DE102006005848B4

DE102006005848B4 - Topologie zur quasiredundanten Smart-Erfassung

Info

Publication number: DE102006005848B4
Application number: DE102006005848A
Authority: DE
Inventors: Leandro G. Rochester Hills Barajas
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: General Motors LLC
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: US20060178857A1; DE102006005848A1

Abstract

Sensoraufbau zum Messen eines vorbestimmten Parameters, der umfasst:
eine Vielzahl an Erfassungselementen (S_a–S_c), die in einem einheitlichen Sensorpaket (310) integriert sind, wobei jedes der Sensorelemente (S_a–S_c) gemäß einem einzelnen Erfassungsprinzip arbeitet, um ein jeweiliges Messsignal, das dem vorbestimmten Parameter entspricht, bereitzustellen; und
einen Signalprozessor (305), der wirksam ist, um die jeweiligen Messsignale zu fusionieren und zu validieren und des weiteren wirksam ist, um auf der Grundlage der Messsignale, die durch die Vielzahl an Erfassungselementen (S_a–S_c) bereitgestellt werden, ein einzelnes Sensorausgangssignal bereitzustellen, das den vorbestimmten Parameter angibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Signalprozessor (305) in dem einheitlichen Sensorpaket (310) integriert ist und
dass der Signalprozessor (305) ausgebildet ist, die Intaktheit der Erfassungselemente (S_a–S_c) durch Rationalitätsprüfungen auf der Grundlage gespeicherter Datentabellen zu überprüfen, um die jeweiligen Messsignale zu validieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Erfassungssysteme. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung sogenannte Smart-Sensoren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele Erfassungssysteme setzen ein redundantes Erfassen ein, um die Genauigkeit und Unempfindlichkeit ihrer Messungen zu verbessern. Solche Systeme zeichnen sich durch eine Vielzahl an im Wesentlichen identischen Sensoren aus, die ausgebildet sind, um einen vorbestimmten Parameter zu messen. Im Wesentlichen basiert eine Redundanz auf einer einfachen Wiederholung der Funktionalität des gleichen Sensortyps entweder an dem gleichen oder an verschiedenen Orten.
Wie es in 1 gezeigt ist, benötigt jeder Sensor (S_n) in solch einem redundanten Aufbau einen einer begrenzten Anzahl an Eingängen (I_n) an einem Mikroprozessor oder einem programmierbaren Logikcontroller (PLC) 110. Mit anderen Worten gibt es eine Eins-zu-Eins-Zuordnung von Sensoren zu Eingabepunkten. Jeder Sensor benötigt deshalb erhebliche Prozessor- oder PLC-Systemressourcen für Signalverarbeitungsaufgaben wie beispielsweise ein Signalkonditionieren und -filtern, eine Analog-Digital-Wandlung (A/D-Wandlung), Fehler- und Offset-Kompensationen, eine Linearisierung, eine Datenspeicherung etc. Je mehr Sensoren in einer redundanten Anordnung verwendet werden, desto mehr Prozessorressourcen sind natürlich erforderlich und werden verbraucht.
Bei solchen redundanten Sensoraufbauten werden durch den Mikroprozessor oder PLC auch eine Datenfusion und -validierung ausgeführt, wodurch noch mehr der begrenzten Prozessorressourcen verbraucht werden und die Gegenstand von Prozessorzyklusverzögerungen und Durchsatzbeschränkungen sind. Es ist schwierig, einzelne Sensoren unter nur einem Paar Sensoren zu validieren, wenn abgesehen von den Daten an den Eingängen des Mikroprozessors oder PLC keine Informationen über die Sensoren verfügbar sind. Einfachere, analoge Systeme können arithmetische Mittelwertbildungstechniken einsetzen, um die Daten von einem Paar Sensoren zu fusionieren. Unempfindlichere Systeme setzen drei Sensoren ein und validieren einzelne Sensordaten mit Kovarianztechniken. Natürlich benötigen, wie erwähnt, mehr Sensoren mehr der bereits begrenzten Eingangspunkte und Prozessorressourcen, verbrauchen zusätzlichen Platz und verursachen zusätzliche Systemkosten.
