DE10037495A1

DE10037495A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Sensors oder eines Leitungsbruchs

Info

Publication number: DE10037495A1
Application number: DE2000137495
Authority: DE
Inventors: Thomas Simmerl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: DE10037495B4

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Sensors oder eines Leitungsbruchs weist eine Spannungsquelle (1), ein Zeitglied (2), ein Schaltelement (3), eine Schaltungsanordnung (5) mit einem Sensor (4) und eine Auswerteeinheit (8) auf. Die Funktionsüberprüfung wird während der Einschwingphase (ESP) des Sensors (5) nach dem Anlegen einer Versorgungsspannung durchgeführt. Beim Anlegen der Versorgungsspannung an die Schaltungsanordnung (5) tritt am Ausgang A der Schaltungsanordnung (5) ein Ändern eines Spannungspegelzustandes ein. Ein Ausgangssignal (AS) wird mittels der Auswerteeinheit (8) auf eine Fehlfunktion des Sensors (4) oder von Zuleitungen hin ausgewertet. Über das Zeitglied (2) wird die Funktionsüberprüfung in festen oder variablen Zeitabständen eingeleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Sensors oder eines Lei tungsbruchs, beispielsweise eines Hallsensors.

Eine bekannte Vorrichtung (DE 195 42 086 A1), weist einen Sensor und eine Auswerteschaltung auf. Der Sensor ist derart gestaltet, dass er einen Versorgungsspannungsanschluss, einen Anschluss zu einem Transistor, einen Masseanschluss und einen Anschluss zum Abgriff eines Ausgangssignals aufweist. An die ersten drei Anschlüsse wird eine in geeigneter Weise modu lierte Versorgungsspannung angelegt. Die Spannungszufuhr zu den drei Anschlüssen kann über drei Schalter in wählbarer Weise unterbrochen werden. Je nach Schaltzustand des digita len Ausgangssignals, kann die Vorrichtung auf Leitungsbruch oder Kurzschluss hin überprüft werden. Um eine Fehlfunktion zu erkennen, wird dabei überprüft, ob sich bei einer Modula tion der drei Versorgungsspannungen die Signalspannung in der zu erwartenden Weise verhält oder nicht.

Mit der bekannten Vorrichtung ist die Fehlererkennung aufwen dig und nur in eingeschränkter Weise zu verwenden. Die Durch führung der Fehlerdiagnose geschieht erst zum Zeitpunkt, in dem ein eingeschwungener Zustand des Sensors nach Anlegen ei ner Versorgungsspannung erreicht ist. Es werden drei unabhän gig voneinander schaltbare Anschlüsse benötigt, die bei binä ren Signalen acht verschiedene Schaltzustände liefern, und die alle durchlaufen werden müssen, um eine Fehlerdiagnose durchführen zu können. Die Funktionsüberprüfung kann nur dann vollzogen werden, wenn bekannt ist, ob dem Sensor zum Zeit punkt der Diagnose ein magnetischer Südpol oder ein magneti scher Nordpol eines Magneten nahe ist. Diese notwendige Mag netfeldzuordnung erfolgt durch Auswerten einer codierten Scheibe. Ohne zusätzlichen Hardwareaufwand kann ein einzelner Sensor nicht auf eine Fehlfunktion hin überprüft werden. Es kann lediglich festgestellt werden, ob Zuleitungen oder der Ausgangstransistor einen Kurzschluss oder die Zuleitungen ei nen Leitungsbruch aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion bei einem Sensor oder eines Leitungsbruchs zu schaffen, bei dem eine Funktionsüberprüfung jederzeit eingeleitet und mit einem ge ringeren Aufwand durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, das die Schritte nach Patentanspruch 1 aufweist und eine Vorrich tung, die die Merkmale nach Patentanspruch 4 aufweist, ge löst.

Dabei wird mittels einer Spannungsquelle eine Versorgungs spannung an eine Schaltungsanordnung, die einen Sensor ent hält, angelegt. Am Ausgang der Schaltungsanordnung findet daraufhin ein Ändern eines Spannungspegels statt und ein Aus gangssignal wird an eine Auswerteeinheit weitergeleitet. Die Auswerteeinheit wertet das Ausgangssignal aus. Somit kann ei ne Fehlfunktion des Sensors oder ein Defekt einer Zuleitung festgestellt werden.

