DE102004056106A1

DE102004056106A1 - Verfahren zur Einstellung von Drucksensoren

Info

Publication number: DE102004056106A1
Application number: DE200410056106
Authority: DE
Inventors: Hermann ESSELBRÜGGE; Alexander Kolbe
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung von Drucksensoren, welche ein Messelement ohne nachfolgende Signalverarbeitung beinhalten. Die Signalverarbeitung und die Fehlerkompensation der Sensorausgangssignale findet hierbei außerhalb der Drucksensoren in einem elektronischen Steuergerät (ECU) statt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung von Drucksensoren, insbesondere in Kraftfahrzeugbremsanlagen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung bezieht sich hierbei auf Drucksensoren, die ein Messelement ohne nachfolgende Signalverarbeitung beinhalten. Die Signalverarbeitung findet außerhalb der Drucksensoren in einem elektronischen Steuergerät (ECU) statt. Demzufolge muss auch die Fehlerkompensation der Sensorausgangsignale im elektronischen Steuergerät (ECU) stattfinden. Die Verstärkung der Drucksignale erfolgt in einem integrierten Schaltkreis (IC). Die Fehlerkompensation wird von Algorithmen in einer Prozessoreinheit ausgeführt. Ein solches Konzept (bei Continental Teves unter PS60si² bekannt) sieht vor, dass für jeden Drucksensor individuell sogenannte charakteristische Daten, welche für die Fehlerkompensation der Drucksensorsignale im Betrieb im Kraftfahrzeug benötigt werden, bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturwerten ermittelt werden. Dies erfolgt zweckmäßigerweise nach der Sensormontage beim Sensorhersteller. Beim Konzept PS60si² werden die Sensordaten auf geeigneten Trägern gespeichert und nach der Montage einer mechatronischen Steuereinheit, in die der Sensor integriert ist, in die zugehörige elektronische Steuereinheit geladen.

Moderne hydraulische oder elektrohydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen weisen zumeist zwei Funktionsblöcke auf, welche in einer mechatronischen Steuereinheit (HECU) zusammengefasst sind. Diese Steuereinheit (HECU) besteht im wesentlichen aus einer hydraulischen Steuereinheit (HCU) mit hydraulischen Ventilen und einer elektronischen Steuerein heit (ECU), welche die gesamte Elektronik, wie etwa elektromechanische Spulen, Leistungshalbleiter und Mikrocontroller umfasst. Zur Erfassung eines Bremsdrucks sind in der mechatronischen Steuereinheit (HECU) Drucksensoren bzw. Drucksensormodule angeordnet. Eine gattungsbildende Bremsvorrichtung mit integriertem Drucksensormodul ist beispielsweise aus der WO 01/85511 A1 bekannt.

In 1 ist allgemein eine mechatronische Steuereinheit (HECU) 7 für Kfz -Bremssysteme mit integrierten Hydraulik – Drucksensoren 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Hierbei wird mindestens ein Drucksensor 1 in einer hydraulischen Steuereinheit (HCU) 5 montiert. Die Verbindung zwischen der hydraulischen Steuereinheit (HCU) 5 und einem elektronischen Steuergerät 3 wird über Anschlüsse 4, beispielsweise sogenannte Federkontakte, hergestellt. Nach dem Stand der Technik sind die Drucksensoren 1 mit einer eignen Signalverarbeitung versehen. Die Signalverarbeitung beinhaltet auch die Messfehlerkompensation. Die Systemsoftware kann daher die Drucksensorsignale direkt verarbeiten und führt selbst keine Fehlerkompensation durch. Die Fehlerkompensation ist erforderlich, um den Temperatureinfluss auf die Drucksignale sowie Einflüsse von Fertigungsstreuungen bei Drucksensoren, so weit wie möglich zu eliminieren. Die Signalverarbeitung der vorkonditionierten, fehlerkompensierten Drucksignale findet in einem ersten integrierten Schaltkreis 2 statt, wobei eine wesentliche Aufgabe der Signalverarbeitung darin besteht, die zum Teil sehr niedrigen Drucksensorsignalpegel zu verstärken. Die Drucksensorsignalpegel sind u. a. abhängig von der verwendeten Sensortechnologie. Anschließend werden die fehlerkompensierten Drucksignale an eine Prozessoreinheit (CPU) 6 zur weiteren Verwendung, bei spielsweise für die Abarbeitung von Regelalgorithmen, übergeben. Ein Datenaustausch zwischen dem integrierten Schaltkreis 2 und anderen Fahrzeugsystemen erfolgt z. B. über einen Datenbus 2a.

