DE102006024312A1

DE102006024312A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette für ein Sensorelement-Ausgangssignal

Info

Publication number: DE102006024312A1
Application number: DE102006024312A
Authority: DE
Inventors: Lothar Weichenberger; Alexander Lämmle; Hermann Küblbeck
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1.5, 1.6, 1.7, 1.8) zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette (1.2, 1.3) für ein Sensorelement-Ausgangssignal mit einer Offsetkompensation (1.5) zum Ermitteln eines Offsetfehlers des Ausgangssignals des Sensorelements (1.1) und einer Einstellvorrichtung (1.6, 1.7, 1.8) zum Nachführen von Grenzen von einem oder mehreren Nutzbereichen in der Signalverarbeitungskette (1.2, 1.3) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers (1.10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette für ein Sensorelement-Ausgangssignal gemäß Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 12.

Häufig werden bei Sicherheitssystemen, insbesondere bei Insassenschutzsystemen so genannte Assistenzsensoren, beispielsweise Seiten- oder Up-Front-Sensoren eingesetzt, um möglichst frühzeitig und exakt eine bestimmte Crashsituation zu erkennen. Derartige Sensoren enthalten meist neben einem Sensorelement, das beispielsweise eine Krafteinwirkung oder Beschleunigung erfasst und in eine elektrische Spannung wandelt, eine Signalverarbeitungselektronik, die ausgebildet ist, die vom Sensorelement erzeugte elektrische Spannung für eine nachfolgende Verarbeitung, beispielsweise mit einem Crashalgorithmus aufzubereiten, und daher auch häufig als Signalaufbereitung bezeichnet wird. Durch die Aufbereitung wird die elektrische Spannung meistens in ein Signal eines vorgegebenen Wertebereichs abgebildet, um eine zuverlässige Weiterverarbeitung sicherzustellen.

Problematisch ist bei den Assistenzsensoren allerdings, dass sie schnell in den sogenannten Überlastbereich gelangen, da sie sich in der Regel in unmittelbarer Nähe der bei einem Zusammenstoß auftretenden Krafteinwirkung befinden. Die auf das Sensorelement einwirkende physikalische Größe kann daher innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne nach einem Zusammenstoß sehr hohe Werte annehmen. Unter Überlastbereich wird hier ein Bereich verstanden, in dem die auf ein Sensorelement einwirkende physikalische Größe einen Wert aufweist, der außerhalb von Verarbeitungsgrenzen der Signalverarbeitungselektronik liegt, d.h. nicht mehr in ein Signal des vorgegebenen Wertebereichs abgebildet werden kann, da er zu groß ist.

Das vom Sensor im Überlastbereich erzeugte Signal weist daher Beschneidungen und Verzerrungen auf, die eine sinnvolle Weiterverarbeitung beispielsweise in einem Crashalgorithmus be- oder sogar ganz verhindern. Ein Offsetfehler eines Sensorelements kann zudem bewirken, dass noch schneller ein Signal in den Überlastbereich gerät, da der Fehler in der vom Sensorelement erzeugten elektrischen Spannung eine Unsymmetrie bewirkt. In der Praxis können aufgrund eines derartigen Offsetfehlers unsymmetrische Beschneidungen und Verzerrungen entstehen, die eine erhebliche Fehleinwirkung auf die nachfolgenden Verarbeitungseinheiten bewirken können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette für ein Sensorelement-Ausgangssignal, insbesondere für die Signalverarbeitungskette eines Sensors für eine Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette für ein Sensorelement-Ausgangssignal mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, vorgegebene Nutzbereichsgrenzen einer Signalaufbereitungskette für ein Ausgangssignal eines Sensorelements bei Vorliegen eines Offsetfehlers im Sensorsignal automatisch nachzuführen derart, dass Beschneidungen und Verzerrungen in der Signalaufbereitungskette aufgrund begrenzter Nutzbereiche zur Verarbeitung des Sensorsignals, wenn überhaupt nur in reproduzierbarer, vorhersagbarer Art auftreten. Mit anderen Worten schlägt also die Erfindung vor, Nutzbereiche dynamisch an ein Sensorsignal anzupassen, insbesondere auf Basis eines Offsetfehlers des Sensorsignals. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die vorgegebenen Grenzen etwa symmetrisch zum Sensorsignal liegen sollen. Unter Grenzen werden allgemein Begrenzungen eines Nutz- bzw. Arbeitsbereichs verstanden, d.h. eines Bereichs, in dem sich ein zu verarbeitendes Signal typischerweise befindet, das nicht im Überlastbereich liegt. Die Grenzen sind hierbei vor allem durch das Schaltungsdesign der Signalverarbeitungskette vorgegeben, um Verarbeitungsfehler aufgrund von zu großen Signalpegeln zu vermeiden. Insbesondere in einer Signalverarbeitungskette mit integrierenden Elementen wie einem Tiefpass ist es besonders wichtig, die Nutzbereiche eines Sensorsignals derart einzustellen, dass das Signal etwa symmetrisch zu den Nutzbereichgrenzen liegt, um eine unerwünschte Signalverschiebung nach der Integration zu vermeiden.

