DE10062333A1

DE10062333A1 - Verfahren zur Diagnose der Ausgangsbeschaltung eines vorzugsweise binärschaltenden Sensors

Info

Publication number: DE10062333A1
Application number: DE2000162333
Authority: DE
Inventors: Sven Donner; Ralf Maennel
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Ausgangsbeschaltung eines vorzugsweise binär schaltenden Sensors, vorzugsweise für die Beschaltung sicherheitsrelevanter Sensoren in Fahrzeugen, wobei die Ausgangsbeschaltung aus mindestens einem Tiefpassglied und einem gegen die Betriebsspannung angeschlossenen Pull up-Widerstand (R1) besteht, dem nachfolgend eine Signalverarbeitungseinheit (2) - vorzugsweise ein Mikrocontroller - mit als Aus- bzw. Eingang konfigurierbarem Port (3) angeschlossen ist. Die Diagnose der Sensorausgangsbeschaltung erfolgt hierbei ohne zusätzlichen Aufwand an Verdrahtung bzw. Bauteilen durch die nachfolgend genannten Verfahrensschritte: DOLLAR A - Anschlussport der Signalverarbeitungseinheit als Eingang schalten DOLLAR A - Aufnahme des Pegels am Schaltungsausgang (K2) DOLLAR A - Umschalten des Ports (3) als Ausgang DOLLAR A - Einspeisen eines Testsignals am Schaltungsausgang (K2) DOLLAR A - Umschalten des Ports (3) als Eingang DOLLAR A und die nachfolgende Analyse des Zeitverlaufes des Signals am Ausgang (K2) der Schaltung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Ausgangsbeschaltung eines vorzugsweise binär schaltenden Sensors, insbesondere für die Beschaltung sicherheitsrelevanter Sensoren in Fahrzeugen.

Vorbekannt ist aus der DE 36 27 241 eine Schaltung zur Überprüfung von Beschleunigungssensoren für Sicherheitseinrichtungen von Fahrzeugen. Zur Überprüfung der Sensoren wird in einer Impulsformerschaltung ein Testsignal erzeugt, das am Ausgang des Beschleunigungssensors über eine Kapazität eingekoppelt wird, wobei mit einer komplexen, aus Komparatorschaltungen und einer Auswerteeinheit bestehenden Überwachungseinrichtung der Zeitverlauf des ausgangsseitig der Verstärkerschaltung anliegenden Ausgangssignals hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufes bewertet wird. Die Schaltung dient zur dynamischen Analyse von Sensoren mit kapazitivem Systemverhalten. Eine Funktionsprüfung der dem Sensor angeschlossenen Ausgangsbeschaltung und ein Lokalisieren der Fehler innerhalb der Beschaltung sowie eine Erkennung der Fehlerart ist nicht beschrieben. Die Auswertung erfolgt mittels einer aufwendigen Testbeschaltung des Sensors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Test einer Sensorausgangsbeschaltung zu schaffen, das ohne zusätzlichen Aufwand an Verdrahtung bzw. Bauteilen eine Diagnose der Ausgangsbeschaltung eines vorzugsweise binär schaltenden Sensors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei Ausgangsbeschaltungen von Sensoren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wird für eine wählbare Zeit der Eingang der Verarbeitungseinheit als Ausgang konfiguriert und ein definiertes Testsignal ausgangsseitig an die Schaltung angelegt. Danach wird der Port der Verarbeitungseinheit wieder als Eingang betrieben und der Zeitverlauf des anliegenden Signals wird verfolgt. Es kann somit eine Überprüfung der Ausgangsbeschaltung ohne zusätzliche Verdrahtung oder zusätzliche Bauteile erfolgen.

Durch Einspeisen eines zum jeweiligen Pegel des Ausgangssignals des Sensors entgegengesetzten Signals und nachfolgender Analyse des Zeitverlaufes des Ausgangssignals der Schaltung können Fehlerart und -ort eingegrenzt werden.

