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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Einstellung von Drucksensoren bereitzustellen, wobei die Drucksensoren aus
Messelementen ohne eine nachfolgende Signalverarbeitung bestehen.
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Diese
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst.
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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.
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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.
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Durch
die Verwendung der verstärkten
Signale ist die vorgestellte Lösung
robust gegen elektromagnetische Einflüsse bei der Einstellung im
Fertigungsumfeld des Sensorherstellers.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugt
findet eine Fehlerkompensation und eine Signalverarbeitung der Drucksensoren
im ersten integrierten Schaltkreis statt.
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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.
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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.
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Es
zeigen:
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1 eine
bekannte mechatronische Steuereinheit nach dem Stand der Technik,
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2 einen
Einstellautomat zur Einstellung von Drucksensoren,
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3 ein
erstes Blockschaltbild eines integrierten Schaltkreises, und
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4 ein
zweites Blockschaltbild eines integrierten Schaltkreises.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.