Durch die Erfindung kann also insbesondere dafür gesorgt werden, dass bei Auftreten eines Offsetfehlers bei einem Sensorelement, der eine unsymmetrische Begrenzung des Sensorsignals zur Folge haben könnte, die Abweichung in Größe des Offsetfehlers bei einzelnen in einer Signalkette zur Verarbeitung des Sensorsignals vorhandenen Stufen entsprechend berücksichtigt wird, damit insbesondere im Überlastbetrieb symmetrische Grenzen von Nutzbereichen gewährleistet sind. Dadurch können Sensoren insbesondere für Anwendungen in Fahrzeugen, beispielsweise für Sicherheitssysteme realisiert werden, die äußerst robust und zuverlässig sind, insbesondere ohne größere Signalverzerrungen und -beschneidungen im Überlastbereich arbeiten können.

Die Erfindung betrifft nun gemäß einer Ausführungsform eine Vorrichtung zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette für ein Sensorelement-Ausgangssignal mit
einer Offsetkompensation zum Ermitteln eines Offsetfehlers des Ausgangssignals des Sensorelements und
einer Einstellvorrichtung (zum Nachführen von Grenzen von einem oder mehreren Nutzbereichen in der Signalverarbeitungskette auf Basis des ermittelten Offsetfehlers.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Wandler zum Abbilden eines Ausgangssignals des Sensorelements in ein Signal eines vorgegebenen Wertebereichs vorgesehen, und
die Einstellvorrichtung ist zum Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Wandler auf Basis des ermittelten Offsetfehlers ausgebildet.

