DE102007051885A1

DE102007051885A1 - Technik zum Überprüfen eines Kraftfahrzeug-Sensors

Info

Publication number: DE102007051885A1
Application number: DE200710051885
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Schön; Kay Dipl.-Ing. Schlafke
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Ein Verfahren und System zur Überprüfung eines Sensors, der eine auf ein Kraftfahrzeug bezogene Messgröße aufnimmt, umfasst die Schritte des Stimulierens des Sensors mittels eines Aktuators, der die vom Sensor aufgenommene Messgröße beeinflusst, mittels eines Testsignals und des Auswertens eines vom Sensor als Antwort auf das Testsignal erzeugten und übermittelten Sensorsignals.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Sensoren in Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung das Überprüfen (z. B. Testen oder Kalibrieren) von in Kraftfahrzeugen installierten Sensoren.
Technischer Hintergrund
In Kraftfahrzeugen werden in zunehmendem Maß Steuer- und Regelsysteme verbaut. Solche Systeme, deren Ausfall die Sicherheit des Kraftfahrzeugs beeinträchtigen kann, werden sicherheitsrelevante Systeme genannt. Viele sicherheitsrelevante Systeme umfassen Sensoren, um Bedingungen und Zustände, die das Kraftfahrzeug betreffen, zu bestimmen. Sensoren und ihre Anbindung an verarbeitende Systeme haben sich jedoch in der Vergangenheit als anfällig für Störungen und Ausfälle erwiesen. Unter Umständen kann ein sicherheitsrelevantes System, dessen Sensoren schlecht oder gar nicht funktionieren, sogar dann die Sicherheit des Kraftfahrzeugs gefährden, wenn kein äußerer Grund für eine Gefährdung vorliegt.
Kann eine Fehlfunktion eines Sensors nicht verhindert werden, so ist es vorteilhaft, die Fehlfunktion rechtzeitig zu erkennen, um beispielsweise einen Fahrer des Kraftfahrzeugs zu warnen und um eventuell das betreffende System zu deaktivieren. Um Fehlfunktionen von Sensoren zu erkennen, ist es bekannt, Teile des die Sensoren enthaltenden Messsystems redundant auszulegen. Werden beispielsweise für eine zu erfassende Messgröße zwei separate Sensoren mittels dedizierter Leitungen mit zwei separaten Auswerteeinheiten verbunden, so können Fehler eines Sensors oder einer Leitung durch Vergleich der in den Auswerteeinheiten jeweils bestimmten Auswertungsergebnissen erkannt werden.
Ein redundanter Aufbau ist jedoch mit erhöhten Kosten verbunden. Außerdem können trotz des Aufwandes redundant ausgelegter Messsysteme bestimmte Fehler mit dieser Technik nicht erkannt werden. Ändert sich die Messgröße beispielsweise über längere Zeit nicht, kann in dieser Zeit nicht bestimmt werden, ob die Sensoren noch der Messgröße folgen oder einen "stuck-at"-Fehler aufweisen, das heißt, unabhängig von der tatsächlichen Messgröße immer den gleichen Wert liefern. Störungen wie elektromagnetische Einstrahlung oder Übersprechen können alle Messzweige gleichermaßen betreffen und ebenfalls zu unerkannten Messfehlern führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine kostengünstige Technik zum umfassenden Überprüfen von in Kraftfahrzeugen angebrachten Sensoren anzugeben.
Abriss der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst, indem zur Überprüfung eines Sensors, der eine auf ein Kraftfahrzeug bezogene Messgröße aufnimmt, der Sensor durch Übermitteln eines Testsignals an einen die Messgröße beeinflussenden Aktuator stimuliert wird und ein von dem Sensor als Antwort auf das Testsignal erzeugtes Sensorsignal ausgewertet wird. Das Testsignal und das Sensorsignal können unabhängig voneinander jeweils durch einen Einzelwert, eine Serie diskreter Werte oder einen kontinuierlichen Verlauf von Werten repräsentiert sein. Der Aktuator kann die Messgröße direkt oder indirekt beeinflussen; beispielsweise kann ein von einem Sensor erfasster Fluiddruck durch Erwärmen eines Fluids in einer abgeschlossenen Kammer indirekt beeinflusst werden.
Das Auswerten kann anhand eines zum Testsignal korrespondierenden erwarteten Sensorsignals durchgeführt werden. Beispielsweise können das als Antwort auf das Testsignal generierte Sensorsignal und ein erwartetes Sensorsignal ganz oder in Teilen (z. B. hinsichtlich des Verlaufs der jeweiligen Signalamplitude) miteinander verglichen werden. Das erwartete Sensorsignal kann alternativ oder zusätzlich dazu durch seinen zeitlichen Bezug zum Testsignal gekennzeichnet sein, so dass auch eine Auswertung des zeitlichen Signalverlaufs Gegenstand der Überprüfung sein kann.