Sogenannte Smart-Sensoren können durch Ausführen eines großen Teils der Signalverarbeitung vor Ort (zum Beispiel Signalkonditionieren und -filtern, Analog-Digital-Wandlung (A/D-Wandlung), Fehler- und Offset-Kompensationen, Linearisierung, Datenspeicherung) die Belastung des Mikroprozessors oder PLC verringern, und stellen zusätzlich eine Übertragung und ein Puffer von Daten zu und von dem Mikroprozessor oder PLC bereit. Während dies die Notwendigkeit einer sehr anwenderspezifischen Nach-Verarbeitung an dem Mikroprozessor oder PLC beseitigen kann, hat ein Aufbau redundanter Sensoren mit solchen Smart-Sensoren immer noch bestimmte Nachteile und erfordert eine Validierung auf Prozessor- oder PLC-Ebene. Zum Beispiel unterliegen herkömmliche Validierungstechniken allgemeinen Einflüssen auf die Sensoren, wie beispielsweise Hochfrequenzstörung (RFI) und elektromagnetische Störbeeinflussung (EMI), und sind nicht dazu in der Lage, solche Gleichtaktprobleme festzu stellen. Es wurde eine räumliche Verschiedenheit redundanter Sensoren (d. h. eine Verschiedenheit von Sensororten) bei einem Versuch eingesetzt, solche allgemeinen Einflüsse zu berücksichtigen. Es wird jedoch kein praktischer Grad an räumlicher Verschiedenheit den Einfluss von homogen verteilten allgemeinen Einflüssen 115 verringern. Wenn allgemeine Einflüsse konzentriert oder gebündelt sind 120, kann eine räumliche Verschiedenheit eine gewisse Abhilfe schaffen; eine räumliche Verschiedenheit kann jedoch unpraktisch sein, oder sie kann andere Messfehlerquellen einführen, insbesondere bei räumlich kritischen Erfassungsanwendungen wie beispielsweise Messungen von lokalisierten Parametern, bei denen eine Verteilung der Sensoren im Allgemeinen unerwünscht oder unpraktisch ist oder keinen Sinn macht.
Aus der DE 101 33 945 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Austausch und zur Verarbeitung von Messwerten zwischen Sensoren und einer Verarbeitungseinheit bekannt, wobei die von den Sensoren ermittelten Messwerte fusioniert werden können.
Die DE 101 62 689 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung von in einem Fahrzeug angeordneten Sensoren, wobei ein erster und ein zweiter Sensor eine Sensorgruppe bilden und jeweils Messwerte für eine physikalische Größe ermitteln können. Durch Bereitstellungsmittel werden die mit den Sensoren der Sensorgruppe ermittelten Messwerte aufbereitet und zwei redundanten Auswertemitteln zugeführt. Zur Erkennung eines Fehlers wird in den zwei redundanten Auswertemitteln jeweils ein Vergleich durchgeführt, bei dem die Messwerte des ersten Sensors mit den Messwerten des zweiten Sensors verglichen werden.
Die DE 195 10 525 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung einer Kraftfahrzeugbremsanlage, bei welchen eine Betätigung des Bremspedals durch wenigstens zwei diversitäre Messeinrichtungen erfasst und aus den Messsignalen der Bremswunsch des Fahrers ermittelt wird. Zur Fehlerlokalisierung ist eine dritte, die Bremspedalbetätigung erfassende Messeinrichtung vorgesehen, über welche eine Erfassung derselben physikalischen Größe, die von einer der anderen Messeinrichtungen erfasst wird, mit unterschiedlichen Messprinzip möglich ist.
Die US 2003/0033032 A1 beschreibt einen Smart-Sensor, bei dem eine Vielzahl von Sensoren und nachgeschaltete Signalverarbeitungseinrichtungen in einem Sensorpaket angeordnet sind.