Die Fehlerkompensation wird häufig realisiert, indem die Temperatur sowie die Fertigungsschwankungen durch gezieltes Beeinflussen von Offset und Verstärkung von Verstärkerstufen ausgeglichen werden. Hierzu wird laufend die Temperatur der Messelemente gemessen. Mit Hilfe von Look UP Tabellen oder Kompensationsalgorithmen, z. B. 2. Ordnung, wird die Einstellung stets an die aktuelle Temperatur angepasst. So wird die erforderliche Genauigkeit erzielt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Einstellung von Drucksensoren bereitzustellen, wobei die Drucksensoren aus Messelementen ohne eine nachfolgende Signalverarbeitung bestehen.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bedingt durch das Prinzip des „goldenen Verstärkers" nicht die niedrigen Signalpegel der unverstärkten Ausgangssignale des Drucksensors an den Stellen A2 und A3 (siehe 2 und 3) gemessen werden, sondern es werden für die Ermittlung der Einstelldaten die durch den ersten integrierten Schaltkreis 2 verstärkten Signale verwendet. Hierdurch wird der Einsatz von teuren, hochpräzisen Messgeräten vermieden.

Durch diese Art der Messung ist auch die Genauigkeit der Ausgangssignale des Drucksensors gegenüber der aktuellen PS60si² Lösung höher. Die Messung der unverstärkten, niedrigen Brückenausgangssignalen an A2 und A3 ist auch bei Einsatz aufwendiger Messtechnik fehlerbehaftet. Dieser Beitrag zur Messunsicherheit entfällt bei der vorgestellten Lösung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der erste und der zweite integrierte Schaltkreis zumindest bei dem Teil des Schaltkreises, welcher für die Drucksensorsignalverarbeitung verantwortlich ist, identisch aufgebaut sind. Darüber hinaus können die integrierten Schaltkreise noch weitere Funktionen, wie z. B. eine Ventilansteuerung, umfassen.

Durch die Verwendung der verstärkten Signale ist die vorgestellte Lösung robust gegen elektromagnetische Einflüsse bei der Einstellung im Fertigungsumfeld des Sensorherstellers.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass keine Algorithmen für die Fehlerkompensation im Steuergerät benötigt werden, da die Systemsoftware fehlerkompensierte Drucksignale verarbeitet. Hierdurch wird die Software nicht mit einer zusätzlichen Laufzeit für die Drucksensor-Fehlerkompensation belastet.

Vorteilhafterweise werden die charakteristischen Daten mit dem Ausgangssignal (Rohsignal) des Drucksensors in Rechenalgorithmen in der Prozessoreinheit so verknüpft, dass hinreichend genaue Drucksignale für das Bremssystem zur Verfügung stehen.

Weiterhin ist bevorzugt, dass zur Vermessung der individuellen Drucksensoren direkt nach deren Fertigung ein zweiter integrierter Schaltkreis verwendet wird, welcher identisch zu dem ersten integrierten Schaltkreis ist, der in der e lektronischen Steuereinheit (ECU) im Kfz für die Sensorsignalverarbeitung und Fehlerkompensation eingesetzt wird.

Bevorzugt findet eine Fehlerkompensation und eine Signalverarbeitung der Drucksensoren im ersten integrierten Schaltkreis statt.

