法动作的计算机、处理器或控制单元，或者被编程为执行上述方法动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)。
说明书和附图仅仅图示了本公开的原理。此外，本文所记载的所有示例主要旨在明确地用于教示目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为促进现有技术所贡献的构思。本文中记载本公开的原理、方面和示例的所有陈述以及其具体示例旨在包含其等同物。
被表示为“用于......的装置”的、执行特定功能的功能块可以指代被配置为执行特定功能的电路。因此，“用于...的装置”可以被实现为“被配置为或适合于...的装置”(例如，被配置为或适合于相应任务的设备或电路)。
在附图中示出的、包括被标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于生成传输信号的装置”等的任何功能块的各种元件的功能可以以专用硬件(例如，“信号提供器”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等)以及能够与适当的软件结合来执行软件的硬件的形式来实现。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器(其中的一些或全部可以被共享)来提供。然而，术语“处理器”或“控制器”到目前为止并仅不限于能够执行软件的硬件，而是可以包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储装置。也可以包括常规的和/或自定义的其他硬件。
框图例如可以图示实现本公开的原理的高级电路图。类似地，流程图表、流程图、状态转换图、伪代码等可以表示可以例如基本上在计算机可读介质中表示并由计算机或处理器(无论是否明确示出这样的计算机或处理器)执行的各种过程、操作或步骤。可以通过具有用于执行这些方法的相应动作中的每一个的装置的设备来实现说明书或权利要求书中所公开的方法。
应当理解，除非明确或暗示地另外说明(例如，出于技术原因)，否则说明书或权利要求书中所公开的多个动作、过程、操作、步骤或功能的公开内容可以不被解释为在特定的顺序内。因此，多个动作或功能的公开不会将这些限制为特定的顺序，除非这些动作或功能由于技术原因而不可互换。此外，在一些示例中，单个动作、功能、过程、操作或步骤可以分别包括或可以被分别分为多个子动作、子功能、子过程、子操作或子步骤。除非明确排除，否则这些子动作可以被包括在该单个动作的公开内容内，并且成为该单个动作的公开内容的一部分。
此外，下面的权利要求在此被并入详细描述中，其中每个权利要求可以独立作为单独的示例。尽管每个权利要求可以独立作为单独的示例，但是应注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中引用与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例还可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。除非声明不使用特定组合，否则本文明确提出这样的组合。此外，即使权利要求不直接引用独立权利要求，也旨在包括该权利要求对任何其他独立权利要求的特征。

Claims (20)

1.一种用于确定关于信号路径(110)内的至少一个信号处理部件的完整性的信息的方法，包括：
将活跃信号添加(310)到所述信号路径(110)内的第一位置(130)处的信号；
在所述信号路径(110)内的第二位置(220)处，检测(320)与所添加的活跃信号对应的信号；以及
基于所检测到的信号，确定(330)关于所述完整性的所述信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中添加所述活跃信号包括：
根据所述活跃信号，改变传感器(410)的操作条件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
使用所述信号路径内的第三位置(132a)处的信号处理部件来改变所述活跃信号，所述第三位置(132a)在所述第一位置(130)和所述第二位置(220)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一位置(130)位于被配置为感测物理量的传感器模块内；并且
其中所述第二位置位于被配置为接收所述传感器模块的传感器数据的电子控制单元(200)内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
接收触发脉冲；以及
响应于所述触发脉冲，添加所述活跃信号。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
将取决于所添加的活跃信号的反射的活跃信号从所述第二位置返回到所述第一位置。
7.一种具有用于处理传感器信号的信号路径(110)的信号处理电路(100)，包括：
活跃信号发生器(120)，被配置为在所述信号路径(110)内的第一位置(130)处将活跃信号添加到所述传感器信号。
8.根据权利要求7所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为根据所述活跃信号来改变传感器(410)的操作条件。
9.根据权利要求8所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为改变由所述传感器(410)感测的物理量。
10.根据权利要求8所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为向由所述传感器(410)生成的传感器信号添加偏移。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为根据所述活跃信号来改变用于传输所述传感器信号的信令协议的参数。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为在由所述信号处理电路(100)生成的消息帧内的预定位置处插入所述活跃信号。
13.根据权利要求12所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为将所述活跃信号插入所述消息帧的针对传感器数据保留的数据字段中。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为基于所述活跃信号生成种子值，所述种子值用于生成消息帧的循环冗余校验值。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)还包括：
被配置为接收触发信号的信号输入(122)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为响应于接收到所述触发信号而添加所述活跃信号。
16.根据权利要求15所述的信号处理电路(100)，其中所述活跃信号发生器(120)被配置为添加所接收到的触发信号作为所述活跃信号。
17.根据权利要求7至16中任一项所述的信号处理电路(100)，还包括：
信号源(112)，被配置为提供所述传感器信号；
至少一个信号处理部件(114)，被配置为处理所述传感器信号；以及
协议编码器(116)，被配置为基于所述传感器信号生成消息帧；其中所述信号源(112)、所述信号处理部件(114)、所述协议编码器(116)和所述活跃信号发生器(120)被单片集成。
18.一种用于从信号处理电路(100)接收信号的电子控制单元(200)，包括：
完整性确定电路(210)，被配置为接收添加的活跃信号，并且基于所述添加的活跃信号和预期的活跃信号的比较，来确定关于所述信号处理电路(100)内的至少一个信号处理部件的完整性的信息。
19.根据权利要求18所述的电子控制单元(200)，还包括：
输出接口(230)，被配置为输出用于所述信号处理电路(100)的控制信号，所述控制信号包括活跃信号或使得所述信号处理电路添加所述活跃信号的触发信号。
20.根据权利要求18所述的电子控制单元(200)，还包括：输出接口，被配置为输出用于所述信号处理电路(100)的控制信号，所述控制信号包括取决于所述添加的活跃信号的反射的活跃信号。
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