Auf Basis des Testsignals und eines korrespondierenden Sensorsignals kann eine Kalibrierung des Sensors durchgeführt werden. Es kann hierbei ein Testsignal verwendet werden, welches einen Messbereich des Sensors ganz oder teilweise durchläuft. Zur Kalibrierung des Sensors kann beispielsweise für einen oder mehrere Messpunkte jeweils ein Unterschied zwischen dem über die Messleitung erhaltenen Sensorsignal und dem erwarteten Sensorsignal bestimmt werden. Eine Kalibrierung eines Sensors kann auch das Bestimmen von Merkmalen einer Kennlinie, beispielsweise eines Offset, einer Hysterese, eines Nichtlinearitätsfehlers oder eines Proportionalitätsfaktors, umfassen. Jedes dieser Kalibrierungsmerkmale kann abgespeichert werden. Auf Basis dieser Merkmale kann in einem gewöhnlichen Messbetrieb jeder vom Sensor gelieferte Sensorwert (z. B. um zuvor bestimmte systematische Abweichungen) kompensiert werden.
Im Rahmen eines Testbetriebs kann der Sensor als funktionsfähig erkannt werden, wenn sich das als Antwort auf das Testsignal generierte Sensorsignal vom erwarteten Sensorsignal um nicht mehr als ein erstes vorgegebenes Maß unterscheidet. Ein solches erstes Maß kann beispielsweise einen absoluten oder relativen Unterschied zwischen den Signalen ausdrücken oder ein Maß für eine Ähnlichkeit der Signale repräsentieren. Eine Ähnlichkeit kann beispielsweise als geometrische Ähnlichkeit graphischer Darstellungen der Signale oder als Summe der Fehlerquadrate mehrerer Signalwerte bestimmt werden.
Die Ergebnisse mehrerer getrennter Auswerteeinheiten, welche das übermittelte Sensorsignal empfangen und auswerten, können miteinander abgestimmt werden. Insbesondere können die Ergebnisse der mehreren Auswerteeinheiten miteinander verglichen werden. Der Sensor kann nur dann als funktionsfähig erkannt werden, wenn sich die Ergebnisse der mehreren Auswerteeinheiten um nicht mehr als ein zweites vorgegebenes Maß voneinander unterscheiden. Für den Vergleich der Ergebnisse der Auswerteeinheiten kann beispielsweise eine der oben im Zusammenhang mit dem Vergleich des erzeugten Sensorsignals mit dem erwarteten Sensorsignal ausgeführten Möglichkeiten verwendet werden. Jedes Ergebnis kann mit jedem anderen Ergebnis verglichen und ein Unterschied gebildet werden, und der größte der ermittelten Unterschiede kann mit dem zweiten vorgegebenen Maß verglichen werden, um eine Funktionsfähigkeit des Sensors erkennen.
Zusätzlich kann ein die Funktionsfähigkeit des Sensors anzeigendes Auswertesignal ausgegeben werden. Das Auswertesignal kann beispielsweise einen elektrischen Pegel oder die Übermittlung einer Nachricht umfassen. Das Auswertesignal kann eine Fahrerwarnung auslösen. Die Fahrerwarnung kann dem Fahrer beispielsweise in optischer, akustischer und/oder haptischer Weise dargeboten werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein das Sensorsignal verwendendes Kraftfahrzeug-System als Antwort auf ein eine mangelhafte Funktionsfähigkeit des Sensors anzeigendes Auswertesignal deaktiviert werden. Das Deaktivieren eines Kraftfahrzeug-Systems kann auch eine Einschränkung der Betriebsmöglichkeiten des Kraftfahrzeugs umfassen. Beispielsweise kann eine erreichbare Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei Deaktivieren eines Kraftfahrzeug-Systems reduziert werden.
Die fahrzeugbezogene Messgröße, die der Sensor aufnimmt, kann wenigstens eine Größe aus folgender Liste sein: Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Neigungswinkel, Gierrate, Raddrehzahl, Hydraulikdruck, Pedaldruck, Pedalweg, Drehmoment. Diese Liste ist nicht abgeschlossen, der Sensor kann auch eine beliebige andere, hier nicht aufgeführte und auf das Kraftfahrzeug bezogene Größe aufnehmen.
Der Sensor kann in ein ESC (Electronic Stability Control)-System des Kraftfahrzeugs integriert sein und einen Teil hiervon bilden. Auch das Übermitteln des Testsignals und/oder das Auswerten des Sensorsignals kann ganz oder teilweise durch Steuerkomponenten eines ESC-Systems des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
Es kann ferner ein Zustand des Kraftfahrzeugs bestimmt und das Testsignal in Abhängigkeit des Zustandes erzeugt werden. In einer Ausgestaltung werden diese Schritte vor einem Stimulieren des Sensors durchgeführt. Die Abhängigkeit des Testsignals vom Zustand des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise die zeitliche Länge, die Signalform oder der Zeitpunkt des Generierens des Testsignals betreffen.