Erfindungsgemäß wird die Funktionsüberprüfung während der Zeitdauer der Einschwingphase des Sensors nach dem Einschal ten der Versorgungsspannung durchgeführt. Eine Spannungspe geländerung am Ausgang der Schaltungsanordnung kann unabhän gig davon erfolgen, ob eine sensitive Fläche eines Sensors einem Magnetfeld nahe liegt oder nicht. Ein Ausgangssignal wird abgegriffen und durch eine Auswerteeinheit auf eine mög liche Fehlfunktion des Sensors oder einen Defekt von Zulei tungen hin ausgewertet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

Mittels eines Zeitglieds kann die Funktionsüberprüfung belie big oft und zu beliebigen Zeiten eingeleitet werden und die Versorgungsspannung mittels eines Schaltelements unterbrochen werden. Es kann die Funktionsüberprüfung von einem oder von mehreren Sensoren durchgeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an hand schematischer Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Hallelement,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Zeitdauer der Ein schwingphase ESP und der Impulsbreite einer Span nungspegeländerung, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung binärer Ausgangssignale für den Fall, dass ein Magnetfeld an der sensitiven Fläche des Sensors anliegt und einmal der Südpol SP und einmal der Nordpol NP eines Magneten dem Hallele ment näher liegt.

Eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Sen sors oder eines Leitungsbruchs wird beispielsweise an einem Hallsensor näher beschrieben. Die Vorrichtung weist eine Spannungsquelle 1 (Fig. 1) auf, die ein Versorgungsspan nungssignal abgibt. Die Spannungsquelle 1 ist über ein Zeit glied 2 und ein Schaltelement 3 mit einem Eingang eines Sen sors, für den im Beispiel ein Hallsensor 4 verwendet wird, e lektrisch verbunden. Eine Schaltungsanordnung, die im Ausfüh rungsbeispiel als Hallelement 5 bezeichnet wird, weist den Hallsensor 4 auf.

Über einen weiteren Eingang und einen weiteren Ausgang am Hallsensor 4 wird ein Hallspannungssignal abgegriffen und ü ber einen Verstärker, für den im Ausführungsbeispiel ein Ope rationsverstärker 6 verwendet wird, verstärkt. Der Operati onsverstärker 6 ist mit einem Schalter, für den im Ausfüh rungsbeispiel ein Transistor 7 verwendet wird, elektrisch verbunden. Der Operationsverstärker 6 gibt sein Ausgangsspan nungssignal an den Transistor 7 weiter. Abhängig vom Schalt zustand des Hallsensors 4 schaltet der Transistor 7 und ein entsprechendes Ausgangssignal AS wird an einem Ausgang A des Hallelements 5, abgegriffen.

Eine Auswerteeinheit 8 ist mit dem Ausgang A elektrisch ver bunden und wertet das Ausgangssignal AS aus. Abhängig von den Spannungspegeln des Ausgangssignals AS kann eine Fehlfunktion des Hallsensors 4 oder ein Defekt von Zuleitungen festge stellt werden.

Ein Verfahren, das mit einer Vorrichtung gemäß der Fig. 1 durchgeführt wird, funktioniert folgendermaßen:
Über die Spannungsquelle 1 wird eine Versorgungsspannung an das Hallelement 5 angelegt. Ist das Schaltelement 3 geschlos sen, wird die Versorgungsspannung bis zu einem Sollwert hoch gefahren. Die Zeitdauer, bis der Sollwert der Versorgungs spannung erreicht ist, wird als Einschwingphase ESP bezeich net und beträgt bei dem verwendeten Hallsensor 4 etwa 70 µs. In dieser Einschwingphase hat der Hallsensor 4 noch keinen stabilen Funktionsbetrieb.

Diese Zeitdauer der Einschwingphase ESP wird ausgenützt, um eine Funktionsüberprüfung des Hallsensors 4 oder von Zulei tungen durchzuführen. Beim Anlegen der Versorgungsspannung wird aufgrund parasitärer Effekte am Hallsensor 4 eine Span nungspegeländerung erzeugt. Die Impulsbreite eines Signals, innerhalb der Spannungspegeländerungen stattfinden, weist eine wesentlich kürzere Zeitdauer als die Einschwingphase ESP des Hallsensors 4 auf und ist in Fig. 2 dargestellt.