Erfindungsgemäß vorteilhaft kann das Verfahren zur Diagnose der Ausgangsbeschaltung eines vorzugsweise binär schaltenden Sensors für direkt gegen Masse und Betriebsspannung schaltende Sensoren Verwendung finden. Eine Anwendung des Verfahrens gestattet hierbei die Diagnose des nachfolgenden Tiefpass-Gliedes.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des Gesamtsystems Sensor, Ausgangsbeschaltung und Signalverarbeitungseinheit,

Fig. 2 eine Tabelle möglicher Fehlerzustände,

Fig. 3 den Signalverlauf am Schaltungsausgang bei fehlerfreier Funktion der Schaltung,

Fig. 4 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein vorzugsweise binär schaltender Sensor 1 mit seinem Ausgang am Knotenpunkt K1 über einen pull up-Widerstand R1 an die Betriebsspannung Vcc angeschlossen. Dem Knotenpunkt K1 ist ein aus einem weiteren Widerstand R2 und einem Kondensator C1 bestehendes Tiefpassglied angeschlossen, wobei zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator C1 über einen weiteren Knotenpunkt K2 ein Port 3 eines Mikrocontrollers 2 angeschlossen ist. Der Mikrocontroller 2 wertet im Normalbetrieb den am Port 3 anliegenden Signalpegel zur Erkennung des Schaltzustandes des Sensors 1 aus. Der Port 3 des Mikrocontrollers 2 ist softwareseitig zwischen einem Betrieb als Aus- bzw. Eingang umschaltbar. Am Knotenpunkt K2 liegt der auszuwertende Signalpegel der Schaltung an. Dieser entspricht dem Schaltungsausgang.

Fig. 2 zeigt tabellarisch zu den möglichen Zuständen der Schaltung die zugehörigen Signalpegel am Schaltungsausgang K2 (siehe Fig. 1) für die Schaltzustände (High oder Low) des Sensors, wobei ein jeweils dazu invertierter Signalpegel als Testsignal am Schaltungsausgang angelegt wird (Zeitpunkt t0) und mit Umschalten des Portes als Eingang die in der Tabelle verzeichneten Signalpegel zu den jeweils zugehörigen Zeitpunkten messbar sind. Der Zeitpunkt direkt nach Umschalten des Controllerportes als Eingang ist mit t1 bezeichnet. Weitere Messpunkte werden zu den Zeitpunkten t2 = t1 + R2 × C1 und t3 = t1 + 6 × R2 × C1 aufgenommen.

Die exemplarisch ausgewählten Zeitpunkte der Pegelmessung stellen lediglich eine mögliche Ausführungsvariante der Erfindung dar, wobei für eine detailliertere Analyse der Schaltung weitere Messpunkte hinzugefügt oder für einen vereinfachten Test der Schaltung reduziert werden. Weiterhin ist eine von der gewählten Bemessung abweichende, geeignete Wahl von t1, t2 und t3 entsprechend der Prüfanforderungen möglich.

Für eine Bewertung der Funktionsfähigkeit der Schaltung ist für eine oben beschriebene Bemessung der Messzeitpunkte (t1, t2 u. t3) bei Sensorausgangspegel High, Anlegen des Testpegels Low und nachfolgender Auswertung des Pegels am Schaltungsausgang zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 ausreichend. Sind die Signalpegel entsprechend der Tabelle für den Zustand fehlerfrei messbar, wird die Schaltung als funktionsfähig diagnostiziert.

Die nachfolgenden Zeilen sind entsprechend der Wahrscheinlichkeit auftretender Fehler in zwei Abschnitte unterteilt. Der Bruch von Widerständen sowie Kurzschluss von Kondensatoren (Fehler 1-Fehler 3) ist wahrscheinlicher als die unter Fehler 3 bis Fehler 6 aufgeführten Zustände. Alle beschriebenen Fehlerzustände unterscheiden sich vom Zustand "Fehlerfrei", so dass aufgrund der Analyse eine Aussage über die Funktionsfähigkeit der Schaltung getroffen werden kann.

