DE10007422A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen einer Sensoreneinrichtung, insbesondere einer in einem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem enthaltenen Beschleunigungssensoreinrichtung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen einer Sensoreneinrichtung, insbesondere einer in einem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem enthaltenen BeschleunigungssensoreinrichtungInfo
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Abstract
Zur Prüfung einer Beschleunigungssensoreinrichtung wird der zeitliche Verlauf eines Prüfausgangssignals (A¶1¶, A¶2¶), mit der die Beschleunigungssensor-Einrichtung (2) auf ein an ihren Sensor (6) gelegtes Prüfsignal (P) antwortet, mit einem Soll-Prüfausgangssignal (S) verglichen, mit dem die intakte Beschleunigungssensor-Einrichtung auf das Prüfsignal antwortet. Aus einem Vergleich der dynamischen Abweichungen zwischen Soll-Prüfausgangssignal und Prüfausgangssignal und einem Vergleich von deren statischen Maximalwerten können Fehler in der Beschleunigungssensor-Einrichtung sicher erkannt werden.
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. Der Ausgang der Sensorein
richtung antwortet somit auf die angelegte Spannung mit einem
Ausgangssignal, das der Sensierung einer Beschleunigung
entspricht. Dieses Ausgangssignal wird statisch, d. h. hin
sichtlich seines Maximalwerts, ausgewertet, um die Funktion
des Sensors und der zugehörigen Signalverarbeitung zu über
prüfen.
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 9 und 10 in vorteilhafter Weise weitergebil
det.
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 gem. 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
Beaufschalgung 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 dem 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 (10)
1. Verfahren zum Überprüfen einer Sensoreinrichtung (2),
insbesondere einer in einem Fahrzeuginsassen-Schutzsystem
enthaltenen Beschleunigungssensoreinrichtung, bei welchem
Verfahren
die Sensoreinrichtung (2) mit einem Prüfsignal beaufschlagt wird und das durch das Prüfsignal ausgelöste Prüfausgangssig nal der Sensoreinrichtung mit einem Soll-Prüfausgangssignal verglichen wird,
wobei die Dynamik des Prüfausgangssignals (A1, A2) mit der des Soll-Prüfausgangssignals (S) verglichen wird und eine ü ber einem Schwellwert liegende Abweichung der Dynamiken als Fehler in der Sensoreinrichtung (2) gewertet wird.
die Sensoreinrichtung (2) mit einem Prüfsignal beaufschlagt wird und das durch das Prüfsignal ausgelöste Prüfausgangssig nal der Sensoreinrichtung mit einem Soll-Prüfausgangssignal verglichen wird,
wobei die Dynamik des Prüfausgangssignals (A1, A2) mit der des Soll-Prüfausgangssignals (S) verglichen wird und eine ü ber einem Schwellwert liegende Abweichung der Dynamiken als Fehler in der Sensoreinrichtung (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) enthaltenem Sensor (6) nachgeschal
tet ist.
4. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, wo
bei das Prüfsignal (P) ein Rechtecksignal ist, dessen An
stiegs- bzw. Abstiegsflanke die Auswertung des Prüfausgangs
signals (A1, A2) triggert, auf welches Rechtecksignal eine
intakte Sensoreinrichtung (2) mit einem, verzögert zu einem
Maximalwert ansteigenden bzw. Minimalwert abfallenden Soll-
Prüfausgangssignal (S) antwortet,
wobei das Prüfausgangssignal der geprüften Sensoreinrichtung
(2) in einem vorbestimmten Zeitfenster (t1, t2) des Anstiegs
bzw. des Abfalls des Soll-Prüfausgangssignals mit dem Soll-
Prüfausgangssignal verglichen wird und eine über einem
Schwellwert liegende Abweichung als Fehler in der Sensorein
richtung gewertet wird.
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 Sensor
einrichtung mit einem Prüfsignal (P),
eine an einen Ausgang der Sensoreinrichtung angeschlossene Signalauswerteinrichtung (12, 14) mit einer Speichereinrich tung (12), in der einem Soll-Prüfausgangssignal (S), mit der eine intakte Sensoreinrichtung auf ein Prüfsignal antwortet, entsprechende Sollwerte gespeichert sind, und
einer Vergleichseinrichtung (14), die aus einem Prüfausgangs signal, mit der die zu prüfende Sensoreinrichtung auf das Prüfsignal antwortet, hergeleitete Prüfwerte mit den Sollwer ten vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Abwei chung von einer zeitlichen Änderung des Prüfausgangssignals entsprechenden Prüfwerten von einer zeitlichen Änderungen des Soll-Prüfausgangssignals entsprechenden Sollwerten einen zu lässigen Wert übersteigt.
eine an einen Ausgang der Sensoreinrichtung angeschlossene Signalauswerteinrichtung (12, 14) mit einer Speichereinrich tung (12), in der einem Soll-Prüfausgangssignal (S), mit der eine intakte Sensoreinrichtung auf ein Prüfsignal antwortet, entsprechende Sollwerte gespeichert sind, und
einer Vergleichseinrichtung (14), die aus einem Prüfausgangs signal, mit der die zu prüfende Sensoreinrichtung auf das Prüfsignal antwortet, hergeleitete Prüfwerte mit den Sollwer ten vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Abwei chung von einer zeitlichen Änderung des Prüfausgangssignals entsprechenden Prüfwerten von einer zeitlichen Änderungen des Soll-Prüfausgangssignals entsprechenden Sollwerten einen zu lässigen Wert übersteigt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei
das Prüfsignal ein Rechtecksignal ist, auf das eine intakte Sensoreinrichtung (2) mit einem Soll-Prüfausgangssignal (S) antwortet, das über einen ansteigenden Bereich in einen Maxi malwert und über einen abfallenden Bereich in einen Minimal wert übergeht,
und die Signalauswerteinrichtung (12, 14) in einem vorbe stimmten Zeitfenster (t1, t2) des Anstiegs und/oder Abfalls des Soll-Prüfausgangssignals das Prüfausgangssignal mit dem Soll-Prüfausgangssignal vergleicht.
das Prüfsignal ein Rechtecksignal ist, auf das eine intakte Sensoreinrichtung (2) mit einem Soll-Prüfausgangssignal (S) antwortet, das über einen ansteigenden Bereich in einen Maxi malwert und über einen abfallenden Bereich in einen Minimal wert übergeht,
und die Signalauswerteinrichtung (12, 14) in einem vorbe stimmten Zeitfenster (t1, t2) des Anstiegs und/oder Abfalls des Soll-Prüfausgangssignals das Prüfausgangssignal mit dem Soll-Prüfausgangssignal vergleicht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Zeitfenster (t1,
t2) derart liegt, dass das Soll-Prüfausgangssignal innerhalb
des Zeitfensters einen Wert über 30% und unter 70% seines
Maximalwertes hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Signalaus
werteinrichtung (12, 14) den Maximalwert des Soll-
Prüfausgangssignals (S) mit dem Maximalwert des Prüfausgangs
signals (A1, A2) vergleicht.
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