Der Zustand des Kraftfahrzeugs kann aus Sensorwerten einer Vielzahl von Sensoren bestimmt werden, die Teil eines ESC-Systems sind. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch Sensorwerte von Sensoren verwendet werden, die nicht Teil eines ESC-Systems sind. Der Zustand eines Kraftfahrzeugs kann beispielsweise anhand eines oder mehrerer Bewegungs- und/oder Betriebsparameter abgeleitet werden. Ein beispielhafter Zustand des Kraftfahrzeugs ist ein Stillstand bei eingeschalteter Zündung und laufendem Antriebsmotor, das Einschalten oder Ausschalten der Zündung, usw.
Das eingangs beschriebene Verfahren kann nur dann durch- oder fortgeführt werden, wenn der ermittelte Zustand des Kraftfahrzeugs auf keine Gefährdung der Sicherheit des Kraftfahrzeugs durch ein Ausführen des Verfahrens hinweist. Beispielsweise kann ein Überprüfen eines Beschleunigungssensors ausgesetzt oder abgebrochen werden, wenn sich das Kraftfahrzeug in Bewegung befindet.
Das Testsignal kann aus einem Speicher gelesen werden. In einer Ausgestaltung kann eine Vielzahl von Testsignalen in dem Speicher abgespeichert sein und ein einzelnes Testsignal kann in Abhängigkeit eines Zustandes des Kraftfahrzeugs ausgewählt werden. Ein abgespeichertes Testsignal kann einem oder mehreren erwarteten Sensorsignalen zugeordnet sein. Entsprechend kann ein erwartetes Sensorsignal, das einem oder mehreren Testsignalen zugeordnet sein kann, aus einem Speicher gelesen werden.
Das Testsignal kann algorithmisch erzeugt werden. Beispielsweise kann das Testsignal auf Basis von Sensorsignalen von anderen als dem zu überprüfenden Sensor erzeugt werden. Einige oder alle der weiteren Sensorsignale können im Rahmen eines ESC-Systems vorliegen. In einer Ausgestaltung kann auch ein abgespeichertes Testsignal auf Basis von Sensorsignalen algorithmisch verändert werden, bevor es an einen Sensor übermittelt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird das Problem durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches Programmcodemittel zur Durchführung eines Verfahrens der ausgeführten Technik umfasst, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinheit (z. B. in einer Kraftfahrzeug-Steuereinheit oder ECU) abläuft. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem Datenträger, z. B. einem magnetischen Medium (Festplatte, Floppy Disk, Magnetband), einem beschreibbaren oder nicht beschreibbaren Halbleiterspeicher (RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash) oder anderweitig abgespeichert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird das Problem durch ein System zur Überprüfung eines Sensors an einem Kraftfahrzeug gelöst, wobei das System Folgendes umfasst: einen Sensor zur Aufnahme einer auf das Kraftfahrzeug bezogenen Messgröße, einen Testsignalgenerator, der mit einem die Messgröße beeinflussenden Aktuator verbunden oder verbindbar ist, zur Erzeugung eines den Aktuator stimulierenden Testsignals und eine mit dem Sensor verbundene erste Auswerteeinheit, die ein vom Sensor als Antwort auf das Testsignal erzeugtes Sensorsignal auswertet.
Der Testsignalgenerator kann mit einem Speicher verbunden sein, in dem wenigstens ein Testsignal abgelegt ist. Der Testsignalgenerator kann das Testsignal auch algorithmisch und/oder auf Basis weiterer Sensorwerte erzeugen bzw. abändern. Die Auswerteeinheit kann das Sensorsignal anhand eines erwarteten Sensorsignals auswerten und kann mit einem Speicher verbunden sein, in welchem wenigstens ein erwartetes Sensorsignal abgelegt ist. Die Auswerteeinheit kann ein erwartetes Sensorsignal auch algorithmisch erzeugen.
Das System kann ferner wenigstens eine weitere mit dem Sensor verbundene Auswerteeinheit umfassen, die ein vom Sensor als Antwort auf das Testsignal erzeugtes Sensorsignal auswertet. Wenigstens einige der Auswerteeinheiten können miteinan der verbunden sein, um Ergebnisse ihrer Auswertungen miteinander abzustimmen. Eine Abstimmung kann einen Vergleich des Ergebnisses einer Auswerteeinheit mit den Ergebnissen aller anderen Auswerteeinheiten umfassen.
Die Auswerteeinheit und der Testsignalgenerator können Teile eines ESC-Systems sein. Im Fall von mehreren Auswerteeinheiten können einige oder alle der Auswerteeinheiten Teile des ESC-Systems sein.
