DE102005016127B4

DE102005016127B4 - Sensorsystem

Info

Publication number: DE102005016127B4
Application number: DE102005016127.8A
Authority: DE
Inventors: Holger Borst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2025-04-09
Also published as: DE102005016127A1; JP2008535112A; US20090295413A1; WO2006106111A1; EP1869409A1; KR20070121720A; CN101156046A; JP4819874B2; US8154312B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit einer Sensoreinheit zum Detektieren einer Messgröße und einer Auswerteeinheit, die miteinander zumindest über eine oder mehrere Verbindungsleitungen verbunden sind, wobei die Sensoreinheit einen Sensor aufweist, der mit einer Versorgungsspannung verbunden ist und einen Signalausgang für ein von der Messgröße abhängiges Messsignal umfasst; wobei die Auswerteeinheit einen Spannungsmesser aufweist, um abhängig von einem Potential den Zustand der Messgröße zu detektieren, wobei die Sensoreinheit eine erste Widerstandsschaltung, die mit dem Sensor verbunden ist, und die Auswerteeinheit eine zweite Widerstandsschaltung, die mit dem Spannungsmesser verbunden ist, aufweist, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung gemeinsam über zumindest die Sensorleitung gekoppelt sind und ein Widerstandsnetzwerk bilden, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung so gestaltet sind, dass der Spannungsmesser in einem fehlerfreien Zustand der einen oder mehrerer Verbindungsleitungen ein oder mehrere Messpotentiale in einem oder mehreren definierten Messpotentialbereichen abhängig von der Messgröße detektiert und in einem Fehlerfall ein Messpotential detektiert, das in einem Fehlerpotentialbereich liegt, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung so dimensioniert sind, dass der Fehlerpotentialbereich außerhalb der einen oder mehreren definierten Messpotentialbereiche liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit einer Sensoreinheit und einer davon örtlich getrennt angeordneten Auswerteeinheit, die miteinander zumindest über eine Sensorleitung verbunden sind.
Elektronische Systeme weisen häufig eine Auswerteeinheit für die Bereitstellung von Messsignalen auf, die in dem System verarbeitet werden sollen. Die Auswerteeinheit ist üblicherweise Teil eines Steuer- oder Regelungssystems und steht über eine oder mehrere Verbindungsleitungen mit einer Sensoreinheit in Verbindung, die entfernt von dem System angeordnet ist. Die Verbindungsleitung zwischen der Auswerteeinheit und der Sensoreinheit kann unter rauhen Betriebsbedingungen, wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug auftreten können, unterbrochen werden bzw. mit anderen Verbindungsleitungen kurzgeschlossen werden. Dies kann u. U. zu einer Fehlfunktion des Systems führen, ohne dass der Fehler erkannt wird, wenn die von der Sensoreinheit gelieferte Messgröße plausibel ist.
Die Sicherheit im Betrieb des Systems mit der Auswerteeinheit und der externen Sensoreinheit lässt sich erhöhen, indem man eine Diagnose der Verbindungsleitung auf oben genannte Fehler durchführt. Dazu wird meistens eine auf der Verbindungsleitung gemessene Spannung plausibilisiert. Um einen Leitungsbruch an der Sensorversorgung, d. h. auf den entsprechenden Verbindungsleitungen, die die Versorgungsspannung tragen, feststellen zu können, wird z. B. der Spannungsabfall über einem in der Verbindungsleitung liegenden Messwiderstand (Shunt) überwacht. Bei korrekter Verbindung verursacht der Versorgungsstrom der Sensoreinheit einen Spannungsabfall, der gemessen werden kann. Ist der Spannungsabfall nicht vorhanden, kann auf eine unterbrochene Leitung geschlossen werden. Ist – vorausgesetzt die Sensoreinheit wird mit einer kleineren Versorgungsspannung als die Auswerteeinheit des Gesamtsystems – die Spannung nach dem Widerstand zu groß, bedeutet dies einen Kurzschluss hinter der Spannungsversorgung der Auswerteeinheit. Ist die gemessene Spannung zu klein, ist ein Kurzschluss nach einem Massepotential vorhanden. Der Spannungshub des Ausgangs der Sensoreinheit wird durch entsprechende Beschaltung mit Widerständen auf Werte größer 0 V (Massepotential) und kleiner der Versorgungsspannung der Sensoreinheit eingeschränkt, um den regulären Betrieb von Kurzschlüssen nach Masse und der Versorgungsspannung der Sensoreinheit oder der Auswerteeinheit unterscheiden zu können.