Die Nutzbereichgrenzen im Wandler geben die Grenzen des Verarbeitungsbereichs des vom Sensorelement erzeugten Signals, beispielsweise einer elektrischen Spannung vor. Der Wandler kann beispielsweise ein Analog-/Digital-Wandler sein, dessen Grenzen durch das Schaltungsdesign vorgegeben sind und den Wertebereich bestimmten, der für eine Abbildung eines analogen Eingangswertes auf einen digitalen Ausgangswert zur Verfügung steht. Durch eine Nachführung der Nutzbereichgrenzen auf Basis des Offsetfehlers können Signalverzerrungen und -beschneidungen vermieden werden, da vereinfacht ausgedrückt die Nutzbereichgrenzen derart in Bezug auf das Signal des Sensorelements eingestellt werden können, dass eine gewünschte Abbildung durch den Wandler erfolgt, beispielsweise dass im Ruhezustand des Sensorelements eine elektrische Ausgangsspannung des Sensorelements etwa in der Mitte zwischen einer oberen und einer unteren Nutzbereichgrenze eines Analog-/Digital-Wandlers liegt. Außerdem ist damit auch eine Kompensation von unsymmetrischen Schaltungsblöcken (A/D, Verstärker, ...) möglich. Durch die Nachführung kann demnach eine gezielte „Verschiebung" der Nutzbereichgrenzen bewirkt werden, d.h. es kann auch eine gezielte „Unsymmetrie" hinsichtlich einer oberen und unteren Nutzbereichgrenze bezüglich eines Signals erzeugt werden. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise die Amplitudenwerte der elektrischen Spannung in einer Richtung wesentlich größer sind als in einer anderen Richtung. Wenn beispielsweise bei einem Sensorelement zur Beschleunigungsmessung nur sehr hohe negative Beschleunigungen erfasst werden sollen, kann es von Vorteil sein, durch die Nachführung gemäß der Erfindung die Nutzbereichgrenzen eines Analog-/Digital-Wandlers derart zu verschieben, dass die großen Amplituden der elektrischen Spannung des Sensorelements bei negativen Beschleunigungen sicher im Nutz- bzw. Arbeitsbereich des Analog-/Digital-Wandlers liegen und auf Werte abgebildet werden, die unterschiedlichen Spannungen entsprechen, während große Amplituden der elektrischen Spannung des Sensorelements bei positiven Beschleunigungen durch den Nutz- bzw. Arbeitsbereich des Analog-/Digital-Wandlers begrenzt werden können, d.h. unterschiedliche Spannung auf einen der oberen Nutzbereichgrenze des Analog-/Digital-Wandlers entsprechenden Wert abgebildet, d.h. „beschnitten" werden könne. Die Erfindung ermöglicht also durch die Nachführung der Nutzbereichgrenzen eine gezielte Anpassung des Arbeitsbereichs des Wandlers.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Offsetkompensation einen Ruhewertausgang aufweisen, an dem ein Ruhewert des Sensorelements anliegt, und
die Einstellvorrichtung kann einen Subtrahierer aufweisen, dem der Ruhewert und ein Sollwert zum Berechnen eines Offsetfehlers des Sensorelements zugeführt werden.

Durch den Sollwert kann hierbei die Nachführung der Nutzbereichgrenzen vorgegeben werden. Alls Sollwert soll also ein Vorgabewert verstanden werden, der die Nutzbereichgrenzennachführung vorgibt. Der Ruhewert des Sensorelements bedeutet den Wert, der ohne wesentliche Einwirkung einer physikalischen Größe auf das Sensorelement vom Sensorelement ausgegeben wird, also beispielsweise der Wert eines Beschleunigungssensorelements, der bei einer nur sehr geringen Beschleunigung ausgegeben wird, wenn sich ein Fahrzeug normal fortbewegt.

Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Einstellvorrichtung eine erste Nachführeinrichtung für das Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Wandler auf Basis des ermittelten Offsetfehlers aufweisen. Die Nachführeinrichtung kann beispielsweise eine spezielle Schaltung sein, welche die Nutzbereichgrenzen entsprechend des Offsetfehlers einstellt, beispielsweise eine Schaltung, die aus einem digital ermittelten Offsetfehler ein Einstellsignal für die Nutzbereichgrenzennachführung ableitet.

Zwischen dem Analog-/Digital-Wandler und der Offsetkompensation kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Begrenzer zum Definieren eines zulässigen Nutzbereichs für das Ausgangssignal des Sensorelements geschaltet sein, und
die Einstellvorrichtung ferner zum Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Begrenzer auf Basis des ermittelten Offsetfehlers angepasst sein.

Der Begrenzer hat im Wesentlichen die Aufgabe, das vom Wandler erzeugte Ausgangssignal nochmals für eine weitere Verarbeitung, insbesondere Filterung mittels eines Tiefpassfilters in bekannter Weise und mit bekannten Werten zu begrenzen, um zu vermeiden, dass das weiter zu verarbeitende Signal außerhalb des Nutz- bzw. Arbeitsbereichs der folgenden Verarbeitungsstufen liegt und Verzerrungen oder Beschneidungen des Signals in diesen Stufen auftreten. Durch die Kenntnis der Begrenzung kann diese dann bei einer Simulation/Auslegung der nachfolgenden Verarbeitung berücksichtigt werden.