Der Sensor kann durch Beeinflussung der durch den Sensor aufgenommenen Messgröße stimuliert werden. Beispielsweise kann ein Temperatursensor durch gezieltes Aufheizen oder Abkühlen des Sensors (oder der Umgebung des Sensors) stimuliert werden. Ein erwartetes Sensorsignal könnte in diesem Fall eine Veränderung des Messwertes um einen vorbestimmten Betrag im Rahmen einer vorbestimmten Verzögerung beinhalten. Es ist zu beachten, dass die Messwerte eines durch Aufheizen stimulierten Temperatursensors auch nach Beenden der Stimulation noch einige Zeit Werte liefert, die der Messgröße nicht genau entsprechen. In einem weiteren Beispiel kann ein Sensor zum Bestimmen des Antriebsmoments eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs durch Einflussnahme auf eine Drehzahl des Antriebsmotor stimuliert werden.
Wenigstens eine der Auswerteeinheiten kann mit einer Signaleinheit zur Ausgabe einer Fahrerwarnung verbunden sein. Die Signaleinheit kann eine Fahrerwarnung auf optische, akustische und/oder haptische Weise ausgeben.
Der Aktuator und der Sensor können eine integrierte Einheit bilden. Beispielsweise können der Aktuator und der Sensor in einer gemeinsamen Baugruppe und/oder in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut sein. Der Sensor kann den Aktuator vollständig integrieren und einen Messanschluss zur Ausgabe eines der Messgröße zugeordneten Wertes sowie einen separaten Testanschluss zum Empfangen eines Testsignals umfassen. Beispielsweise kann ein Temperatursensor mit einem Aktuator in Form eines Heizelements als ein integrierter Sensor ausgeführt sein und beispielsweise Anschlüsse für eine Betriebsspannung, eine Messleitung und eine Testleitung aufweisen. In einem anderen Beispiel ist ein Drucksensor in einer Hydraulikpumpe als Aktuator integriert.
In einer anderen Ausgestaltung kann der Aktuator lediglich für das Stimulieren des Sensors vorgesehen, jedoch getrennt vom Sensor ausgeführt sein. In noch einer anderen Ausgestaltung kann der Aktuator im Rahmen weiterer Aufgaben als einer Sensorüberprüfung vorgesehen sein und zur Stimulation des Sensors verwendet werden. Beispielsweise kann ein Sensor zur Aufnahme eines von einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs abgegebenen Drehmoments stimuliert werden, indem der Antriebsmotor als Aktuator so gesteuert wird, dass sich das von ihm abgegebene Drehmoment verändert. Ferner kann ein Hydraulikdrucksensor durch Aktivieren eines Aktuators in Gestalt einer im Bremssystem ohnehin vorhandenen Hydraulikpumpe überprüft werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie aus den Figuren. Es zeigen:
1: ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems;
2: ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3: ein mehrere erfindungsgemäße Systeme umfassendes System; und
4: ein erfindungsgemäßes System in Kombination mit redundant ausgeführten Auswerteeinheiten.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden exemplarisch einige Ausführungsbeispiele eines Systems und eines Verfahrens zur Überprüfung eines Sensors, der eine auf ein Kraftfahrzeug bezogene Messgröße aufnimmt, beschrieben.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Systems 100 zum Testen und/oder Kalibrieren. Das System 100 umfasst einen Testsignalgenerator 110, der über eine Testleitung 120 mit einem Aktuator 130 verbunden ist, der eine Messgröße beeinflusst, die ein zu testenden oder zu kalibrierenden Sensor 140 aufnimmt. Der Sensor 140 ist über eine Messleitung 150 mit einer Auswerteeinheit 160 verbunden. Die Auswerteeinheit 160 ist zusätzlich mit einem Speicher 170 und einer Signaleinheit 180 verbunden. In einer Ausgestaltung kann die Auswerteeinheit 160 mit dem Testsignalgenerator 110 verbunden sein, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
Die Leitungen 120 und 150 können grundsätzlich jeweils ein digitales oder analoges Signal mittels einer beliebigen bekannten Technik (z. B. Kupferdraht, Bus-System, Lichtleiter, drahtlose Übertragung) übertragen. Nicht dargestellt ist eine Auskoppelung des Sensorsignals, beispielsweise an der Messleitung 150 oder an der Auswerteeinheit 160, im Rahmen eines gewöhnlichen Messbetriebs mit dem Sensor 140.
Der Sensor 140 kann mit dem Aktuator 130 integriert ausgeführt sein, beispielsweise als eine zusammen handhabbare Baugruppe mit einem Anschluss für die Messleitung 150 und einem Anschluss für die Testleitung 120. Bei dem Aktuator 130 kann es sich aber auch um eine im Kraftfahrzeug ohnehin verbaute Komponente wie eine Hydraulikpumpe handeln.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm 200 eines Verfahrens zur Überprüfung eines in einem Kraftfahrzeug angebrachten Sensors. Das Verfahren kann mit dem in 1 skizzierten System oder einem anderen System durchgeführt werden.