Die US 2003/0028345 A1 beschreibt einen Sensoraufbau nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Sensoraufbau anzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die Nachteile einer redundanten Erfassung und räumlichen Verschiedenheit. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Sensoraufbau zum Messen eines vorbestimmten Parameters eine Vielzahl an Erfassungselementen. Die Erfassungselemente sind in einem einheitlichen Sensorpaket integriert. Jedes der Sensorelemente arbeitet gemäß einem einzelnen Erfassungsprinzip, um ein jeweiliges Mess signal zu liefern, das dem vorbestimmten Parameter entspricht. Ein Signalprozessor ist in dem einheitlichen Sensorpaket integriert und ist wirksam, um die jeweiligen Messsignale zu fusionieren. Der Signalprozessor ist ebenfalls wirksam, um auf der Grundlage der Messsignale, die durch die Vielzahl an Erfassungselementen geliefert werden, ein einzelnes Sensorausgangssignal zu liefern, das den vorbestimmten Parameter angibt. Jedes der Erfassungselemente ist im Wesentlichen unempfindlich gegenüber Gleichtakteffekten aufgrund von Einflüssen, die auf alle Sensorelemente einwirken können. Der Signalprozessor kann auch eine Konditionierung und Validierung der Sensorelementsignale bereitstellen.
Gemäß einer bevorzugten Implementierung umfasst der Signalprozessor einen Mikrocontrollerschaltkreis, der ein Speichermedium mit einem Computerprogramm, das darin codiert ist, umfasst. Das Computerprogramm umfasst einen Code zum Abfragen von Erfassungselementsignalen, einen Code zum Konditionieren von Erfassungselementsignalen, einen Code zum Validieren von Erfassungselementsignalen und einen Code zum Fusionieren der Erfassungselementsignale, um ein integriertes Sensorsignal bereitzustellen.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Temperaturerfassungsanwendung umfasst zum Beispiel einen Thermistor, ein Thermoelement und ein Pyrometer als Erfassungselemente. Vorzugsweise umfasst das Erfassungselementkomplement ein Erfassungselement vom berührungslosen Typ (z. B. Pyrometer, thermische Bildwandler und Verhältnisthermometer) und ein Erfassungselement vom Berührungstyp (z. B. Thermistor, Thermoelement und Thermosäule).
Ein Verfahren zum Erfassen eines vorbestimmten Parameters gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, dass eine Vielzahl an Erfassungselementen in einem integrierten Erfassungspaket bereitgestellt wird. Mindestens zwei der Vielzahl an Erfassungselementen zeichnen sich durch Prinzipien einer ungleichen Erfassung aus, um jeweilige Erfassungselementsignale, die dem vorbestimmten Parameter entsprechen, zu liefern. Das Verfahren umfasst auch ein Fusionieren der Erfassungselementsignale mit einem Verarbeitungsschaltkreis in dem integrierten Erfassungspaket, und kann des Weiteren ein Validieren der Erfassungselementsignale umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, die als Beispiele einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und nicht als diese beschränkend zu verstehen sind, und in denen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines redundanten Sensorsystems ist;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Systems ist, das eine quasiredundante Smart-Erfassung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
3 ein detailliertes schematisches Blockdiagramm eines quasiredundanten Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4 ein Flussdiagramm ist, das verschiedene Operationen zeigt, die durch den quasiredundanten Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung wird nun in Bezug auf 2 und 3 beschrieben, die eine Ausführungsform eines quasiredundanten Smart-Sensors 301 mit mehreren Elementen in Anwendung mit einer Mikroprozessor- oder PLC-basierten Steuerung 210 zeigen. In der Figur ist der Sensor 301 mit der Steuerung 210 über eine Leitung 211 in Wirkverbindung gezeigt. Die Leitung 211 umfasst ein beliebiges einer Vielzahl an geeigneten Kommunikationsmitteln, die Kabel- oder drahtlose Verbindungen umfassen.
Bei Kabelverbindungen umfasst eine Datenübertragung serielle oder parallele Daten gemäß der bestimmten Anwendung. Zum Beispiel können Hochgeschwindigkeitsanwendungen von einer Übertragung über einen parallelen Bus profitieren, wohingegen bei Anwendungen, in denen eine Hochgeschwindigkeitsübertragung nicht so entscheidend ist, eine serielle Datenübertragung ausreichen kann. Die Steuerung 210 kann eine unabhängige Steuerung oder ein Teil eines komplexeren Netzwerkes von zusätzlichen Controller (nicht separat gezeigt) sein, die über jeden/jedes einer Vielzahl an Bussen/Netzwerken 215 kommunizieren, die geschlossene und offene Netzwerke umfassen. Der Sensor 301 kann, obwohl dies nicht separat gezeigt ist, auch für eine Übertragung direkt über das Netzwerk 215 oder jedes Zwischennetzwerk oder busgestütztes Kommunikationsmittel ausgebildet sein.