Aufgrund von Toleranzen des Versorgungsstroms der Sensoreinheit und Toleranzen des Widerstandes der Versorgungsleitungen und der Sensoreinheit über der Lebensdauer und der Temperatur ergibt sich deutlicher Spannungsabfall an dem Messwiderstand, was unter Umständen zu hohen Verlustleistungen in dem Messwiderstand in der Versorgungsleistung führt, so dass große Bauformen eingesetzt werden müssen, die eine entsprechend große Leistung aufnehmen können. Weiterhin wird für jede zu diagnostizierender Verbindungsleitung ein Messwiderstand und ein entsprechender Messkanal in der Auswerteeinheit benötigt. Dies ist in der Regel aufwändig und die Gesamtvorrichtung hat einen hohen Platzbedarf.
Die DE 10008180C2 , DE 19833413C2 , DE 4425416C2 und DE 4322472A1 zeigen eine Schaltungsanordnung mit einer Fehlermeldschaltung, die bei Unterbrechung oder Erhöhung des Widerstandes einer Versorgungszuleitung über einen steuerbaren Widerstand ein vorgegebenes Potential an einem Signalausgang erzwingt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorsystem mit einer Auswerteeinheit und mit einer externen Sensoreinheit zur Verfügung zu stellen, das einfach aufgebaut ist und in der Lage ist, Unterbrechungen von Verbindungsleitungen zuverlässig und mit einem geringen Schaltungsaufwand zu detektieren.
Diese Aufgabe wird durch das Sensorsystem nach Anspruch 1 gelöst. Im Unterschied zum zitierten Stand der Technik zeigt die vorliegende Erfindung eine Widerstandsschaltung mit drei separaten Widerständen und entsprechender Verschaltung der Knoten innerhalb der Sensoreinheit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeben.
Erfindungsgemäß ist ein Sensorsystem vorgesehen, das eine Auswerteeinheit und eine extern davon angeordnete Sensoreinheit zum Detektieren einer Messgröße aufweist. Die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit sind miteinander über eine oder mehrere Verbindungsleitungen verbunden. Die Sensoreinheit weist einen Sensor auf, der mit einer Versorgungsspannung verbunden ist und einen Signalausgang für ein von der Messgröße abhängiges Messsignal umfasst. Die Auswerteeinheit weist einen Spannungsdetektor auf, um abhängig von einem Potential den Zustand der Messgröße zu detektieren. Die Sensoreinheit umfasst eine erste Widerstandsschaltung, die mit dem Sensor verbunden ist, und die Auswerteeinheit eine zweite Widerstandsschaltung, die mit dem Spannungsdetektor verbunden ist. Die erste und die zweite Widerstandsschaltung sind miteinander über die eine oder mehrere Verbindungsleitungen gekoppelt und bilden ein Widerstandsnetzwerk. Die erste und zweite Widerstandsschaltung sind so gestaltet, dass der Spannungsdetektor in einem fehlerfreien Zustand der einen oder mehreren Verbindungsleitungen des Sensorsystems ein oder mehrere Messpotentiale in einem oder mehreren definierten Messpotentialbereichen abhängig von der Messgröße detektiert und in einem Fehlerfall ein Messpotential detektiert, das in einem Fehlerpotentialbereich liegt. Die erste und die zweite Widerstandsschaltung sind so dimensioniert, dass der Fehlerpotentialbereich außerhalb der einen oder mehreren definierten Messpotentialbereiche liegt.
