DE102006007098A1

DE102006007098A1 - Verfahren zur Funktionsprüfung einer Signalverarbeitungseinheit sowie geeignete Signalverarbeitungseinheit

Info

Publication number: DE102006007098A1
Application number: DE102006007098A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Fey; Lothar Dipl.-Ing. Weichenberger
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-07-19

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Funktionsprüfung einer Signalverarbeitungseinheit, insbesondere einer Beschleunigungssensoreinheit, vorgestellt. Der Signalverarbeitungseinheit wird für zumindest einen Signalverarbeitungsschritt das Eingangssignal invertiert zur Verfügung gestellt und der Signalverarbeitungsschritt sowohl mit dem Eingangssignal als auch mit dem invertierten Eingangssignal durchgeführt und das Ausgangssignal des nicht-invertierten Eingangssignals mit dem Ausgangssignal des invertierten Eingangssignals mit vorgegebenen Regeln verglichen und bei Auftreten eines Fehlers ein Ausfall der Signalverarbeitungseinheit erkannt.

Description

Bei den heutigen Signalverarbeitungseinheiten, wie bspw. Beschleunigungsaufnehmern werden zum Nachweis der Funktionalität desselben im Regelfall bei der Inbetriebnahme (Power On/Zündschlüssel passiv ➔ aktiv) durch eine initiierte Testphase geprüft, ob der Beschleunigungsaufnehmer ein auf eine Testanregung an einem dafür vorgesehenen Eingang am Ausgang ein entsprechendes erwartetes Signal zeigt/erzeugt, um aufgrund dessen Form und Amplitude auf die korrekte Funktionalität, insbesondere den Verstärkungsfaktor und Filtereigenschaften, des Beschleunigungssensors schließen zu können.

Diese Tests werden derzeit nur während der Selbsttestphase des Systems durchgeführt, da eine Überprüfung während des zyklischen Betriebs des Sensors (Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs) die am Ausgang entstehenden Signale von dem nachgeschaltetem μC (Berechnungseinheit außerhalb des Sensors) bzw. Auswerteeinheit (Algorithmus) irrtümlicherweise als Crashsignal interpretiert werden könnten/wurden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinheit mit durchgängigem Testkonzept, welche auch zyklisch während des aktiven Betriebs im System geprüft werden kann, vorzustellen, damit infolge der damit möglich werdenden zyklischen Tests auch während des aktiven Einsatzfalls (Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs) eine Erhöhung der Sicherheit im System erreicht werden kann.

Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in zumindest einem Abschnitt der Signalverarbeitungskette zur kontinuierlichen Fehlererkennung eine parallele invertierte und nichtinvertierte Abarbeitung des Sensorsignals durchgeführt wird, d.h. der Signalverarbeitungsschritt sowohl mit dem Eingangssignal als auch mit dem invertierten Eingangssignal durchgeführt. Das invertierte Eingangssignal kann dabei aus dem Eingangssignal durch einen Inverter gewonnen werden oder durch eine invertiert ausgestaltete zweite Sensoreinheit, bspw. einen entgegengesetzt gerichteten oder gepolten Sensor.

Das Ausgangssignal des nicht-invertierten Eingangssignals wird anhand vorgegebener Regeln mit dem Ausgangssignal des invertierten Eingangssignals verglichen und bei Auftreten eines Fehlers, also einer Abweichung außerhalb einer vorgegebenen Toleranz, ein Ausfall der Signalverarbeitungseinheit erkannt. Im einfachsten Fall könnte die Regel besagen, dass das Ausgangssignal des invertierten Eingangssignals dem Invertierten des Ausgangssignals des nicht-invertierten Eingangssignals entspricht. Je nach Art des Signalverarbeitungsschritts können selbstverständlich auch andere Regeln anzuwenden sein, um eine korrekte Verarbeitung der Signale überprüfen zu können.