Weiterhin kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Einstellvorrichtung eine zweite Nachführeinrichtung für das Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Begrenzer auf Basis des ermittelten Offsetfehlers aufweisen. Auch die zweite Nachführeinrichtung kann wie die erste Nachführeinrichtung eine spezielle Schaltung sein.

Die erste und zweite Nachführeinrichtung können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung jeweils Berechnungsmittel aufweisen, denen an einem ersten Eingang der Offsetfehler und an einem zweiten Eingang vorgegebene Nutzbereichgrenzwerte des Wandlers bzw. des Begrenzers zugeführt werden und die aus den zugeführten Werten Nachführungsgrößen für die Nutzbereichgrenzen des Wandlers bzw. des Begrenzers berechnen.

Insbesondere können die Berechnungsmittel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung jeweils einen Addierer umfassen, der die zugeführten Werte addiert und das Additionsergebnis als Nachführungsgrößen ausgibt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können hierbei die ausgegebenen Nachführungsgrößen neuen, angepassten Nutzbereichgrenzen entsprechen.

Die Erfindung betrifft in einer weiteren Ausführungsform einen Sensor für eine Anwendung in einem Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Ein derartiger Sensor kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beispielsweise für eine Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere als Assistenzsensor für ein Insassenschutzsystem ausgebildet sein. Mit anderen Worten eignet sich die Erfindung besonders für Sensoren, die bei Sicherheitssystemen in Fahrzeugen eingesetzt werden, da sich bei derartigen Systemen Verzerrungen und Signalbeschneidungen in kritischen und vor allem unerwünschten Verhalten auswirken können.

Weiterhin betrifft die Erfindung in einer Ausführungsform ein zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette für ein Sensorelement-Ausgangssignal bei dem
eine Offsetkompensation einen Offsetfehler des Ausgangssignals des Sensorelements ermittelt und
eine Einstellvorrichtung Grenzen von einem oder mehreren Nutzbereichen in der Signalverarbeitungskette auf Basis des ermittelten Offsetfehlers nachführt.

Bei dem Verfahren kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Wandler das Ausgangssignal des Sensorelements in ein Signal eines vorgegebenen Wertebereichs abbilden, und
die Einstellvorrichtung Nutzbereichgrenzen im Wandler auf Basis des ermittelten Offsetfehlers nachführen.

Hierbei kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Offsetfehler des Sensorelements durch Subtraktion eines Ruhewerts des Sensorelements und eines Sollwerts berechnet werden.

Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein zwischen dem Wandler und der Offsetkompensation geschalteter Begrenzer einen zulässigen Nutzbereich für das Ausgangssignal des Sensorelements definieren, und die Einstellvorrichtung kann ferner Nutzbereichgrenzen im Begrenzer auf Basis des ermittelten Offsetfehlers nachführen.

Nachführungsgrößen für die Nutzbereichgrenzen des Wandlers bzw. des Begrenzers können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus dem Offsetfehler und vorgegebenen Schwellwerten des Wandlers bzw. des Begrenzers berechnet werden.

Insbesondere können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Nachführungsgrößen durch Addition des Offsetfehlers und der vorgegebenen Nutzbereichgrenzwerte des Wandlers bzw. des Begrenzers berechnet werden.