Bei dem vorliegenden Sensorsystem ist es auf einfache Weise möglich, mithilfe der sowohl in der Sensoreinheit als auch in der Auswerteeinheit vorgesehenen Widerstandsschaltungen, Messpotentialbereiche und davon verschiedene Fehlerpotentialbereichen zu definieren, die es mit einer Messung ermöglichen, den Zustand der Messgröße zu erfassen, oder, wenn ein Fehler an der einen oder den mehreren Verbindungsleitungen aufgetreten ist, diesen Fehler anhand des zugehörigen Fehlerpotentialbereiches zu erkennen und zu identifizieren. Dies kann erfindungsgemäß mit nur einem Spannungsdetektor in der Auswerteeinheit durchgeführt werden, so dass der Aufbau des Sensorsystems in einfacher Weise und platzsparend ausgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste und/oder die zweite Widerstandsschaltung jeweils als Widerstandskette ausgebildet.
Vorzugsweise kann die erste und die zweite Widerstandsschaltung so ausgebildet sein, dass bei mehreren Fehlerfällen durch mehrere Messpotentiale in entsprechenden mehreren Fehlerpotentialbereichen detektierbar sind, um die Art des jeweiligen Fehlerfalls zu erkennen.
Insbesondere können die erste und die zweite Widerstandsschaltung so gestaltet sein, dass der Spannungsmesser bei einer Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen ein Messpotential detektiert, das in einem jeweiligen, der Fehlerart zugeordneten Fehlerpotentialbereich liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit miteinander über eine Sensorleitung, eine erste und eine zweite Versorgungsleitung verbunden. Auf diese Weise wird der Sensoreinheit eine Versorgungsspannung über die Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt und die Sensoreinheit kann die entsprechende Messgröße über die Sensorleitung der Auswerteeinheit zur Verfügung stellen.
Weiterhin kann die erste und die zweite Widerstandsschaltung jeweils als Widerstandskette ausgebildet sein, die miteinander an verschiedenen Knoten über die Sensorleitung und die erste und zweite Versorgungsleitung verbunden sind. Das Widerstandsnetzwerk weist Widerstandselemente auf, die so dimensioniert sind, dass bei Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen das Messpotential auf den entsprechenden Fehlerpotentialbereich eingestellt wird.
Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform weist die erste Widerstandsschaltung ein erstes, ein zweites und ein drittes Widerstandselement auf, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung und der zweiten Versorgungsleitung geschaltet sind. Ein erster Knoten zwischen dem ersten und zweiten Widerstandselement ist mit der Sensorleitung verbunden und ein zweiter Knoten zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstandselement mit dem Signalausgang des Sensors verbunden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die zweite Widerstandsschaltung ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Widerstandselement aufweist, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung und der zweiten Versorgungsleitung geschaltet sind, wobei ein dritter Knoten zwischen dem vierten und dem fünften Widerstandselement mit der Sensorleitung verbunden ist und ein vierter Knoten zwischen dem fünften und dem sechsten Widerstandselement mit dem Spannungsmesser verbunden ist.
Das erste bis sechste Widerstandselement können so dimensioniert sein, dass die Fehler durch Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen eindeutig anhand des Fehlerpotentialbereiches, in dem sich das Messpotential gemessen wird, identifizierbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sensor ein logischer Sensor mit digitalem Ausgang sein, wobei der Sensor einen Schalter aufweist, der zu einem der ersten bis dritten Widerstände parallel geschaltet ist und der abhängig von dem detektierten Zustand entweder geschlossen oder geöffnet ist. Insbesondere kann der Sensor einen Hallsensor umfassen.
Bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Sensorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 die Anordnung von Mess- und Fehlerpotentialbereichen bei der Ausführungsform der 2.
In 1 ist ein elektronisches System dargestellt, das in einem Regelsystem R eine Auswerteeinheit 1 für eine extern angeordnete Sensoreinheit 2 sowie eine Steuereinheit 3 aufweist. Die Auswerteeinheit 1 erfasst einen Messwert und stellt diesen der Steuereinheit 3 als einen Steuerwert auf einer Ausgangsleitung 4 zur Verfügung, so dass die Steuereinheit 3 des Regelsystems abhängig von dem Steuerwert z. B. ein weiteres elektronisches Gerät regeln kann.