Vorzugsweise werden eine Mehrzahl von Signalverarbeitungsschritten sowohl mit dem nicht-invertierten Eingangssignal als auch mit dem invertierten Eingangssignal durchgeführt, wobei nicht nur am Ende sondern nach jedem Signalverarbeitungsschritt ein Zwischenvergleich des Ausgangssignals des invertierten mit dem des nicht-invertierten Eingangssignals gemäß den vorgegebenen Regeln erfolgen kann. Dadurch kann genau derjenige Signalverarbeitungsschritt erkannt werden, der eine Abweichung von den Regeln erzeugt.

Zur Funktionsprüfung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird wiederum vorgeschlagen, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt als erstes Eingangssignal das invertierte bzw. nicht-invertierte Eingangssignal und als zweites Eingangssignal anstelle des nicht-invertierten bzw. invertierten Eingangssignals gezielt ein von den vorgegebenen Regeln abweichendes Fehlersignal zu erzeugen. Mit diesem (korrekten) ersten und (fehlerhaften) zweiten Eingangssignal werden der bzw. die Signalverarbeitungsschritte durchgeführt und beim anschließenden Vergleich der Ausgangssignale geprüft, ob der Vergleich die Abweichung des ersten und zweiten Ausgangssignals von den vorgegebenen Regeln erkennt.