Schließlich können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die berechneten Nachführungsgrößen als neue, angepasste Nutzbereichgrenzen verwendet werden.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 einen Beschleunigungssensor, dessen Sensorelement einen Offsetfehler aufweist, für ein Fahrzeug-Insassenschutzsystem mit einer Signalaufbereitungskette und ein Diagramm mit einem Sensorsignal an verschiedenen Stellen in der Signalaufbereitungskette; und
2 einen Beschleunigungssensor, dessen Sensorelement einen Offsetfehler aufweist, für ein Fahrzeug-Insassenschutzsystem mit einer Signalaufbereitungskette mit Offsetfehler-Kompensation gemäß der Erfindung und ein Diagramm mit einem Sensorsignal an verschiedenen Stellen in der Signalaufbereitungskette.
Im Folgenden können gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den selben Bezugszeichen versehen sein. Absolute Größenangaben sind nur beispielhaft zu verstehen und schränken die Erfindung nicht ein.
1 zeigt eine Signalaufbereitungskette eines Beschleunigungssensors 1 für ein Insassenschutzsystem eines Fahrzeugs und ein Diagramm mit dem Darstellungsbereich des Sensors 1. Das Ausgangssignal, genauer gesagt die elektrische Ausgangsspannung eines mit einem Offset behafteten Sensorelements 1.1 des Sensors 1 wird einem Eingang eines A/D (Analog-/Digital)-Wandlers 1.2 zugeführt und digitalisiert. Der zulässige Nutzbereich des A/D-Wandlers 1.2 wird hierbei per Design mittels symmetrischer Grenzen 2.1 (bezogen auf den typischen Ruhewert des Sensorelements 1.1, der hier bei 0 liegt) vorgegeben, damit gewährleistet werden kann, dass das Nutzsignal im Nutzbereich durch den A/D-Wandler 1.2 sicher und genau auf entsprechende Werte des Wertebereichs des A/D-Wandlers 1.2 abgebildet werden kann. Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 1.2 wird einem Begrenzer 1.3 zugeführt, der symmetrische Nutzbereichgrenzen 2.2 aufweist (wieder bezogen auf den typischen Ruhewert des Sensors 1.1), die ebenfalls per Design vorgegeben sind. Anschließend wird das digitale Signal von einem Tiefpassfilter 1.4 gefiltert, um störende Frequenzanteile auszublenden. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 1.4 wird dem Eingang einer Offsetkompensation 1.5 zugeführt, um Offsetfehler des Sensorelements 1.1 zu kompensieren. Die aufbereitete Sensorinformation steht dann als Ausgangssignal 3.2 der Offsetkompensation 1.5 und des Sensors 1 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Die Offsetkompensation 1.5 besitzt typischerweise einen Hochpass- oder Hochpassähnlichen-Charakter, so dass ein langsam driftender Offset im Sensorausgangssignal kompensiert werden kann und nur noch der Nutzsignalanteil am Ausgang anliegt. De Nutzsignalanteil ist der Anteil des Sensorausgangssignals, der bei Einwirkung einer Beschleunigung auf das Sensorelement 1.1 erzeugt wird, d.h. der eigentlich interessierende Teil des Sensorausgangssignals.
Wie aus dem Diagramm der 1 weiter ersichtlich ist, besitzt das Sensorelement 1.1 einen Offsetfehler (fett eingezeichnete Linie im oberen Diagramm). Der Offsetfehler, der hier etwa 20 g (g: Erdbeschleunigung) entspricht, bewirkt, dass der durch die Grenzen 2.1 bei ± 100 g des A/D-Wandlers 1.2 vorgegebene Nutzbereich nicht voll ausgenutzt werden kann, da die Sensorelement-Ausgangsspannung 3.1 des Sensorelements 1.1 aufgrund des Offsetfehlers unsymmetrisch ist. Wie in 1 im Diagramm dargestellt ist, stehen im positiven Darstellungsbereich nur noch + 80 g, im negativen Darstellungsbereich dagegen – 120 g zur Verfügung. Bei großen positiven Beschleunigungswerten gerät das Sensorsignal daher schneller an die obere Grenze 2.1 des A/D-Wandlers 1.2 als bei großen negativen Beschleunigungswerten, d.h. kann vom A/D-Wandler 1.2 nicht auf entsprechend große Werte abgebildet werden. Ebenso wirkt sich dieser Offsetfehler beim Begrenzer 1.3 und nachgeschalteten Tiefpassfilter 1.4 aus, da der durch die Nutzbereichgrenzen 2.2 bei ± 60 g des Begrenzers 1.3 vorgegebene Nutzbereich zumindest im