In Schritt 210 befindet sich das Verfahren im Ruhezustand; ein mittels des Sensors 140 durchgeführter Messbetrieb wird nicht beeinträchtigt. In Schritt 220 erfolgt dann ein Stimulieren des Sensors 140 mittels eines über die Testleitung 120 an den Aktuator 130 übermittelten Testsignals. Der Aktuator 130 beeinflusst die von dem Sensor 140 aufgenommene Messgröße, was sich in dem vom Sensor 140 erzeugten Signal widerspiegelt. In Schritt 230 wird ein vom Sensor 140 als Antwort auf das Testsignal erzeugtes und über die Messleitung 150 übermitteltes Sensorsignal von der Auswerteeinheit 160 ausgewertet. Die Erzeugung des Testsignals und die Auswertung des als Antwort darauf vom Sensor 140 erzeugten Sensorsignals werden unten genauer beschrieben. Die Schritte 220 und 230 können sich zeitlich überlappen. Nach Beenden der Auswertung befindet sich das Verfahren in Schritt 240, welcher dem Schritt 210 entspricht. Reguläre Messungen des Sensors 140 werden nicht beeinträchtigt, und das Verfahren kann neu begonnen werden.
Wieder Bezug nehmend auf 1 wird eine Auswertung eines als Antwort auf eine Stimulation des Sensors 140 gelieferten Sensorsignals vorzugsweise an Hand eines erwarteten Sensorsignals vorgenommen. Sowohl das Testsignal als auch das erwartete Sensorsignal können einen einzelnen Wert, eine Serie von diskreten Werten, einen Wertebereich, einen kontinuierlichen Verlauf eines Wertes oder einen kontinuierlichen Verlauf eines Wertebereiches umfassen.
Im Speicher 170 ist wenigstens ein erwartetes Sensorsignal abgelegt. Das über die Messleitung 150 eintreffende Sensorsignal des Sensors 140 wird von der Auswerteeinheit 160 ausgewertet, indem das eintreffende Sensorsignal mit einem im Speicher 170 abgelegten erwarteten Sensorsignal verglichen wird. Dies kann durch Vergleich eines oder mehrerer Werte des Sensorsignals mit korrespondierenden Werten des erwarteten Sensorsignals erfolgen. Im allgemeinsten Fall wird ein zeitlicher Verlauf eines empfangenen Sensorsignals mit einem zeitlichen Verlauf eines erwarteten Sensorsignals verglichen, wobei das erwartete Sensorsignal z. B. auf Basis des Testsignals bestimmt wurde.
Die Auswerteeinheit 160 kann mit dem Testsignalgenerator 110 verbunden sein, wie durch die gestrichelte Linie in 1 angedeutet, um eine Steuerung der Auswerteeinheit 160 durch den Testsignalgenerator 110 oder umgekehrt zu ermöglichen. Eine Überprüfung des Sensors 140 beginnt, indem das Übermitteln eines Testsignals vom Testsignalgenerator 110 an den Aktuator 130 von der Auswerteeinheit 160 oder von dem Testsignalgenerator 110 selbst initiiert wird. Die Überprüfung unterbricht einen regulären Messbetrieb des Sensors 140 oder wird außerhalb eines solchen regulären Messbetriebs (z. B. bei ausgeschalteter Zündung) durchgeführt, da die während einer Überprüfung vom Sensor 140 erzeugten Messwerte nicht der unverfälschten, auf das Kraftfahrzeug bezogenen Messgröße entsprechen. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung stellt die Auswerteeinheit 160 und/oder der Testsignalgenerator 110 ein Signal bereit, welches eine stattfindende Überprüfung anzeigt, um eine das reguläre Messsignal auswertende Einheit (nicht dargestellt) das Durchführen der Überprüfung berücksichtigen zu lassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Ausliefern bzw. Weiterleiten von Sensorwerten an eine regulär auswertende Einheit unterdrückt werden.
In einer Ausgestaltung erzeugt der Testsignalgenerator 110 Testsignale auf Basis abgespeicherter Signale. Dazu kann er mit einem eigenen Speicher verbunden sein (nicht dargestellt), den Speicher 170 mittels einer dedizierten Verbindung direkt ansprechen, Informationen aus dem Speicher 170 von der Auswerteeinheit 160 erhalten oder mit einer externen Quelle verbunden sein, von der er Informationen erhält. Die Informationen können ein Testsignal repräsentieren oder Hinweise zur Erzeugung eines Testsignals enthalten.