Fig. 3 zeigt eine qualitative Darstellung des Signalverlaufs am Schaltungsausgang für deren fehlerfreien Betriebszustand. Zum Zeitpunkt t0 wird nach Umschalten des Controllerportes als Ausgang ein zum Ausgangspegel invertiertes Testsignal angelegt, wobei dieses bis zum Zeitpunkt t1 anliegt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Controllerport softwareseitig als Eingang umgeschalten, und es erfolgt eine Pegelmessung. Der im weiteren dargestellte Zeitverlauf des Signals bezieht sich auf ein Widerstandsverhältnis R1 = 2 × R2. Exemplarisch sind zu den Zeitpunkten t2 und t3 weitere charakteristische Messpunkte eingetragen, deren Signalpegel entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Analyse der Schaltung genutzt werden.

Fig. 4 zeigt einen möglichen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Startpunkt ist die Messung des Pegels am Schaltungsausgang. Nachfolgend wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Controllerport softwareseitig als Ausgang geschalten und ein dazu invertierter Pegel am Ausgang angelegt. Es erfolgt ein Umschalten der Ports als Eingang (t1), wobei nachfolgend der Pegel am Schaltungsausgang gelesen wird. Zu den Zeitpunkten t2 und t3 erfolgen weitere Messungen. Ein im Controller ablaufendes Programm vergleicht die Messwerte mit gespeicherten Erwartungswerten, wobei fehlerfreie/fehlerhafte Funktion der Schaltung diagnostiziert wird.

Fig. 5 zeigt einen binär gegen Betriebsspannung Vcc und Masse schaltenden Sensor 4, dessen Ausgang ein aus einem Widerstand R2 und einem Kondensator C1 bestehendes Tiefpassglied angeschlossen ist. (push-pull Endstufe) Zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator C1 ist über einen Knotenpunkt K2 ein Port 3 eines Mikrocontrollers 2 angeschlossen. Der Mikrocontroller 2 wertet im Normalbetrieb den am Port 3 anliegenden Signalpegel zur Erkennung des Schaltzustandes des Sensors 4 aus. Der Port 3 des Mikrocontrollers 2 ist softwareseitig zwischen einem Betrieb als Aus- bzw. Eingang umschaltbar. Am Knotenpunkt K2 liegt der auszuwertende Signalpegel der Schaltung an. Dieser entspricht dem Schaltungsausgang. (Zu Fig. 1 gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen)

Die vorstehend beschriebene Erfindung sollte nicht auf die ausgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern kann in viele andere Richtungen modifiziert werden, ohne dass vom Geist der Erfindung abgewichen wird.

Bezugszeichenliste

1

Sensor

2

Mikrocontroller

3

Port (Ein-/Ausgang)

4

Sensor
K1 Knotenpunkt
K2 Knotenpunkt
R1 Widerstand
R2 Widerstand
C1 Kondensator
Vcc Betriebsspannung

Claims

1. Verfahren zur Diagnose der Ausgangsbeschaltung eines vorzugsweise binär schaltenden Sensors, wobei die Ausgangsbeschaltung aus mindestens einem Tiefpassglied und einem gegen die Betriebsspannung angeschlossenen Pull up-Widerstand (R1) besteht, dem nachfolgend eine Signalverarbeitungseinheit (2)

- vorzugsweise ein Mikrocontroller - mit als Aus- bzw. Eingang konfigurierbarem Port (3) angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet,
dass Fehlerzustände der Ausgangsbeschaltung durch folgende Verfahrensschritte diagnostiziert werden:

- Anschlussport der Signalverarbeitungseinheit als Eingang schalten
- Aufnahme des Pegels am Schaltungsausgang (K2)
- Umschalten des Ports (3) als Ausgang
- Einspeisen eines Testsignals am Schaltungsausgang (K2)
- Umschalten des Ports als (3) Eingang
- Analyse des Zeitverlaufes am Ausgang (K2) der Schaltung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel des ausgangsseitig in die Schaltung eingespeisten Testsignals jeweils entgegengesetzt zu dem am Ausgang des Sensors anliegenden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei charakteristische Zeitpunkte aus dem Zeitverlauf des Signals am Ausgang der Schaltung zur Diagnose der Schaltung benutzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die zur Diagnose der Schaltung benutzten, charakteristischen Zeitpunkte der Messung, sich aus den Widerstands bzw. - Kapazitätswerten der in der Ausgangsschaltung angeordneten Bauteile ergeben.