positiven Bereich nicht voll ausgenutzt werden kann. Bereits bei positiven Beschleunigungen von beispielsweise + 40 g wird die positive oder obere Nutzbereichgrenze 2.2 des Begrenzers 1.3 erreicht. Diese Unsymmetrie bleibt auch am Ausgang des Sensors 1 erhalten, da die Offsetkompensation 1.5 zwar das Sensorsignal idealerweise um den Offset von etwa + 20 g in das Negative verschiebt, allerdings ebenso die Nutzbereichgrenzen 2.5.1 des aufbereiteten Sensorsignals. Am Ausgang des Sensors 1 verbleibt daher als Ausgangssignal ein unsymmetrisches Sensorsignal 3.2 entsprechend einer unsymmetrischen Sensor-Bauteile-Ausgangsspannung mit den Nutzbereichgrenzen 2.5.1. Bei Vorliegen einer Überlast am Sensorelement 1.1 kann demnach infolge der unsymmetrischen Begrenzungen am Ausgang des Sensors 1 ein unsymmetrisches begrenztes Ausgangssignal erzeugt werden, das eine (nicht dargestellte) nachfolgende Integrations-Einheit zur Weiterverarbeitung des Sensorsignals 3.2 zu Fehlverhalten anregen kann.
2 zeigt eine Signalaufbereitungskette eines mit einer Vorrichtung zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette für ein Sensorelement-Ausgangssignal ausgestatteten Beschleunigungssensors 1' für ein Insassenschutzsystem und ein Diagramm mit dem Darstellungsbereich des Sensors 1'. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Signalaufbereitungskette werden bei diesem Sensor 1' die Nutzbereichgrenzen der symmetrischen Begrenzungen 2.1, 2.2 im Falle eines Offsetfehlers automatisch auf Basis des Offsetfehlers nachgeführt, so dass das mit dem Offsetfehler behaftete Signal 3.1 des Sensorelements 1.1 des Sensors 1' trotzdem weiter mit angepassten symmetrischen Nutzbereichgrenzen 2.3, 2.4 (relativ zum offsetbehafteten Signal) im Überlastfall begrenzt wird.
Die Offsetkompensation 1.5 weist hierzu einen weiteren Ausgang auf, an dem der Ruhewert des Sensorelements 1.1 zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise durch ein Element mit Tiefpasscharakter mit niedriger Grenzfrequenz. Zur Ermittlung einer Nachführungsgröße für die symmetrischen Nutzbereichgrenzen 2.1, 2.2 wird hierzu der ermittelte Ruhewert aus der Offsetkompensation 1.5 mit einem vorgegeben Sollwert verglichen und daraus eine Differenz Δ durch einen Subtrahierer 1.9 gebildet. Um diese Differenz Δ werden wie aus 2 ersichtlich die Nutzbereichgrenzen 2.1 des A/D-Wandler 1.2 und die Nutzbereichgrenzen 2.2 des Begrenzers 1.3 nachgeführt, genauer gesagt verändert bzw. verschoben, sodass die neuen Nutzbereichgrenzen 2.4 für den A/D-Wandler 1.2 und die neuen Nutzbereichgrenzen 2.3 für den Begrenzer 1.3 entstehen. Diese Nachführung erfolgt, indem die Differenz Δ mittels Addierern 1.7 im Begrenzer 1.3 und 1.8 im A/D-Wandler 1.2 zu den vorgegebenen Nutzbereichgrenzwerten 1.11 bzw. 1.13 addiert werden. Dadurch werden neue, angepasste Nutzbereichgrenzwerte 1.12 des Begrenzers 1.3 und 1.14 des A/D-Wandlers 1.2 erzeugt, welche die bereits oben erwähnten und im oberen Diagramm der 2 gezeigten angepassten symmetrischen Nutzbereichgrenzen 2.4 und 2.3 bewirken. Dadurch werden Eingangswerte des A/D-Wandlers 1.2 wieder symmetrisch auf entsprechende Werte des Wertebereichs des A/D-Wandlers 1.2 abgebildet und entsprechend im Begrenzer 1.3 eine symmetrische Begrenzung eines Eingangssignals vorgenommen.
Insgesamt kann also sichergestellt werden, dass bei Vorliegen einer Überlast am Sensorelement 1.1 am Ausgang des Sensors 1' zuverlässig ein symmetrisches mit den Nutzbereichgrenzen 2.5.2 begrenztes Ausgangssignal 3.2 erzeugt wird, so das eine Nutzsignal-Auswertung trotz Vorhandensein einer überlagerten hochfrequenten Überlaststörsignatur ohne größere Verfälschungen möglich ist.
Anstatt der oben beschriebenen symmetrischen Begrenzung kann es Fälle geben, bei denen eine definierte Unsymmetrie gewünscht wird. Diese sollte allerdings unabhängig von der Lage des Ruhewertes (Offset) beibehalten werden. Dies erfolgt dadurch, dass die oben beschriebene Verschiebung auf die gewünschten unsymmetrischen Grenzen angewendet wird.