Die Auswerteeinheit 160 bestimmt auf der Grundlage des Vergleichs des vom Sensor 140 gelieferten Signals mit dem erwarteten Signal eine Funktionsfähigkeit des Sensors 140 und stellt ein Ausgabesignal bereit, welches eine mangelhafte Funktionsfähigkeit des Sensors 140 anzeigt. Dieses Ausgabesignal wird an die Signaleinheit 180 übermittelt. Die Signaleinheit 180 gibt eine Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs aus, wenn durch die Auswerteeinheit 160 eine mangelnde Funktionsfähigkeit des Sensors 140 bestimmt wurde. Bei der Warnung kann es sich um eine optische Warnung, beispielsweise in Form einer Textnachricht oder einer Warnleuchte, handeln. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann eine akustische Warnung, beispielsweise durch einen Klingelton, und/oder eine haptische Warnung, beispielsweise durch Einleiten einer Vibration in ein Lenkrad oder in einen Fahrersitz, ausgegeben werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines vorzugsweise mehrere Einzel-Systeme 100 gemäß 1 umfassenden Systems 300. Eine zentrale Steuereinrichtung 310 umfasst eine oder mehrere Auswerteeinheiten (nicht gezeigt) sowie einen oder mehrere Testsignalgeneratoren (nicht gezeigt). Die Steuereinrichtung 310 ist mit Sensoren 320₁ bis 320_n (n ≥ 1) über jeweils eine Messleitung 330₁ bis 330_n und mit Aktuatoren 340₁ bis 340_n über jeweils eine Testleitung 350₁ verbunden. Funktional entspricht jede Messleitung 330 der Messleitung 150 aus 1 und jede Testleitung 350 der Testleitung 120 aus 1. Die Aktuatoren sind den Sensoren paarweise zugeordnet, d. h. für ein beliebiges i mit 1 ≤ i ≤ n ist der Aktuator 340_i dem Sensor 320_i zugeordnet. In der gewählten Darstellungen sind nur zwei Sensoren mit den ihnen zugeordneten Aktuatoren dargestellt, die Anzahl n der Sensoren ist jedoch nicht nach oben beschränkt.
Die Steuereinrichtung 310 ist Teil eines ESC-Systems, welches verschiedene Mess- und Steueraufgaben an Bord des Kraftfahrzeugs wahrnimmt, wozu es die Sensorsignale der Sensoren 320₁ bis 320_n verarbeitet. Die Steuereinrichtung 310 überprüft jeden Sensor 320_i , indem sie oder ein anderer Teil des ESC-Systems ein Testsignal über eine Testleitung 350_i an den Aktuator 340_i übermittelt. Der Aktuator 340_i stimuliert den Sensor 320_i , der als Antwort auf die Stimulation ein Sensorsignal auf der Messleitung 330_i bereitstellt. Die Generierung des Testsignals und die Auswertung des Sensorsignals erfolgen dabei wie oben mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
In einer Ausgestaltung beeinflusst ein Aktuator 340 mehrere Sensoren 320; in diesem Fall kann die Zahl der Aktuatoren 340 kleiner als die der Sensoren 320 sein. Eine Überprüfung eines Sensors 320 durch Stimulation mittels eines Aktuators 340, der mehr als nur einen Sensor 320 stimuliert, kann eine Beeinflussung oder Unterbrechung eines regulären Messbetriebs weiterer Sensoren 320 umfassen.
Innerhalb der Steuereinrichtung 310 wird aus wenigstens einigen der Signale der Sensoren 320₁ bis 320_n ein Zustand des Kraftfahrzeugs bestimmt, von dem die Erzeugung eines Testsignals zur Überprüfung jedes Sensors 320_i abhängig ist. Optional (und ggf. zusätzlich) werden nicht über Sensoren aufgenommene bzw. bereits verarbeitete Informationen aus dem ESC-System zur Bestimmung des Zustandes verwendet, beispielsweise ein Zündsignal, eine eingelegte Gangstufe, Informationen über ein- bzw. ausgeschaltete Verbraucher oder über die Funktionsfähigkeit von Sensoren.
Für einen gegebenen Sensor sind gemäß einer Variante unterschiedlich lange andauernde Testsignale verfügbar, die unterschiedlich genaue bzw. aussagekräftige Überprüfungen erlauben. Eine Überprüfung eines Sensors wird nur in einem Zustand des Kraftfahrzeugs durchgeführt, in dem eine Beeinträchtigung eines regulären Messbetriebs durch eine Überprüfung als tolerierbar eingestuft wird. Befindet sich das Kraftfahrzeug also in einem Zustand, der nur eine kurze Unterbrechung eines Messbetriebs erlaubt, so wird ein entsprechend kurzes Testsignal verwendet, während eine vollumfängliche Überprüfung nur in einem Zustand durchgeführt wird, der eine entsprechend längere Unterbrechung des Messbetriebs erlaubt. Um ein bestimmtes Testsignal anwenden zu können, kann die Auswerteeinheit abwarten, bis ein passender Zustand bestimmt werden kann. Dabei können mehrere Sensoren überlappend überprüft werden.
In einem veranschaulichenden Beispiel wird eine Überprüfung eines Klopfsensors eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs gezielt dann durchgeführt, wenn sensorisch erfasst wurde, dass die Temperatur des Antriebsmotors einen Betriebswert erreicht hat und der Antriebsmotor mit einer mittleren Drehzahl betrieben wird. In diesem Zustand ist das Auftreten von klopfender Verbrennung im Antriebsmotor gering, so dass der mit der Überprüfung des Klopfsensors verbundene Ausfall von Messwerten tolerierbar ist. Auf diese Weise wird die Sicherheit des Kraftfahrzeugs durch eine Überprüfung des Klopfsensors nicht oder nur wenig beeinträchtigt.