Unabhängig davon ob im Bereich des Hallelements 5 ein Magnet feld anliegt oder nicht, wird am Ausgang A des Hallelements 5 ein Ausgangssignal erzeugt, das sich durch die Spannungspe geländerung am Eingang des Hallsensors 4 infolge des Anlegens des Versorgungsspannungssignals ergibt.

In Fig. 3 sind zwei mögliche Ausgestaltungen des Ausgangs signals AS am Ausgang A dargestellt. An der sensitiven Fläche des Hallsensors 4 liegt in diesen Fällen ein Magnetfeld an. Liegt dem Hallsensor 4 beispielsweise ein magnetischer Südpol SP eines Magneten näher als ein magnetischer Nordpol NP, so überschreitet das Hallspannungssignal am Hallsensor 4 einen Schwellwert und es findet eine Schaltzustandsänderung von ei nem digitalen Zustand 1 in einen digitalen Zustand 0, oder umgekehrt, am Ausgang A des Hallelements 5 statt. Der Ausgang A des Hallelements 5 wird über den Transistor 7 durchgeschal tet. Das Hallelement 5 wechselt vom Schaltzustand 1 in den Schaltzustand 0.

Das heißt, wird eine Versorgungsspannung an den Eingang des Hallsensors 4 angelegt und der magnetische Südpol SP des Mag neten liegt näher im Bereich des Hallsensors 4 als der magne tische Nordpol NP, so wird am Ausgang A des Hallelements 5 ein Ausgangssignal AS gemäß Fig. 3b) erwartet.

Wird ein magnetischer Nordpol NP näher als ein magnetischer Südpol SP an den Hallsensor 4 gebracht, wird am Ausgang A des Hallelements 5 ein Ausgangssignal AS gemäß Fig. 3a) erwar tet. Da in diesem Fall das Hallspannungssignal am Hallsensor 4 den Schwellwert nicht überschreitet wird das Hallelement 5 nicht durchgeschaltet.

Wird am Hallsensor 4 kein Magnetfeld angelegt, wird das Hall element 5 nicht durchgeschaltet. Am Ausgang A des Hallelements 5 wird ein Ausgangssignal AS erwartet, das dem Aus gangssignal AS bei Anlegen eines magnetischen Nordpols eines Magneten entspricht.

Das Ausgangssignal AS wird über einem Messeingang der Auswer teeinheit 8 gemessen und der Spannungsverlauf ausgewertet. Abhängig von den Spannungspegeln kann eine Fehlfunktion des Hallsensors 4 oder ein Leitungsbruch festgestellt werden. Werden die Ausgangssignale AS mit den wie oben beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten Signalmustern von der Auswerte einheit 8 gemessen, kann auf einen funktionsfähigen Hallsen sor 4 und auf intakte Zuleitungen geschlossen werden.

Die stetige Funktionsüberprüfung des Hallsensors 4 und der Zuleitungen kann auch derart erfolgen, dass die Versorgungs spannung mittels des Schaltelements 3 und des Zeitglieds 2 getaktet wird. Wird die Versorgungsspannung nicht getaktet, kann eine Funktionsüberprüfung durch das Zeitglied 2 in vari ablen Zeitabständen eingeleitet werden. Ein Einleiten einer Einschwingphase ist somit durch die genannten Möglichkeiten zu beliebigen Zeiten und beliebig oft durchführbar.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Hallelement 5 einen Signalgeber aufweist, der nach Anlegen der Versorgungsspan nung ein definiertes Signal abgibt. Wird infolge des defi nierten Eingangsignals ein daraus resultierendes, vorbestimm tes Ausgangssignal über den Messeingang der Auswerteeinheit 8 gemessen, kann auf einen korrekt funktionierenden Hallsensor 4 und auf intakte Zuleitungen geschlossen werden.