Es können die Signalverarbeitungsschritte mit dem nicht-invertierten Eingangssignal und dem invertierten Eingangssignal entweder zeitlich parallel in einer redundanten parallel aufgebauten Baugruppe oder alternativ zeitlich versetzt nacheinander durch die gleiche Baugruppe durchgeführt werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 erstes Ausführungsbeispiel mit einer parallelen Verarbeitung von invertiertem und nichtinvertiertem Eingangssignal
2 zweites Ausführungsbeispiel mit zeitversetzter Verarbeitung von invertiertem und nichtinvertiertem Eingangssignal
3 Skizze der Funktionsüberprüfung des Vergleichers durch Einprägung eines gezielt fehlerhaftetn zweiten Eingangssignals
In der 1 wird das Sensorsignal (x) am Ausgang des Sensors (3) auch als invertiertes Sensorsignal (x-quer) bereitgestellt, so dass sowohl das Signal x als auch das Signal x-quer dem nachgeschalteten ASIC (2) bzw. der Signalaufbereitungseinheit (2) zugeführt wird. Durch die Bereitstellung eines zweiten invertierten Signals (x-quer) kann somit im ASIC (2) bzw. der Signalaufbereitungseinheit (2) jeweils ein Vergleich zwischen den einzelnen Komponenten, (wie z.B. A/D-Wandler (2.1.x), Hochpass (2.2.x), Tiefpass (2.3.x), Verstärker (2.4.x) & Coder (2.5.x), vorzugsweise im ASIC (2)) der in der Signalkette vorhandenen Glieder durchgeführt werden. Durch den Vergleich der invertierten und nicht-invertierten Signale, kann bei einer Signalabweichung an einer beliebigen Stelle der Signalkette, sofort erkannt werden, dass ein Fehler vorhanden ist sowie der Ort des Fehlers in der Signalkette detektiert werden, um anhand dieser Informationen ein Fehlersignal zur Warnung der nachgeschalteten Verarbeitungseinheit (4) generieren zu können.
Je nach gewünschter Prüftiefe können die Vergleiche (wie in 1 gezeigt) nach/bei jeder Komponente durchgeführt werden, oder falls eine geringe Prüftiefe gewünscht ist, nur an einzelnen ausgewählten Abschnitten der Signalverarbeitungskette. Ebenso ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Signalinvertierung bereits am Ausgang des Sensorelements (3) erfolgen muss, da theoretisch die Signalinvertierung auch an anderen Stellen der Signalkette erfolgen kann, sofern diese vor der zu prüfenden Komponente liegt. Ab der Invertierung/Aufspaltung an beliebiger Stelle ist eine kontinuierliche Fehlererkennung durch Einsatz eines Vergleichs nach der Funktion Kanal x minus Kanal x-quer möglich.
Anstatt der Invertierung des Signals x des Sensors (3) kann auch ersatzweise ein zweiter unabhängiger Sensor 3.2 mit invertierter Ausgestaltung, also bspw. invertierter Polarität, Richtung oder Empfindlichkeit als invertiertes Referenzsignal herangezogen werden, wobei infolge der gegebenen Toleranzen der Sensoren (3.1, 3.2), dann eine größere Toleranz in der Auswertung zu berücksichtigen ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind Beschleunigungssensoren 3.1 und 3.2 mit entgegengesetzter Empfindlichkeitsrichtung antiparallel verwendet, wie 2 anhand der Pfeilrichtungen skizzenhaft verdeutlichen soll.
Die invertierte Verarbeitung kann dabei hardwaremäßig durch die gleichen Bestandteile der Signalaufbereitungseinheit 2 erfolgen, indem im Multiplexbetrieb jeweils das nicht-invertierte und invertierte Signal jeweils zeitversetzt zueinander verarbeitet werden, wie dies 2 zeigt.
Ebenso ist auch eine zeitlich versetzte Abarbeitung oder Einbeziehung analoger Blöcke möglich, wobei dann noch eine zulässige Abweichung ε zu berücksichtigen ist.
Kanal x = – (Kanal x-quer) ± ε
Ein Vorteil der invertierten Abarbeitung beider Eingangssignale durch die gleichen Signalverarbeitungsblöcke/-einheiten (gegenüber einer redundanten Abarbeitung von zwei Kanälen) ist, dass gleichartige systematische Fehler sich dadurch in der Signalkette verschieden auswirken und dadurch sicher erkannt werden.
Um diese Funktionsprüfung durch den Vergleich von den Ausgangssignalen des invertierten und nicht-invertierten Eingangssignals anhand der vorgegebenen Regeln ihrerseits überprüfen zu können, wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt als erstes Eingangssignal das invertierte bzw. nicht-invertierte Eingangssignal, als zweites Eingangssignal anstelle des nicht-invertierten bzw. invertierten Eingangssignals gezielt ein von den vorgegebenen Regeln abweichendes Fehlersignal erzeugt. Dies skizziert 3
3 zeigt also eine redundante Signalverarbeitung für ein Sicherheitssystem in einem Kraftfahrzeug, bei dem Sensordaten, hier Beschleunigungsdaten, redundant, hier nämlich als nichtinvertierte (x.1 = X) und invertierte Daten (x.2 = –x.1) verarbeitet und die Ergebnisse in der Signalverarbeitungskette miteinander verglichen werden. Zum Test dieser Testfunktion ist eingangsseitig die Möglichkeit der Unterbrechung der normalen Signalzufuhr und Einspeisung gezielt nicht einander entsprechender Testdaten (x.2(Test) ≠ –x.1(Test)) vorgesehen.
Darüber hinaus kann noch an weiteren Stellen in der Signalverarbeitungskette eine solche Einspeisung erfolgen, wie durch 8.3.1 und 8.3.2 zum Test des Signalvergleichs nach Tiefpassfilterung (2.3.1/2.3.2) skizziert ist.
Es werden also die Signalverarbeitungsschritte 2.1.1 ff. mit dem ersten x.1 und zweiten Eingangssignal durchgeführt und beim anschließenden Vergleich der Ausgangssignale auf das erste und zweite Eingangssignal geprüft wird, ob der Vergleich die Abweichung des ersten und zweiten Ausgangssignals von den vorgegebenen Regeln erkennt.