Vorteilhafterweise sind sowohl der erste, als auch und der zweite integrierte Schaltkreis in Form einer applikationsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) ausgeführt, wobei diese bevorzugt noch weitere Funktionen als die reine Sensorsignalverarbeitung übernimmt. Besonders bevorzugt erfolgt auch die Ansteuerung von Aktuatoren durch die integrierten Schaltkreise.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird anhand von Figuren beschrieben, wobei für gleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigen:
1 eine bekannte mechatronische Steuereinheit nach dem Stand der Technik,
2 einen Einstellautomat zur Einstellung von Drucksensoren,
3 ein erstes Blockschaltbild eines integrierten Schaltkreises, und
4 ein zweites Blockschaltbild eines integrierten Schaltkreises.
In 2 ist ein Einstellautomat 8 dargestellt, welcher die Verstärkereinstellungen für jeden gefertigten Drucksensor 1 einzeln aufnimmt. Die Aufnahme der Verstärkereinstellungen erfolgt bei verschiedenen Druck- und Temperaturwerten, die von dem Einstellautomaten 8 erzeugt werden. Der Einstellautomat 8 kann auch Prüffunktionen wahrnehmen. Drucksensoren, die sich nicht einstellen lassen, werden nicht ausgeliefert. Der Einstellautomat 8 beinhaltet einen zweiten integrierten Schaltkreis 2b, welcher komplett oder in Teilen dem in 1 dargestellten ersten integrierten Schaltkreis 2 entspricht. Die Ansteuerung des zweiten integrierten Schaltkreises 2b erfolgt durch die Ansteuereinheit 9, wobei diese vorzugsweise eine Prozessoreinheit 6 enthält. Der Drucksensor 1 wird über Anschlüsse 4, beispielsweise Federkontakte, mit dem zweiten integrierten Schaltkreis 2b lösbar verbunden. Das Sensorelement des Drucksensors 1 kann hierbei z. B. als Wheatstonesche Brückenschaltung (siehe 3) mit druckempfindlichen Widerständen ausgeführt sein. Dann wäre die elektrische Verbindung A1 die Brückenversorgungsspannung, A4 der Signalbezugspunkt (Signalmasse) und A2 und A3 die Brückenausgangssignale.
Zur Ermittlung der Einstelldaten des zweiten integrierten Schaltkreises 2b wird der zu charakterisierende Drucksensor 1 mit dem Einstellautomaten 8 verbunden. Die Ansteuereinheit 9 beaufschlagt den Drucksensor 1 an seinem Druckeingang mit verschiedenen Druckwerten bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, beispielsweise mit Hilfe einer Matrix 10. Um die Zeit für die Temperaturwechsel zu sparen, kann für jede Temperatur T0 – Tx ein Einstellautomat 8 eingesetzt werden. Es wird dann natürlich x-mal der zweite integrierte Schaltkreis 2b benötigt. Beispielsweise können 2 Druckwerte, näm lich Atmosphärendruck und Druckbereichsendwert eingestellt werden. Für die Umgebungstemperatur können z. B. 3 Werte angefahren werden. Bei jedem Druckwert/Temperaturwertpaar werden die Einstelldaten des zweiten integrierten Schaltkreises 2b über einen Datenbus 11 an die Ansteuereinheit 9 übergeben. Bei dem Datenbus 11 kann es sich um einen seriellen oder parallelen Datenbus handeln. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein sogenannter SPI Bus verwendet. Zu dem Datenbus 11 wird noch ein Steuerbus 12 benötigt, welcher den Datenverkehr steuert. Die Einstelldaten werden, sofern sie innerhalb spezifizierter Werte liegen, in der Ansteuereinheit 9 in einem Speicher 13 gespeichert. Die Ansteuereinheit findet die Einstellung, die zu Drucksignalen führt, die innerhalb der Spezifikation liegen. Die Einstelldaten werden mit der Seriennummer des Drucksensors 1 datentechnisch verknüpft und auf einen geeigneten Datenträger 14 abgelegt. Auf einem Datenträger 14 können Daten von einem oder mehreren Sensoren abgelegt werden.
In 3 ist der erste bzw. zweite integrierte Schaltkreis 2; 2b als erstes Blockschaltbild dargestellt. Der Drucksensor 1 ist über Anschlüsse 4 mit dem ersten bzw. zweiten integrierten Schaltkreis 2; 2b verbunden. Der erste Verstärker 15 dient als Vorverstärker für die Brückenausgangsignale an den Anschlüssen A2 und A3 des Drucksensors 1. Die Ausgangssignale des ersten Verstärkers 15 werden an ein Summierglied 20 übergeben, welches über Schalter 18 mit einem weiten Verstärker 16 und mit einem dritten Analog-Digital-Wandler 25 verbunden sind. Die digitalen Daten 24 am Ausgang des Analog-Digital-Wandler 25 werden über eine SPI-Steuereinheit 26 an einen Datenbus 11 übergeben.
Die Verstärkung des zweiten Verstärkers 16 ist abhängig vom Datum am Datenbus DB des Datenspeichers 17. Die Stellung der Schalter 18 wird vom Datenbus DB gesteuert. Das gleiche gilt für den Ausgang des ersten Digital-Analog-Wandlers 19. Sein Ausgang wiederum geht auf das Summierglied 20. Diese Art der Fehlerkompensation wird in Serie eingesetzt.