Die Auswerteeinheit 1 dient dazu, eine Verbindung mit einer extern des elektronischen Systems angeordneten Sensoreinheit 2 über Verbindungsleitung 5 herzustellen. Eine solche getrennte Anordnung von Regelsystem und Sensoreinheit 2 ist insbesondere in rauhen Umgebungsbedingungen sinnvoll, in der Messwerte erfasst werden müssen. Um die Elektronik des Regelsystems zu schützen, wird diese daher getrennt von der Sensoreinheit 2 angeordnet.
Eine Stromversorgung der Sensoreinheit 2 wird über eine Spannungsquelle 6 in der Auswerteeinheit 1 sichergestellt. Dazu stellt die Auswerteeinheit 1 ein erstes Versorgungsspannungspotential auf einer ersten Versorgungsleitung 7 und ein zweites Versorgungspotential auf einer zweiten Versorgungsleitung 8 der Sensoreinheit 2 zur Verfügung. Die Sensoreinheit 2 liefert ein Ausgangsmesssignal auf eine Sensorleitung 9, die mit einem separaten Eingang der Auswerteeinheit 1 verbunden ist.
Die Auswerteeinheit 1 weist einen Analog-Digital-Wandler 10 auf, der den Steuerwert zur Ausgabe auf der Ausgangsleitung 4 generiert. Die Sensoreinheit 2 weist einen Sensor 11 auf, der abhängig von einer Messgröße, wie z. B. eine Temperatur, einem Druck oder eine andere Größe, ein Messsignal MS generiert.
Der Sensor 11 ist mit der ersten und der zweiten Versorgungsleitung 7, 8 verbunden, um dem Sensor 11 eine Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. Die Sensoreinheit 2 weist eine erste Widerstandsschaltung 12 auf, die mit der ersten und der zweiten Versorgungsleitung 7, 8, der Sensorleitung 9 sowie dem Ausgang des Sensors 11 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 1 weist eine zweite Widerstandsschaltung 13 auf, die mit der ersten und zweiten Versorgungsleitung 7, 8, der Sensorleitung 9 und einem Eingang des Analog-Digital-Wandlers 10 verbunden ist. Die erste und zweite Widerstandsschaltung 12, 13 stehen also über die erste und zweite Versorgungsleitung 7, 8 sowie die Sensorleitung 9 miteinander in Verbindung und bilden in ihrer gemeinsamen Verschaltung ein Widerstandsnetzwerk. Dieses Widerstandsnetzwerk aus erster und zweiter Widerstandsschaltung 12, 13 liefert im fehlerfreien Betriebszustand am Eingang des Analog-Digital-Wandlers ein Messpotential, das von dem Messsignal MS am Ausgang des Sensors 11 abhängt.
Das Widerstandsnetzwerk ist weiterhin so gestaltet, dass im Fehlerfall, wie z. B. bei einer Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen 5 ein Messpotential an dem Analog-Digital-Wandler 10 anliegt, das in einem anderen Potentialbereich liegt, als der Potentialbereich, in dem sich das Messpotential bei ordnungsgemäßem Betrieb befindet.
Vorzugsweise bildet das Widerstandsnetzwerk einen Spannungsteiler, der durch die Verschaltung der ersten und der zweiten Widerstandsschaltung 12, 13 gebildet wird. Ist eine der Verbindungsleitungen zwischen den beiden Widerstandsschaltungen 12, 13 unterbrochen, so ändern sich dadurch die Widerstandsverhältnisse des Spannungsteilers, und das Messpotential am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 10 stellt sich unabhängig von dem Messsignal oder nur in geringem Maße von dem Messsignal abhängig auf ein Potential ein, das in einem Fehlerpotentialbereich liegt. Dadurch kann festgestellt werden, dass ein Fehler vorliegt und welcher Art dieser Fehler ist. Da der Sensor 11 bei Unterbrechung einer der ersten oder zweiten Versorgungsleitungen 7, 8 nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet und andererseits bei Unterbrechen der Sensorleitung 9 kein Messpotential mehr erkannt werden kann, das von dem Messsignal des Sensors 11 abhängt, sind die Fehlerpotentialbereiche im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen vom Zustand des Sensors 11 unabhängig. Ferner können durch geeignete Dimensionierung der ersten und der zweiten Widerstandsschaltung 12, 13 Fehlerpotentialbereiche für jeden möglichen Fehlerfall auf verschiedene Potentialbereiche gelegt werden, so dass anhand des Messpotentials erkannt werden kann, ob der Zustand der Verbindungsleitungen zur Sensoreinheit 2 fehlerfrei ist oder ein Fehler in Form einer Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen 5 vorliegt.