Insbesondere Bezug nehmend auf 3 umfasst eine Vielzahl an Sensorelementen (S) ein erstes Sensorelement S_a, das eine Messung eines vorbestimmten Parameters, der von Interesse ist, zum Beispiel einer Temperatur eines vorbestimmten Ziels wie beispielsweise eines Fahrzeugmotorblocks 307, bereitstellt. Zweite und dritte Sensorelemente S_b und S_c liefern ebenfalls jeweilige Messungen des gleichen vorbestimmten Parameters. Vorzugsweise sind alle einzelnen Sensorelemente S_a, S_b und S_c gemeinsam in einem integrierten Paket 310 angeordnet. Das integrierte Paket kann zum Beispiel einen einheitlichen Sensorkörper zum Einbau und zum Betrieb auf modulare Weise umfassen. Mindestens zwei der Vielzahl an Sensorelementen (S) zeichnen sich durch ungleiche Messprinzipien aus. Zum Beispiel umfasst bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform für eine Temperaturmessung das erste Sensorelement (S_a) einen Thermistor, das zweite Sensorelement (S_b) umfasst ein Thermoelement, und das dritte Sensorelement (S_c) umfasst ein Pyrometer. Während hier eine Temperaturerfassung ausgewählt ist, um die vorliegende Erfindung zu erläutern, ist die vorliegende Erfindung auf jede Erfassung anwendbar, die nicht beschränkende Beispiele wie Druck, Strömung, Annäherung, Bewegung etc. oder jegliche Varianten von diesen umfasst. Während der Thermistor (S_a) und das Thermoelement (S_b) beide Sensoren vom Berührungstyp sind, ist das Pyrometer (S_c) ein Sensor vom berührungslosen Typ. Der Thermistor (S_a) ist ein thermisch empfindlicher Widerstand, der eine Änderung des elektrischen Widerstands mit einer Änderung seiner Temperatur zeigt. Der Widerstand kann dadurch gemessen werden, dass ein kleiner gemessener Gleichstrom durch ihn geführt wird und der erzeugte Spannungsabfall gemessen wird. Das Thermoelement (S_b) umfasst ein Paar unterschiedlicher Metalldrähte, die an einem Ende verbunden sind, um eine Verbindungsstelle zu bilden, die eine thermoelektrische Nettospannung zwischen den anderen Enden entsprechend der Größe des Temperaturunterschieds dazwischen erzeugt. Das Pyrometer (S_c) misst die Temperatur aus dem Betrag der thermischen elektromagnetischen Strahlung, die von einem Bereich des Ziels, das von Interesse ist, empfangen wird. Es sei angemerkt, dass alle drei Sensorelemente ungleiche Messprinzipien aufweisen. Vorzugsweise werden die Sensorelemente auf im Wesentlichen verschiedene Arten durch äußere Einflüsse und Umweltfaktoren beeinträchtigt. Während das Thermoelement (S_b) zum Beispiel unerwünscht durch RFI und EMI beeinträchtigt oder beeinflusst sein kann, sind dies der Thermistor (S_a) und das Pyrometer (S_c) im Allgemeinen nicht. Während der Thermistor (S_a) und das Thermoelement (S_b) zum Beispiel zusätzlich dem thermischen Moment des in Kontakt stehenden Ziels und ihrer eigenen inhärenten thermischen Massen unterliegen, was zu Nachteilen bei Antwortzeiten führt, ist das Pyrometer (S_c) von solchen Einflüssen entkoppelt und weist eine im Wesentlichen schnellere Temperaturmessungsfähigkeit auf. Jeder der einheitlichen Sensoren ist im Wesentlichen von dem anderen in Bezug auf bestimmte unerwünschte Umweltfaktoren entkoppelt. Zusätzlich kann die ungleiche Natur der Sensorelemente auch Unter schiede der Fehlerarten und ein ähnliches Entkoppeln von diesen darstellen.