Auch ist bekannt, das die Brückenspannung am Anschluss A1 der Temperatur des Drucksensors 1 entspricht, wenn ein Widerstand 21 zwischen Versorgungsspannung +V und der Brücke geschaltet wird.
Wenn der zweite integrierte Schaltkreis 2b, wie beschrieben, in einer Ansteuereinheit 9 in 2 eingesetzt wird, werden bei den Temperaturwerten T0 – Tx die Daten am Ausgang des zweiten Analog-Digital-Wandlers 22 in die Steuereinheit 23 eingelesen. Die Steuereinheit 23 umfasst hierbei auch einen Adressdekodierer.
Bei den Temperaturen T0 – Tx und den Einstelldruckwerten P0 – Pn stellt die Ansteuereinheit 9 (2) über den Datenbus 11 die Steuereinheit 23, den Datenspeicher 17, das Summierglied 20 und den zweiten Verstärker 16 ein. Die Einstellung erfolgt so, dass der Ausgang des zweiten Verstärkers 16, repräsentiert durch die digitalen Daten 24, der Spezifikation für den Drucksensor 1 entspricht. Die digitale Daten 24 des dritter Analog-Digital-Wandler 25 werden über den Datenbus 11 an die Ansteuereinheit 9 in 2 für den Einstellvorgang übertragen. Die Einstellung des zweiten Verstärkers 16 und des ersten Digital-Analog-Wandlers 19 werden auf dem Datenträger 14 in 2 gespeichert.
Ferner dient die SPI-Steuereinheit 26 in Kombination mit dem Datenbus 11 auch der Kommunikation zwischen dem ersten bzw. zweiten integrierten Schaltkreis 2; 2b und anderen Schaltkreisen im Steuergerät des Bremssystems.
Der Datenträger 14 (2) wird zusammen mit dem Drucksensor 1 an die Montageeinrichtung für die komplette mechatronische Steuereinheit 7 (1) übergeben. Die Einstelldaten übernimmt dann der erste integrierte Schaltkreis 2. Sie werden über einen Datenbus 2a von einem Automaten in der Fertigung in den Datenspeicher 17 des ersten integrierten Schaltkreises 2 geladen.
Die unabhängig von Sensorfehlern, nur auf den ersten integrierten Schaltkreis 2 bezogenen Offset- und Verstärkungsfehler können ohne Sensor bei den Temperaturen T0 – Tx ermittelt werden. Der Fehler kann in den Fehlerkompensationsalgorithmen in der Ansteuereinheit 9 berücksichtigt werden.
4 stellt ein zweites Blockschaltbild des ersten bzw. zweiten integrierten Schaltkreises 2; 2b dar. Hierbei erfolgt die digitale Signalverarbeitung früher als in dem Blockschaltbild nach 3. Ein dritter Verstärker 27 verstärkt in einer oder mehreren Stufe/n, ggf. aus Sicherheitsgründen auch redundant, die Sensorsignale (A2 und A3), welche vom Drucksensor 1 bereitgestellt werden. Die verstärkten Sensorsignale werden über einen vierten Analog-Digital-Wandler 28 an eine Signalverarbeitungseinheit 29 übergeben, und dort mit Korrekturdaten aus dem Datenspeicher 17 verknüpft, so dass die Ausgangsdaten 30 den Systemanforderungen des elektronischen Bremssystems im Hinblick auf die Genauigkeit der Drucksensorsignale genügen.
Nach Montage der Steuereinheit 3 in der Produktion werden die für jeden Drucksensor 1 spezifischen Daten von dem Datenträger 14 (2) in den Datenspeicher 17 des ersten integrierten Schaltkreises 2 über den Datenbus 11 geladen.
Abhängig von dem Temperaturwert, dargestellt durch die Ausgangsdaten des zweiten Analog-Digital-Wandlers 22 werden gemäß 3 die entsprechenden Einstellungen für den ersten Analog-Digital Wandler 19 und den zweiten Verstärker 16 über die Steuereinheit 23 und den Datenspeicher 17 vorgenommen. Die Druckmesswerte werden über den Datenbus 11 an die Prozessoreinheit 6 (2) für die Bremssystem-Regelalgorithmen übermittelt. Der Temperaturwert, dargestellt durch die Ausgangsdaten des zweiten Analog-Digital-Wandlers 22 in 3, kann auch über den Datenbus 11 zur Prozessoreinheit 6 übertragen werden. In einigen Bremssystemen wird der Temperaturwert für Regelalgorithmen benötigt.
Bei der Spezifikation der Genauigkeit für den Drucksensor 1 in Verbindung mit der Signalauswertung im ersten bzw. zweiten integrierten Schaltkreis 2; 2b in 1 muss noch der Fehler des ersten bzw. zweiten integrierten Schaltkreises 2; 2b berücksichtigt werden. Nachdem ein Drucksensor 1 alle Fertigungsstufen durchlaufen hat, wird die Einstellung der Verstärkerstufe VS und Offsetwerte der Signalverarbeitungskette im ersten bzw. zweiten integrierten Schaltkreis 2; 2b bei verschiedenen Druckwerten und Temperaturen gespeichert. Die sensorindividuelle Einstellung wird dann gespeichert, wenn die Ausgangssignale des Drucksensors 1 im spezifizierten Bereich liegen.
Der zweite integrierte Schaltkreis 2b ist Bestandteil einer automatischen Station am Ende der Sensorfertigung. Die Einstelldaten werden zu einem späteren Zeitpunkt, nämlich nach Montage der mechatronischen Steuereinheit 7, in das zugehörige elektronische Steuergerät 3 geladen. Der erste integrierte Schaltkreis 2 im Steuergerät 3 arbeitet dann – bezogen auf den individuellen Drucksensor 1 – mit den gleichen Einstellungen wie der zweite integrierte Schaltkreis 2b in der Sensor-Produktionslinie.