Auch Kurzschlüsse zwischen den Verbindungsleitungen 5 können so detektiert werden und insbesondere ein Kurzschluss zwischen der zweiten Versorgungsleitung 8 und der Sensorleitung 9 kann erkannt werden, so dass es vorteilhaft ist, zur Unterscheidung der einzelnen Fehlerarten die Fehlerpotentialbereiche zum Anzeigen der Fehler von Unterbrechungen der Verbindungsleitungen von 0 V in verschiedene Potentialbereiche zu legen.
In 2 ist eine detailliertere Darstellung einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Als Sensor 11 ist ein Hallsensor in Form eines Hall-ICs vorgesehen, der einen Open-Collector-Ausgang ausweist. D. h. je nach Messzustand des Hallsensors wird der Ausgang mit dem anliegenden Potential auf der zweiten Versorgungsleitung 8 verbunden oder hochohmig geschaltet.
Die erste Widerstandsschaltung weist einen ersten Widerstand R₁, einen zweiten Widerstand R₂ und einen dritten Widerstand R₃ auf, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung 7 und der zweiten Versorgungsleitung 8 geschaltet sind. Ein erster Knoten K1 zwischen dem ersten und zweiten Widerstand R₁, R₂ ist mit der Sensorleitung 9 verbunden. Ein zweiter Knoten K2 zwischen dem zweiten Widerstand R₂ und dem dritten Widerstand R₃ ist mit dem Ausgang des Hallsensors verbunden, der das Messsignal MS bereitstellt.
Die zweite Widerstandsschaltung 13 der Auswerteeinheit 1 weist einen vierten Widerstand R₄, einen fünften Widerstand R₅ und einen sechsten Widerstand R₆ auf, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung 7 und der zweiten Versorgungsleitung 8 angeordnet sind. Ein dritter Knoten K3 zwischen dem vierten Widerstand und dem fünften Widerstand R₄, R₅ ist mit der Sensorleitung 9 verbunden. Ein vierter Knoten K4, der sich zwischen dem fünften Widerstand R₅ und dem sechsten Widerstand R₆ befindet, liegt an dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers 10 an, um das Messpotential zur Verfügung zu stellen.
Das durch die erste Widerstandsschaltung 12 und die zweite Widerstandsschaltung 13 gebildete Widerstandsnetzwerk ist verteilt in der Auswerteeinheit 1 und der Sensoreinheit 2 angeordnet, wobei die Verbindungsleitungen 5 jeweils eine Parallelschaltung der Widerstände bewirken. So bewirken beispielsweise die erste Versorgungsleitung 7 und die Sensorleitung 9, dass der erste Widerstand R1 und der vierte Widerstand R₄ in einem durch das gesamte Widerstandsnetzwerk gebildeten Spannungsteiler einen Gesamtwiderstand bilden. Wird eine der Verbindungsleitungen 5 unterbrochen, so entfällt die dadurch bewirkte Parallelschaltung der sich entsprechenden Widerstände, so dass das Messpotential am vierten Knoten K4 auf ein Potential in einem entsprechen Fehlerpotentialbereich springt, das unabhängig von dem Messsignal MS des Hallsensors 11 ist, da dieser entweder durch eine Unterbrechung der ersten und zweiten Versorgungsleitung 7, 8 nicht funktionsfähig ist oder das dem Messsignal entsprechendes Signal bei einer Unterbrechung der Sensorleitung 9 nicht mehr an die Auswerteeinheit 1 übertragen kann.