Natürlich können komplexere Varianten von einfachen Sensoren, wie beispielsweise diese, die oben erläutert wurden, als die Erfassungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert werden, wobei angemerkt sei, dass das Aufweisen von ungleichen Messprinzipien erhalten bleiben sollte. Zum Beispiel kann eine Thermosäule, die eine Vielzahl an Thermoelementen umfasst, anstatt oder in Verbindung mit einem einzelnen Thermoelement verwendet werden. Eine Vielzahl an pyrometerbasierten Sensoren umfasst auch zweidimensionale thermische Bildwandler und Verhältnisthermometer, von denen jeder anstatt oder in Verbindung mit einem einfachen Pyrometer verwendet werden kann.
Ein Signalprozessorschaltkreis 305 in dem integrierten Paket 310 mit Smart-Sensoren 301 stellt ein Signalkonditionieren und -filtern, eine Analog-Digital-Wandlung (A/D-Wandlung) (wie erfordert), Fehler- und Offset-Kompensationen, eine Linearisierung etc. der Vielzahl an Sensor-Signalen (S-Signalen) bereit. Zusätzlich können durch den Schaltkreis 305 eine Datenspeicherung und -übertragung und ein Puffern von Daten zu und von dem Mikroprozessor oder PLC bereitgestellt sein. Der Schaltkreis 305 kann bei bestimmten Anwendungen auf eine vollständig analoge Weise implementiert sein. Der Schaltkreis 305 ist jedoch vorzugsweise mikrocontrollerbasiert mit einem herkömmlichen Steuer- und Logikschaltkreis, wie er durch die bestimmte Sensoranwendung erforderlich ist, und umfasst eine CPU, Nur-Lese- und Lese-Schreib-Speichereinrichtungen, in denen eine Vielzahl an Routinen zum Ausführen von Operationen gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert sind, die Routinen für ein Signalkonditionieren und -filtern, Fehler- und Offset-Kompensationen, eine Linearisierung etc. der Signale von der Vielzahl an Sensoren (S) umfassen.
Der Schaltkreis 305 kann zum Beispiel auch einen gewöhnlichen Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis (I/O-Schaltkreis) mit A/D- und D/A-Wandlern, nichtflüchtige Speichereinrichtungen, digitale Signalprozessoren, Schaltkreise für gemischte Betriebsarten etc. umfassen. Wenn solche Schaltkreise prozessorbasiert sind, können sie anwenderspezifisch programmiert werden, um spezifische Systemanforderungen zu erfüllen und später nach Bedarf neu programmiert oder wieder kalibriert zu werden.
Unabhängige Messungen von der Vielzahl an Sensoren (S) werden in dem Sensor validiert und fusioniert, um eine zuverlässige Informationsquelle für den Controller 210 zu bieten. Solch eine verteilte Verarbeitung erleichtert solche Verarbeitungsfunktionen von dem Controller 210 und beseitigt vorteilhafterweise die begleitenden Durchsatzbeschränkungen und Verzögerungen.
4 zeigt bestimmte beispielhafte Operationen, die vorzugsweise durch den mikrocontrollerbasierten Schaltkreis 305 gemäß der vorliegenden Erfindung und Anweisungssätze, die zum Beispiel in nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, ausgeführt werden. Obwohl die Operationen allgemein als eine Vielzahl serieller Unteroperationen 410 bis 460 gezeigt sind, werden Fachleute erkennen, dass sie nicht notwendigerweise in solch einer Reihenfolge ausgeführt werden.
Zuerst beginnend mit Block 410 umfasst eine Sensorelement-Datenabfrage Schritte, die notwendig sind, um die einzelnen Sensoren (S_a–S_c) auszulesen. Solche Schritte können auf einer regelmäßigen Basis, wie zum Beispiel über eine herkömmliche Timer-Interrupt-Schleife, oder über andere unregelmäßige Interrupts, wie beispielsweise ereignisbasierte Interrupts, ausgeführt werden. Die Frequenz der Datenabfrage variiert gemäß Faktoren wie dem Parameter, der erfasst wird, und dem Messprinzip des Erfassungselements. Diese Operation kann des Weiteren ein Bereitstellen von Spannung oder Strom für den Sensor, zum Beispiel einen Steuerstrom für einen Thermistor, um eine Abfrage einer sich ergebenden Spannung zu ermöglichen, umfassen. Zusätzlich würde ein Multiplexing der verschiedenen Sensorelemente auf eine einzelne Eingangsstufe bei einem Einsetzen eine Koordination und eine Verwaltung an diesem Punkt erfordern.