Der Zustand des Kraftfahrzeugs kann auch einen Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs umfassen. Der Bewegungszustand kann Translationen und/oder Rotationen entlang bzw. um die Längs-, Hoch- und Querachse des Kraftfahrzeugs umfassen und mittels Sensoren eines ESC-Systems erfasst werden. Darüber hinaus können Ableitungen dieser Bewegungen nach der Zeit vom Bewegungszustand umfasst sein, so dass auch Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in den Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs eingehen.
In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel kann in einem Zustand, der durch Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit gekennzeichnet ist (z. B. weil alle Raddrehzahlsensoren gleiche und konstante Werte liefern), ein Sensor für eine Gierrate oder einen Lenkwinkel überprüft werden.
Je nach erkanntem Zustand des Kraftfahrzeugs kann ein Überprüfen eines Sensors nicht tolerierbar, tolerierbar oder unverzüglich erforderlich sein, wobei die Tolerierbarkeit einer Überprüfung in der Regel mit einer Unterbrechung eines Messbetriebs zusammenhängt. Die Tolerierbarkeit einer Überprüfung kann auch von weiteren Sensorsignalen bzw. von einem Zustand des Kraftfahrzeugs abhängig sein. Ist beispielsweise ein Zustand des Kraftfahrzeugs nicht sicher bestimmbar, weil sich die Signale einiger Sensoren gegenseitig widersprechen, so kann es erforderlich sein, einen oder mehrere Sensoren so rasch wie möglich zu überprüfen, auch wenn dadurch der Verlust von Messwerten während der Überprüfung in Kauf genommen werden muss.
4 zeigt ein Blockschaltbild 400 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems in Kombination mit redundant ausgeführten Auswerteeinheiten (z. B. getrennte Mikroprozessoren), wobei exemplarisch nur zwei Auswerteeinheiten 425, 430 zur zweifach redundanten Verarbeitung dargestellt sind. Der Sensor 405 liefert über eine Messleitung 410 Sensorsignale an die Messverstärker 415 und 420. Die Messverstärker 415 und 420 liefern je ein vorverarbeitetes Sensorsignal an die Auswerteeinheiten 425 bzw. 430 weiter. Jeder der Messverstärker kann auch in die ihm zugeordnete Auswerteeinheit 425, 430 integriert sein. Die Auswerteeinheiten 425 und 430 stehen über den Bus 435 miteinander in Verbindung, um ihre Auswertungsergebnisse miteinander zu vergleichen.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform werden mehr als zwei Auswerteeinheiten mit ihnen zugeordneten Messverstärkern verwendet. Vorzugsweise erfolgt in diesem Fall ein Vergleichen der Auswertungsergebnisse aller Auswerteeinheiten miteinander, so dass für n Sensoren insgesamt
Vergleiche durchgeführt werden. Auf diese Weise kann bestimmt werden, welches Auswertungsergebnis sich am meisten von den anderen Auswertungsergebnissen unterscheidet. Über schreitet dieser Unterschied eine vorgegebene Schwelle, so wird das betreffende Auswertungsergebnis als fehlerhaft erkannt.
Dieses bekannte Verfahren der redundanten Auswertung von Sensorsignalen ermöglicht es, einen auftretenden Fehler in einem beliebigen der parallel verlaufenden Auswertungszweige (jeweils bestehend aus einer Messleitung, einem Messverstärker und einer Auswerteeinheit) zu erkennen. Bei Verwendung dreier parallel verlaufender Auswertungszweige kann ein Einzelfehler durch Vergleich aller Auswertungsergebnisse miteinander auch lokalisiert werden, sodass der entsprechende Auswertungszweig aus weiteren Messungen ausgeschlossen werden kann.
Der Sensor 405 kann mittels des Aktuators 440 stimuliert werden, indem der Aktuator 440 die Messgröße beeinflusst, die der Sensor 405 aufnimmt. Dazu wird ein Testsignal über die 445 an den Aktuator 440 übermittelt. Die Testleitung 445 kann über die Testleitungen 445a und/oder 445b mit einer oder mehreren der Auswerteeinheiten 425, 430 verbunden sein. Eine mit der Testleitung 445 verbundene Auswerteeinheit 425, 430 kann einen Testsignalgenerator umfassen und ein Testsignal an die Testleitung 445 anlegen, um eine Überprüfung des Sensors 405 durchzuführen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann über eine Testleitung 445c ein extern erzeugtes Testsignal an den Aktuator 440 übermittelt werden. Bevorzugterweise verfügt jede der Auswerteeinheiten 425, 430 über eine Verbindung mit der Testleitung 445, um ein über die Messleitung 410 empfangenes Sensorsignal in Relation zu einer (extern veranlassten) Stimulation des Sensors 405 mittels des Aktuators 440 setzen zu können.