1, 1': Beschleunigungssensor für ein Insassenschutzsystem
1.1: Sensorelement
1.2: Analog-/Digital-Wandler
1.3: Begrenzer
1.4: Tiefpassfilter
1.5: Offsetkompensation
1.6: Subtrahierer
1.7: Addierer
1.8: Addierer
1.9: Sollwert
1.10: berechneter Offsetfehler des Sensorelements 1.1
1.11: Grenzwert des Begrenzers 1.3
1.12: angepasster Grenzwert des Begrenzers 1.3
1.13: Grenzwert des Analog-/Digital-Wandlers 1.2
1.14: angepasster Grenzwert des Analog-/Digital-Wandlers 1.2
2.1: symmetrische Nutzbereichgrenzen des Analog-/Digital-Wandlers 1.2
2.2: symmetrische Nutzbereichgrenzen des Begrenzers 1.3
2.3: angepasste symmetrische Nutzbereichgrenzen des Begrenzers 1.3
2.4: angepasste symmetrische Nutzbereichgrenzen des Analog-/Digital-Wandlers 1.2
2.5.1: Nutzbereichgrenzen des aufbereiteten Sensorsignals
2.5.2: angepasste Nutzbereichgrenzen des aufbereiteten Sensorsignals
3.1: Sensorelement-Ausgangsspannung (bei Signal = 0)
3.2: Ausgangssignal des Sensors 1 bzw. 1' (bei Signal = 0)