Claims

Verfahren zur Einstellung von Drucksensoren, insbesondere in Kraftfahrzeugbremsanlagen, wobei die Drucksensoren aus Messelementen ohne eine nachfolgende Signalverarbeitung bestehen, gekennzeichnet durch die Schritte – Verbinden des Drucksensors (1) mit einem zweiten integrierten Schaltkreis (2b) eines Einstellautomaten (8), – Beaufschlagen des Drucksensors (1) mit mehreren verschiedenen Druckwerten bei verschiedenen Temperaturen, – Erfassen von Einstelldaten, welche als Antwort des Drucksensors (1) auf die Beaufschlagung mit mehreren verschiedenen Druckwerten bei verschiedenen Temperaturen an den zweiten integrierten Schaltkreis (2b) übermittelt werden, – Vergleichen der erfassten Einstelldaten mit spezifizierten Werten, welche einen zulässigen Bereich für diese Einstelldaten beschreiben, – Abspeichern der Einstelldaten des Drucksensors (1) zusammen mit der Seriennummer des Drucksensors (1) auf einem Datenträger (14), wenn die Einstelldaten innerhalb des zulässigen Bereichs liegen, – Einbau des Drucksensors (1) in eine mechatronische Steuereinheit (7) eines Kraftfahrzeugbremssystems, und – Laden der zu dem Drucksensor (1) gehörigen Einstelldaten und der zu diesem Drucksensor (1) gehörigen Seriennummer von dem Datenträger in einen Datenspeicher (17) eines ersten integrierten Schaltkreises (2) der mechatronischen Steuereinheit (7).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste integrierte Schaltkreis (2) einen identischen Aufbau aufweist wie der zweite integrierte Schaltkreis (2b).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor über Federkontakte mit dem Einstellautomaten (8) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einstelldaten und Seriennummern verschiedener Drucksensoren (1) auf dem Datenträger (14) gespeichert werden.