Mit Hilfe der geschilderten Technik können Fehler, die sowohl den Selbsttest-Funktionen konventioneller Sensoren als auch einer redundanten Auswertung von Sensorsignalen entgehen, sicher erkannt werden. Auf diese Weise kann ein sicherheitsrelevantes System eines Kraftfahrzeugs komplett unter Einhaltung eines Sicherheitsstandards wie beispielsweise IEC 61508 für SIL3 ausgeführt werden. So kann eine formal überprüfbare Sicherheitsstufe erreicht werden, welche die Sicherheit des Kraftfahrzeugs und seiner Insassen erhöht.

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Sensors (140, 320, 405), der eine auf ein Kraftfahrzeug bezogene Messgröße aufnimmt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Stimulieren (220) des Sensors (140, 320, 405) durch Übermitteln eines Testsignals an einen die auf das Kraftfahrzeug bezogene Messgröße beeinflussenden Aktuator (130, 340,440); – Auswerten (230) eines vom Sensor (140, 320, 405) als Antwort auf das Testsignal erzeugten Sensorsignals.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten anhand eines zum Testsignal korrespondierenden erwarteten Sensorsignals durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des Testsignals und eines korrespondierenden Sensorsignals eine Kalibrierung des Sensors (140, 320, 405) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend den Schritt des Erkennens des Sensors (140, 320, 405) als funktionsfähig, wenn sich das Sensorsignal vom erwarteten Sensorsignal um nicht mehr als ein erstes vorgegebenes Maß unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend den Schritt des Abstimmens von Ergebnissen mehrerer Auswerteeinheiten (160, 425, 430), welche das übermittelte Sensorsignal auswerten.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (140, 320, 405) nur dann als funktionsfähig erkannt wird, wenn sich die Ergebnisse der Auswerteeinheiten (160, 425, 430) um nicht mehr als ein zweites vorgegebenes Maß voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend den Schritt des Ausgebens eines eine Funktionsfähigkeit des Sensors (140, 320, 405) anzeigenden Auswertesignals.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des Ausgebens einer Fahrerwarnung und/oder des Deaktivierens eines das Sensorsignal verwendenden Kraftfahrzeug-Systems als Antwort auf ein eine mangelhafte Funktionsfähigkeit des Sensors (140, 320, 405) anzeigenden Auswerte-Signals.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße eine der folgenden Größen ist: Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Neigungswinkel, Gierrate, Raddrehzahl, Hydraulikdruck, Pedaldruck, Pedalweg, Drehmoment.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (140, 320, 405) in ein ESC-System des Kraftfahrzeugs integriert ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend folgende Schritte: – Bestimmen eines Zustandes des Kraftfahrzeugs; und – Erzeugen des Testsignals in Abhängigkeit des Zustandes.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Kraftfahrzeugs aus Sensorwerten einer Vielzahl von Sensoren bestimmt wird, die Teile eines ESC-Systems sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator nur dann durch das Testsignal stimuliert wird, wenn der Zustand des Kraftfahrzeugs auf keine Gefährdung der Sicherheit des Kraftfahrzeugs durch ein Ausführen des Verfahrens hinweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal aus einem Speicher (170) gelesen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal algorithmisch erzeugt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinheit abläuft.
System zur Überprüfung eines Sensors (140, 320, 405) an einem Kraftfahrzeug, umfassend: – einen Sensor (140, 320, 405) zur Aufnahme einer auf das Kraftfahrzeug bezogenen Messgröße; – einen mit einem die Messgröße beeinflussenden Aktuator (130, 340, 440) verbundenen oder verbindbaren Testsignalgenerator (110) zur Erzeugung eines den Aktuator (130, 340, 440) stimulierenden Testsignals; – eine mit dem Sensor (140, 320, 405) verbundene erste Auswerteeinheit (160, 425, 430), die ein vom Sensor (140, 320, 405) als Antwort auf das Testsignal erzeugtes Sensorsignal auswertet.
System nach Anspruch 17, ferner umfassend: – wenigstens eine weitere mit dem Sensor (140, 320, 405) verbundene Auswerteeinheit (160, 425, 430), die ein vom Sensor (140, 320, 405) als Antwort auf das Testsignal erzeugtes Sensorsignal auswertet, wobei alle Auswerteeinheiten (160, 425, 430) miteinander verbunden sind, um Ergebnisse ihrer Auswertungen miteinander abzustimmen.
System nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Auswerteeinheiten (160, 425, 430) und der Testsignalgenerator (110) Teile eines ESC-Systems sind.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Auswerteeinheiten (160, 425, 430) vorgesehen und mit einer Signaleinheit (180) zur Ausgabe einer Fahrerwarnung verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (130, 340, 440) und der Sensor (140, 320, 405) eine integrierte Einheit bilden.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (130, 340, 440) eine vom Sensor (140, 320, 405) getrennte Fahrzeugkomponente ist.