5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagnose der Schaltung der am Ausgang anliegende Signalpegel direkt nach dem Umschalten der Signalverarbeitungseinheit und zu einem Zeitpunkt größer 5 Tau (Tau = R2 × C1) genutzt wird, wobei zur Beurteilung des Anstieges ein weiterer Zwischenwert kleiner oder gleich 1 Tau zusätzlich bewertet wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine fehlerfreie Funktion der Ausgangsbeschaltung erst dann diagnostiziert wird, wenn:

- nach Anlegen des invertierten Testsignals und Zurückschalten des Controllerports als Eingang (Zeitpunkt t1) der Signalpegel am Schaltungsausgang gleich dem Signalpegel des Testsignals ist
- zu einem Zeitpunkt t3 (größer oder gleich 6 × Tau) seit Zurückschalten des Ports der ausgangsseitig der Schaltung anliegende Signalpegel gleich dem Sensorsignalpegel ist.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Test entsprechend Anspruch 1 für High und Low Signalpegel des Sensorausgangssignals durchgeführt wird und eine fehlerfreie Funktion der Schaltung erst nach erfüllen der Testbedingungen für beide Signalzustände des Sensors diagnostiziert wird.

8. Verfahren zur Diagnose der Ausgangsbeschaltung eines vorzugsweise binär schaltenden Sensors (4), wobei die Ausgangsbeschaltung aus mindestens einem Tiefpassglied (R2 u. C1) besteht, dem nachfolgend eine Signalverarbeitungseinheit (2)

dadurch gekennzeichnet,
dass Fehlerzustände der Ausgangsbeschaltung durch folgende Verfahrensschritte diagnostiziert werden:

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel des ausgangsseitig in die Schaltung eingespeisten Testsignals jeweils entgegengesetzt zu dem am Ausgang des Sensors anliegenden ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei charakteristische Zeitpunkte aus dem Zeitverlaufes des Signals am Ausgang der Schaltung zur Diagnose der Schaltung benutzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Diagnose der Schaltung benutzten charakteristischen Zeitpunkte der Messung, sich aus den Widerstands bzw. - Kapazitätswerten der in der Ausgangsschaltung angeordneten Bauteile ergeben.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagnose der Schaltung der am Ausgang anliegende Signalpegel direkt nach dem Umschalten der Signalverarbeitungseinheit und zu einem Zeitpunkt größer 5 Tau (Tau = R2 × C1) genutzt wird, wobei zur Beurteilung des Anstieges ein weiterer Zwischenwert kleiner oder gleich 1 Tau zusätzlich bewertet wird.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine fehlerfreie Funktion der Ausgangsbeschaltung erst dann diagnostiziert wird, wenn:

- nach Anlegen des invertierten Testsignals und Zurückschalten des Controllerports als Eingang (Zeitpunkt t1) der Signalpegel am Schaltungsausgang gleich dem Signalpegel des Testsignals ist
- zu einem Zeitpunkt t3 (größer oder gleich 6 × Tau) seit Zurückschalten des Ports der ausgangsseitig der Schaltung anliegende Signalpegel gleich dem Sensorsignalpegel ist

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 8-13 dadurch gekennzeichnet, dass ein Test entsprechend Anspruch 1 für High und Low Signalpegel des Sensorausgangssignales durchgeführt wird und eine fehlerfreie Funktion der Schaltung erst nach erfüllen der Testbedingungen für beide Signalzustände des Sensors diagnostiziert wird.