Block 420 stellt das Konditionieren der Sensorelementdaten, die so abgefragt werden, dar. Zum Beispiel wird ein Signalkonditionieren der abgefragten Daten ausgeführt, das ein herkömmliches ”Entprellen”, ein Filtern, eine Mittelwertbildung, Fehler- und Offset-Kompensationen, eine Linearisierung, etc. umfasst. Eine Analog-Digital-Wandlung der Daten wird auch als Teil der Signalkonditionierung ausgeführt. Solch eine A/D-Wandlung kann jedoch an verschiedenen Stellen bei der Konditionierung – und sogar der Validierung – der erfassten Daten ausgeführt werden, da bestimmte Operationen in den digitalen Bereichen oft komplexer sind, und es kann bevorzugt sein, die Daten in dem analogen Gebiet zu verarbeiten. Schließlich ist es jedoch vorzuziehen, analoge Sensorelementdaten zu digitalisieren.
Als nächstes stellt Block 430 eine Validierung der einzelnen Sensorelementdaten dar, wobei die Intaktheit eines bestimmten Sensorelements geprüft werden kann. Solch eine Operation kann Rationalitätsprüfungen auf der Grundlage gespeicherter Datentabellen, neuen Sensorelementverlaufsdaten oder quasikovarianz-relativ zu den anderen gemeinsam gepackten Sensorelementen oder echtkovarianz-relativ zu anderen ähnlichen Sensorelementen in einem System, das solche redundanten Sensorelemente entweder als zusätzliche Sensorelemente, als Teil oder getrennt von dem gleichen integrierten Paket 301 einsetzt, umfassen.
Die validierten Sensordaten können dann auf jede Vielzahl von bekannten Arten fusioniert werden, um einen integrierten Sensorausgang zu erreichen, wie es in Block 440 gezeigt ist. Verschiedene Fusionsprinzipien, deren Komplexität von einfach korrelativ über analytisch bis empirisch gelernt reicht, oder Mischungen aus diesen, können verwendet werden, um die Sensorelementdaten unter Verwendung von zum Beispiel einer Dempster-Shafer- oder einer Bayes'schen Datenfusion zu fusionieren, und somit Signale anzusammeln, die von verschiedenen Quellen und sogar zu verschiedenen Zeiten abgefragt werden. Wenn es erwünscht ist, werden an dieser Stelle nach Bedarf auch zusätzliche Ausgänge synthetisiert. Zum Beispiel kann eine Leistungsmessung indirekt durch Messen des Stroms durch einen und der Spannung über einen elektrischen Schaltkreis oder ein Element und Bestimmen der elektrischen Leistung als eine Funktion von Strom und Spannung erhalten werden.
Block 450 stellt als nächstes eine Datenspeicherung dar, die einzelne Sensorelementdaten, fusionierte und synthetisierte Sensordaten und jegliche anderen Daten, die bei der Sensoroperation, Diagnose und Prognose verwendet werden können, umfassen kann. Schließlich stellt Block 460 eine Kommunikationsverwaltung und einen Datentransfer zwischen dem Smart-Sensor 301 und der Steuerung 210 oder anderen Bussen oder Netzwerken 215 dar.
Die Erfindung wurde in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die nur zur Erläuterung der Erfindung und nicht zur Beschränkung beabsichtigt sind. Während die Erfindung zum Beispiel in Bezug auf eine Fahrzeugmotortemperatur-Erfassungsanwendung beschrieben wurde, ist sie gleichermaßen mit geeigneten Abwandlungen auf andere Erfassungsanwendungen anwendbar.