In 3 sind beispielhaft Potentialbereiche V₁–V₆ für Messpotentiale in einem fehlerfreien Betriebszustand sowie bei möglichen Unterbrechungen der drei Verbindungsleitungen dargestellt. Ferner ist ein Potentialbereich bei 0 V vorgesehen, der von dem Messpotential eingenommen wird, wenn ein Kurzschluss zwischen der Sensorleitung bzw. der ersten Versorgungsleitung und der zweiten Versorgungsleitung aufgetreten ist. Die Potentialbereiche entsprechen einer bestimmten Potentialspanne, die sich aus Toleranzen und Störungen ergeben. Wird in der Steuereinheit festgestellt, dass das gemessene Messpotential sich innerhalb eines solchen Bereichs befindet, wird der dem Potentialbereich zugeordnete Zustand des Systems angenommen.
Während der mit V₀ gekennzeichnete Potentialbereich angibt, dass erste Versorgungsleitung 7 bzw. die Sensorleitung 9 mit der zweiten Versorgungsleitung 8 kurzgeschlossen ist, geben die Potentialbereiche, die mit V₁ und V₃ gekennzeichnet sind, die Bereiche an, die den Detektionszuständen des Hallsensors 11 im fehlerfreien Betriebszustand entsprechen. Der Potentialbereich V₁ ergibt sich aus folgender Formel,
und der Potentialbereich V₃ ergibt sich aus:
wobei der Ausgang des Hallsensors 11 hochohmig geschaltet ist. Der Potentialbereich V₃ ergibt sich aus dem Zustand des Hallsensors 11, bei dem der Ausgangsanschluss auf das Potential der zweiten Versorgungsleitung 8, z. B. ein Massepotential gelegt wird.
Der Potentialbereich V₂ ist ein Fehlerpotentialbereich, der eine Unterbrechung der ersten Versorgungsleitung 7 anzeigt. Der Potentialbereich V₂ ergibt sich folgender Formel:
Wird die Sensorleitung 9 unterbrochen, so befindet sich das Messpotential innerhalb des Potentialbereichs V₄, das sich gemäß folgender Formel ermitteln lässt:
Ein Potential in dem Potentialbereich V₅ wird gemessen, wenn die zweite Versorgungsleitung 8 unterbrochen ist. Der Potentialbereich V₅ ergibt sich aus der Formel:
Die Widerstandswerte der Widerstände R₁ bis R₆ sind vorzugsweise so gewählt, dass keiner der Potentialbereiche sich überschneidet oder sich überdeckt.
Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst einen Sensor, der lediglich zwei Ausgangszustände ausgibt. Es ist jedoch auch möglich, einen Sensor 11 zu verwenden, der ein analoges Messsignal in einem bestimmten Bereich ausgibt. Die Widerstandswerte der Widerstände R₁ bis R₆ sind dabei vorzugsweise so vorzusehen, dass sich kein Fehlerpotentialbereich innerhalb dieses durch das Messsignal vorgegebenen Messpotentialbereichs befindet, so dass eindeutig anhand des Messpotentials zwischen ordnungsgemäßem Betrieb und Fehlerfall unterschieden werden kann.