Claims

Verfahren zur Funktionsprüfung einer Signalverarbeitungseinheit (1), insbesondere einer Beschleunigungssensoreinheit, wobei der Signalverarbeitungseinheit ein Eingangssignal zugeführt wird und die durch zumindest einen Signalverarbeitungsschritt daraus ein Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Signalverarbeitungsschritt (2.1.1, 2.1.2,...) sowohl mit dem Eingangssignal (x) als auch mit einem Invertierten (–x) zum Eingangssignal durchgeführt und das Ausgangssignal (Y2.1.1) des nicht-invertierten Eingangssignal mit dem Ausgangssignal (Y2.1.2) des invertierten Eingangssignals (–x) mit vorgegebenen Regeln (Y2.1.2 = –Y2.1.1 ?) verglichen und bei Auftreten eines Fehlers ein Ausfall der Signalverarbeitungseinheit erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl (2.1.1, 2.2.1, .2.3.1,...) von Signalverarbeitungsschritten sowohl mit dem nicht-invertierten Eingangssignal (x) als auch mit dem invertierten Eingangssignal (–x) durchgeführt werden, wobei nach einem oder mehreren gewählten Signalverarbeitungsschritt (2.1.1, 2.2.1, .2.3.1,...) ein Zwischenvergleich (Y2.1.2 = –Y2.1.1 ?) des Ausgangssignals des invertierten mit dem des nichtinvertierten Eingangssignals gemäß den vorgegebenen Regeln erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (1) zumindest die Signalverarbeitungsschritte Analog-Digital-Wandlung (2.1.1), Filterung (2.2.1, 2.3.1), Verstärkung (2.4.1) und Codierung (2.5.1) umfasst und diese Signalverarbeitungsschritte mit dem nicht-invertierten (x) als auch invertierten Eingangssignal (–x) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Funktionsprüfung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt als erstes Eingangssignal (x.1 = x) das invertierte bzw. nicht-invertierte Eingangssignal und als zweites Eingangssignal anstelle des nicht-invertierten bzw. invertierten Eingangssignals gezielt ein von den vorgegebenen Regeln abweichendes Fehlersignal (x.2 ≠ –x.1) erzeugt, der bzw. die Signalverarbeitungsschritte mit dem ersten und zweiten Eingangssignal (x.1, x.2) durchgeführt und beim anschließenden Vergleich der Ausgangssignale auf das erste und zweite Eingangssignal geprüft wird, ob der Vergleich die Abweichung des ersten und zweiten Ausgangssignals von den vorgegebenen Regeln erkennt.
Signalverarbeitungseinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Einheit zum Erzeugen eines invertierten Eingangssignals, zumindest eine Baugruppe (2.1.1, 2.2.1, .2.3.1,...) zum Durchführen eines Signalverarbeitungsschritts und eine Vergleichseinheit (2.7) zum Vergleichen des Ausgangssignals (Y2.1.1,...) des nicht-invertierten Eingangssignals mit dem Ausgangssignal (Y2.1.2,...) des invertierten Eingangssignals mit vorgegebenen Regeln und zum Feststellen eines Ausfall der Signalverarbeitungseinheit (1) bei Auftreten eines Fehlers vorgesehen sind.
Signalverarbeitungseinheit nach Anspruch 5, wobei eine erste Baugruppe (2.1.1) zum Durchführen des Signalverarbeitungsschritts mit dem nicht-invertierten Eingangssignals (x) und eine zweite identische Baugruppe (2.1.2) zum parallelen Durchführen des gleichen Signalverarbeitungsschritts mit dem invertierten Eingangssignals (–x) vorgesehen sind.
Signalverarbeitungseinheit nach Anspruch 5, wobei eine Steuereinheit (2.7) vorgesehen ist, die der Baugruppe (2.1.1) zum Durchführen des Signalverarbeitungsschritts zeitversetzt nacheinander das nicht-invertierte bzw. invertierte Eingangssignal (x, –x) zuführt und beide Eingangssignale zeitversetzt nacheinander von der gleichen Baugruppe (2.1.1) verarbeitet und nachfolgend die Ausgangssignale (Y2.1.1(x) = –Y2.1.1(–x)?) mit den Regeln verglichen werden.
Signalverarbeitungseinheit nach Anspruch 5, wobei eine erste Sensoreinheit (3.1) zum Erzeugen des nicht-invertierten Eingangssignals (x) und eine zweite, dazu invertiert ausgestaltete Sensoreinheit (3.2) zum Erzeugen eines betragsmäßig zumindest näherungsweise gleichen, jedoch invertierten Eingangssignals (–x).