Die Vorrichtung kann zusätzlich eine Schaltungsanordnung, beispielsweise ein RC-Glied aufweisen, mit der die charakte ristische Spannungspegeländerung aus dem Ausgangssignal AS nach der Funktionsüberprüfung wieder gefiltert werden kann. Liegt dem Hallelement 5 kein magnetischer Pol oder ein magne tischer Nordpol NP eines Magneten nahe, so wird der Hallsen sor 4 nach Anlegen der Versorgungsspannung nicht durchgeschalten. Der Hallsensor 4 bleibt in einem "stand-by"-Modus. Liegt dem Hallelement 5 ein magnetischer Südpol SP eines Mag neten nahe, so wird der Hallsensor 4 durchgeschalten und es findet ein Schaltzustandswechsel statt. Der Hallsensor 4 wechselt dabei vom "stand-by"-Modus in einen "Arbeits"-Modus. In diesem "Arbeits"-Modus ist der Energieverbrauch höher als im "stand-by"-Modus. Würde kein Filtern der Spannungspegelän derung durchgeführt, würde der Hallsensor 4 im "Arbeits"- Modus bleiben, wenn ihm beim Anlegen einer Versorgungsspan nung ein magnetischer Südpol eines Magneten nahe liegt.

Hallsensoren werden zum Beispiel bei elektrischen Zündschlös sern verwendet, um die Drehstellung des Zündschlüssels zu er fassen. Die Magnete sind dabei beispielsweise kreisförmig um ein Zündschloss angeordnet. Wird der Zündschlüssel gedreht, so steht der Hallsensor in dem Zündschlüssel alternierend einmal einem magnetischen Südpol und einmal einem magneti schen Nordpol von Magneten gegenüber und die Drehstellung kann erfasst werden.

Durch die Funktionsüberprüfung in der Einschwingphase kann ohne zusätzlichen Hardwareaufwand ein defekter Sensor oder eine defekte Zuleitung mit geringem Aufwand diagnostiziert werden.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Sensors o der eines Leitungsbruchs, insbesondere eines Hallsensors, das folgende Schritte aufweist:

- Anlegen einer Versorgungsspannung an einen Eingang ei ner Schaltungsanordnung (5),
- Abgreifen eines Ausgangssignals (AS) am Ausgang A der Schaltungsanordnung (5),
- Auswerten des Ausgangssignals (AS) durch eine Auswer teeinheit (8),

dadurch gekennzeichnet, dass während einer Einschwingphase (ESP) eines Sensors (4), den die Schaltungsanordnung (5) aufweist, die Funktionsüberprüfung des Sensors (4) oder von Zuleitungen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsüberprüfung eines Sensors (4) oder von Lei tungen in festen oder variablen Zeitabständen durch ein Zeitglied (2) eingeleitet und die Versorgungsspannung durch ein Schaltelement (3) unterbrochen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Signalgebers ein Signal nach Anlegen einer Versorgungsspannung an die Schaltanordnung (5) ange legt wird, ein Ausgangssignal (AS) am Ausgang A der Schaltanordnung (5) abgegriffen wird und das Ausgangssig nal auf das erwartete Signal des Signalgebers hin ausge wertet wird.

4. Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Sensors oder eines Leitungsbruchs, insbesondere für einen Hallsen sor, mit der ein Verfahren nach Anspruch 1 durchgeführt wird,
mit einer Spannungsquelle (1), die ein Versorgungsspan nungssignal abgibt,
mit einer Schaltungsanordnung (5), die einen Sensor (4) aufweist und an dem ein Spannungssig nal abgegriffen wird, und
mit einer Auswerteeinheit (8), die mit der Schaltungs anordnung (5) elektrisch verbunden ist und ein Aus gangssignal (AS) auf eine Fehlfunktion des Sensors (4) oder von Zuleitungen hin auswertet,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (3) vor handen ist, das mit einem Zeitglied (2) und der Schal tungsanordnung (5) elektrisch verbunden ist und mit dem das Versorgungsspannungssignal unterbrechbar ist und das Unterbrechen durch das Schaltelement (3) mittels des Zeitglieds (2) zu beliebigen Zeitpunkten einleitbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine zusätzliche Schaltungsanordnung zum Filtern des Ausgangssignals (AS) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, dass die Vorrichtung einen Signalgeber aufweist, mit dem ein Signal an die Schaltanordnung (5) anlegbar ist und diese Signal von der Auswerteeinheit (8) auswertbar ist.