Die oben angeführten Berechnungsformeln zur Ermittlung von Potentialbereichen geben lediglich den rechnerischen Mittelwert der Potentialbereiche an, Kollektorsättigungsstrom des Hall-Transistors nicht berücksichtigt, wobei die Spanne der Bereiche durch Toleranzen und Störungen bestimmt wird. Bei der Dimensionierung der Widerstandswerte ist darauf zu achten, dass die Fehlerpotentialbereiche bzw. die Messpotentialbereiche sich nicht überlappen. Dazu kann beispielsweise der durch die oben gegebenen Formeln durch ihren Mittelwert bestimmten Potentialbereich mit einem Toleranzbereich versehen sein, der durch die Vorgabe bestimmt wird, dass die einzelnen Potentialbereiche einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen müssen. Wobei mögliche Kombinationen von Widerständen iterativ oder durch Trial-and-Error ermittelt werden. Beispielsweise kann, wie es dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht bei einer vorgegebenen Spanne des jeweiligen Potentialbereichs von 0,1 V mithilfe folgender Ungleichung die Widerstandswerte R₁ bis R₆ ermittelt werden. V₁ +/– 0,05 V < V₂ +/– 0,05 V < V₃ +/– 0,05 V < V₄ +/– 0,05 V < V₅ +/– 0,05 V
Aus einer solchen Ungleichung ist iterativ mögliche Kombinationen von Widerstandswerten für den ersten bis sechsten Widerstand zu ermitteln. Z. B. können die Beträge der Widerstände folgende Werte aufweisen: R₁ = 2,15 kΩ, R₂ = 1 kΩ, R₃ = 3,09 kΩ, R₄ = 825 Ω, R₅ = 1,5 kΩ und R₆ = 75 Ω.
Die Widerstandsschaltungen 12, 13 können auch in anderer Weise aufgebaut sein, wobei es jedoch darauf ankommt, dass sich aus den beiden Widerstandsschaltungen 12, 13 ein Widerstandsnetzwerk bildet, das je nach möglichem Fehlerfall unterschiedliche Auswirkungen auf ein Messpotential hat. Insbesondere ist es jedoch wünschenswert, dass sowohl die erste Versorgungsleitung 7 als auch die zweite Versorgungsleitung 8 möglichst nicht widerstandsbehaftet sind, so dass kein wesentlicher Abfall der Versorgungsspannung bis zu der Sensoreinheit 2 auftritt.
Die nachfolgende Tabelle gibt eine Hilfestellung bei der Einstellung bzw. Auswahl der Widerstände R₁ bis R₆, wobei die Auswirkung einer Änderung des entsprechenden in den Zeilen angegebenen Widerstands auf die als Spaltenüberschriften angegebenen Potentialbereiche durch die Größe der Buchstaben widergegeben wird. Dabei bedeutet k eine Verkleinerung und g eine Vergrößerung des Widerstandswertes. Zur Kennzeichnung eines besonders geringen Einflusses einer Änderung des Widerstandswerts sind die Buchstaben g und k in Klammern gesetzt.
Zunächst werden die Widerstand R₁, R₃ bis R₆ festgelegt, wobei die Widerstandswerte der Widerstände R₁ und R₄ identisch gewählt werden, so dass die Spannung am Knoten K4 kleiner als eine Referenzspannung des A/D-Wandlers ist, um auch den Zustand eines Kurzschlusses der Sensorleitung zu der ersten Versorgungsleitung erkennen zu können. Anschließend wird der Widerstandswert des Widerstandes R₂ festgelegt, um den Potentialbereich für einen ersten Detektionszustand, d. h. zum Einstellen des Potentialbereiches V₃ einzustellen und anschließend wird der Widerstandswert des Widerstandes R₃ für einen zweiten Detektionszustand festgelegt, der durch den Potentialbereich V₁ angegeben ist. Mithilfe der oben angegebenen Tabelle werden nun vorzugsweise die Widerstandswerte der Widerstände variiert, die einen möglichst großen Einfluss auf den aus der Tabelle zu entnehmenden Potentialbereich haben, um eine gute Trennung der Potentialbereich für die verschiedenen Fehlerzustände zu erreichen.