Claims

Vorrichtung (1.5, 1.6, 1.7, 1.8) zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette (1.2, 1.3) für ein Sensorelement-Ausgangssignal mit einer Offsetkompensation (1.5) zum Ermitteln eines Offsetfehlers des Ausgangssignals des Sensorelements (1.1) und einer Einstellvorrichtung (1.6, 1.7, 1.8) zum Nachführen von Grenzen von einem oder mehreren Nutzbereichen in der Signalverarbeitungskette (1.2, 1.3) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers (1.10).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandler (1.2) zum Abbilden des Ausgangssignals des Sensorelements (1.1) in ein Signal eines vorgegebenen Wertebereichs vorgesehen ist, und die Einstellvorrichtung (1.6, 1.7, 1.8) zum Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Wandler (1.2) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers (1.10) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Offsetkompensation (1.5) einen Ruhewertausgang (1.51) aufweist, an dem ein Ruhewert des Sensorelements (1.1) anliegt, und die Einstellvorrichtung einen Subtrahierer (1.6) aufweist, dem der Ruhewert und ein Sollwert (1.9) zum Berechnen eines Offsetfehlers (1.10) des Sensorelements (1.1) zugeführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung eine erste Nachführeinrichtung (1.8) für das Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Wandler (1.2) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers (1.10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wandler (1.2) und der Offsetkompensation (1.5) ein Begrenzer (1.3) zum Definieren eines zulässigen Nutzbereichs für das Ausgangssignal des Sensorelements (1.1) geschaltet ist, und die Einstellvorrichtung (1.6, 1.7, 1.8) ferner zum Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Begrenzer (1.3) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung eine zweite Nachführeinrichtung (1.7) für das Nachführen von Nutzbereichgrenzen im Begrenzer (1.3) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers (1.10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Nachführeinrichtung jeweils Berechnungsmittel (1.7, 1.8) aufweisen, denen an einem ersten Eingang der Offsetfehler (1.10) und an einem zweiten Eingang vorgegebene Nutzbereichgrenzwerte (1.11, 1.13) des Wandlers (1.2) bzw. des Begrenzers (1.3) zugeführt werden und die aus den zugeführten Werten Nachführungsgrößen (1.12, 1.14) für die Nutzbereichgrenzen des Wandlers (1.2) bzw. des Begrenzers (1.3) berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsmittel (1.7, 1.8) jeweils einen Addierer (1.7, 1.8) umfassen, der die zugeführten Werte addiert und das Additionsergebnis als Nachführungsgrößen (1.12, 1.14) ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgegebenen Nachführungsgrößen (1.12, 1.14) neuen, angepassten Nutzbereichgrenzen (2.3, 2.4) entsprechen.
Sensor (1') für eine Anwendung in einem Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er für eine Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere als Assistenzsensor für ein Insassenschutzsystem ausgebildet ist.
Verfahren zum Einstellen des Nutzbereichs einer Signalverarbeitungskette (1.2, 1.3) für ein Sensorelement-Ausgangssignal bei dem eine Offsetkompensation (1.5) einen Offsetfehler des Ausgangssignals des Sensorelements (1.1) ermittelt und eine Einstellvorrichtung (1.6, 1.7, 1.8) Grenzen von einem oder mehreren Nutzbereichen in der Signalverarbeitungskette (1.2, 1.3) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers (1.10) nachführt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandler (1.2) das Ausgangssignal des Sensorelements (1.1) in ein Signal eines vorgegebenen Wertebereichs abbildet und die Einstellvorrichtung (1.6, 1.7, 1.8) Nutzbereichgrenzen im Wandler (1.2) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers (1.10) nachführt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Offsetfehler (1.10) des Sensorelements (1.1) durch Subtraktion eines Ruhewerts des Sensorelements (1.1) und eines Sollwerts (1.9) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Wandler (1.2) und der Offsetkompensation (1.5) geschalteter Begrenzer (1.3) einen zulässigen Nutzbereich für das Ausgangssignal des Sensorelements (1.1) definiert, und die Einstellvorrichtung (1.6, 1.7, 1.8) ferner Nutzbereichgrenzen im Begrenzer (1.3) auf Basis des ermittelten Offsetfehlers nachführt.
Verfahren nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Nachführungsgrößen (1.12, 1.14) für die Nutzbereichgrenzen des Wandlers (1.2) bzw. des Begrenzers (1.3) aus dem Offsetfehler (1.10) und vorgegebenen Nutzbereichgrenzwerten (1.11, 1.13) des Wandlers (1.2) bzw. des Begrenzers (1.3) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführungsgrößen (1.12, 1.14) durch Addition des Offsetfehlers (1.10) und der vorgegebenen Nutzbereichgrenzwerte (1.11, 1.13) des Wandlers (1.2) bzw. des Begrenzers (1.3) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Nachführungsgrößen (1.12, 1.14) als neue, angepasste Nutzbereichgrenzen (2.3, 2.4) verwendet werden.