Claims

Sensoraufbau zum Messen eines vorbestimmten Parameters, der umfasst: eine Vielzahl an Erfassungselementen (S_a–S_c), die in einem einheitlichen Sensorpaket (310) integriert sind, wobei jedes der Sensorelemente (S_a–S_c) gemäß einem einzelnen Erfassungsprinzip arbeitet, um ein jeweiliges Messsignal, das dem vorbestimmten Parameter entspricht, bereitzustellen; und einen Signalprozessor (305), der wirksam ist, um die jeweiligen Messsignale zu fusionieren und zu validieren und des weiteren wirksam ist, um auf der Grundlage der Messsignale, die durch die Vielzahl an Erfassungselementen (S_a–S_c) bereitgestellt werden, ein einzelnes Sensorausgangssignal bereitzustellen, das den vorbestimmten Parameter angibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalprozessor (305) in dem einheitlichen Sensorpaket (310) integriert ist und dass der Signalprozessor (305) ausgebildet ist, die Intaktheit der Erfassungselemente (S_a–S_c) durch Rationalitätsprüfungen auf der Grundlage gespeicherter Datentabellen zu überprüfen, um die jeweiligen Messsignale zu validieren.
Sensoraufbau nach Anspruch 1, wobei die Erfassungselemente (S_a–S_c) im Wesentlichen unempfindlich gegenüber Gleichtakteffekten aus allgemeinen Einflüssen (115) sind.
Sensoraufbau nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor (305) wirksam ist, um die Messsignale zu konditionieren.
Sensoraufbau nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor (305) einen Mikrocontrollerschaltkreis umfasst, wobei der Schaltkreis ein Speichermedium mit einem Computerprogramm, das dann codiert ist, umfasst, und das Computerprogramm umfasst: einen Code zum Abfragen der Messsignale; einen Code zum Konditionieren der Messsignale; einen Code zum Validieren der Messsignale; und einen Code zum Fusionieren der Messsignale, um das integrierte Sensorausgangssignal zu liefern.
Sensoraufbau nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Parameter die Temperatur umfasst, und die Erfassungselemente (S_a–S_c) einen Thermistor umfassen.
Sensoraufbau nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Parameter die Temperatur umfasst, und die Erfassungselemente (S_a–S_c) ein Pyrometer umfassen.
Sensoraufbau nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Parameter die Temperatur umfasst, und die Erfassungselemente (S_a–S_c) ein Thermoelement umfassen.
Sensoraufbau nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Parameter die Temperatur umfasst, und die Erfassungselemente (S_a–S_c) mindestens ein Temperaturerfassungselement vom Berührungstyp und mindestens ein Temperaturerfassungselement vom berührungslosen Typ umfassen.
Sensoraufbau nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine Temperaturerfassungselement vom Berührungstyp ein Thermoelement und/oder einen Thermistor und/oder eine Thermosäule und/oder Kombinationen aus diesen umfasst.
Sensoraufbau nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine Temperaturerfassungselement vom berührungslosen Typ ein Pyrometer und/oder einen thermischen Bildwandler und/oder ein Verhältnisthermometer und/oder Kombinationen aus diesen umfasst.
Sensoraufbau nach Anspruch 4, wobei der Code zum Fusionieren der Messsignale einen Code zum Synthetisieren eines Maßes des vorbestimmten Parameters als eine Funktion der jeweiligen Messsignale von den Erfassungselementen (S_a–S_c) umfasst.
Sensoraufbau nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Parameter eine elektrische Leistung umfasst, die Erfassungselemente (S_a–S_c) einen Spannungssensor und einen Stromsensor umfassen, und der Code zum Fusionieren der Messsignale einen Code zum Synthetisieren einer elektrischen Leistung als eine Funktion von Strom und Spannung umfasst.
Verfahren zum Erfassen eines vorbestimmten Parameters mit einem Sensoraufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst, dass jedes Erfassungselement (S_a–S_c) ein Messsignal bereitstellt, das dem vorbestimmten Parameter entspricht, dass die Intaktheit der Erfassungselemente (S_a–S_c) durch Rationalitätsprüfungen auf der Grundlage gespeicherter Datentabellen mit dem Signalprozessor (305) überprüft wird, um die Messsignale zu validieren, dass die Messsignale mit dem Signalprozessor (305) fusioniert werden, und dass ein einzelnes Sensorausgangssignal, das den vorbestimmten Parameter angibt, auf der Grundlage der Messsignale von dem Signalprozessor (305) bereitgestellt wird.