Claims

Sensorsystem mit einer Sensoreinheit (2) zum Detektieren einer Messgröße und mit einer Auswerteeinheit (1), die mit der Sensoreinheit über eine oder mehrere Verbindungsleitungen (7, 8, 9) verbunden sind, – wobei die Sensoreinheit (2) einen Sensor (11) aufweist, der einen Signalausgang für ein von der Messgröße abhängiges Messsignal (MS) umfasst; – wobei die Auswerteeinheit (1) einen Spannungsdetektor (10) aufweist, um abhängig von einem Potential den Zustand der Messgröße zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (2) eine erste Widerstandsschaltung (12), die mit dem Sensor verbunden ist, und die Auswerteeinheit (1) eine zweite Widerstandsschaltung (13), die mit dem Spannungsdetektor (10) verbunden ist, aufweist, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) gemeinsam über die eine oder mehreren Verbindungsleitungen (7, 8, 9) gekoppelt sind und ein Widerstandsnetzwerk bilden, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) so gestaltet sind, dass der Spannungsdetektor (10) in einem fehlerfreien Zustand der einen oder der mehreren Verbindungsleitungen (7, 8, 9) ein oder mehrere Messpotentiale in einem oder mehreren definierten Messpotentialbereichen abhängig von der Messgröße detektiert und in einem Fehlerfall ein Messpotential detektiert, das in einem Fehlerpotentialbereich liegt, der außerhalb der einen oder mehreren definierten Messpotentialbereiche liegt.
Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) jeweils als Widerstandskette ausgebildet sind.
Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) so ausgebildet sind, dass bei mehreren Fehlerfällen durch mehrere Messpotentiale in entsprechenden mehreren Fehlerpotentialbereichen detektierbar sind, um die Art des jeweiligen Fehlerfalls zu erkennen.
Sensorsystem nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) so gestaltet sind, dass der Spannungsdetektor (10) bei einer Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen ein Messpotential detektiert, das in einem jeweiligen der Fehlerart zugeordneten Fehlerpotentialbereich liegt.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoreinheit (2) und die Auswerteeinheit (1) miteinander über eine Sensorleitung (9), eine erste und eine zweite Versorgungsleitung (7, 8) verbunden sind.
Sensorsystem nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Widerstandsschaltung (12, 13) jeweils als Widerstandskette ausgebildet sind, die miteinander an verschiedenen Knoten über die Sensorleitung (9) und die erste und zweite Versorgungsleitung (7, 8) verbunden sind, wobei Widerstandselemente (R₁–R₆) des Widerstandsnetzwerks so dimensioniert sind, dass bei Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen (7, 8, 9) das Messpotential auf den entsprechenden Fehlerpotentialbereich eingestellt wird.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei die erste Widerstandsschaltung (12) ein erstes, ein zweites und ein drittes Widerstandselement (R₁, R₂, R₃) aufweist, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung (7) und der zweiten Versorgungsleitung (8) geschaltet sind, wobei ein erster Knoten (K1) zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandselement (R₁, R₂) mit der Sensorleitung verbunden ist und ein zweiter Knoten (K2) zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstandselement mit dem Signalausgang des Sensors verbunden ist.
Sensorsystem nach Anspruch 7, wobei die zweite Widerstandsschaltung (13) ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Widerstandselement (R₄–R₆) aufweist, die in Reihe zwischen der ersten Versorgungsleitung (7) und der zweiten Versorgungsleitung (8) geschaltet sind, wobei ein dritter Knoten (K3) zwischen dem vierten und dem fünften Widerstandselement (R₄, R₅) mit der Sensorleitung (9) verbunden ist und ein vierter Knoten (K4) zwischen dem fünften und dem sechsten Widerstandselement (R₅–R₆) mit dem Spannungsdetektor (10) verbunden ist.
Sensorsystem nach Anspruch 8, wobei das erste bis sechste Widerstandselement (R₁–R₆) so dimensioniert sind, dass die Fehler durch Unterbrechung einer der Verbindungsleitungen eindeutig anhand des Fehlerpotentialbereichs, in dem sich das Messpotential befindet, identifizierbar sind.
Sensorsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei das erste bis sechste Widerstandselement (R₁–R₆) weiterhin so dimensioniert sind, dass die Fehler durch Kurzschließen einer der Sensorleitung mit einem Festpotential eindeutig anhand des Messpotentials identifizierbar sind.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Sensor (11) ein logischer Sensor mit digitalem Ausgang ist, wobei der Sensor (11) einen Schalter aufweist, der zu einem des ersten bis dritten Widerstandes parallel geschaltet ist und der abhängig von dem Sensorzustand entweder geschlossen oder geöffnet ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Sensor einen Hall-Sensor umfasst.