DE102011103248A1

DE102011103248A1 - Sensoreinrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102011103248A1
Application number: DE102011103248A
Authority: DE
Inventors: Marius Baller; Ingo Swieter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (1), wobei mittels der Sensoreinrichtung (1) mindestens eine Messgröße erfassbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (1) mindestens eine Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) und mindestens eine Diagnoseeinrichtung (12) umfasst, wobei mittels der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) die mindestens eine erfasste Messgröße in mindestens ein Ausgangssignal wandelbar ist, wobei mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung (1) detektierbar ist, wobei ein Fehlersignal erzeugbar ist, falls mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung (1) detektiert wurde, wobei mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für mindestens ein Ausgangssignal mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) der Sensoreinrichtung (1) durchführbar ist, sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Sensoreinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Sensoreinrichtung.
In vielen technischen Bereichen werden Sensoreinrichtungen oder Sensoren eingesetzt, um mindestens eine Messgröße, beispielsweise eine Temperatur, eine Kraft, ein Drehmoment, eine Position oder weitere derartige Messgrößen, zu erfassen Weisen derartige Sensoreinrichtungen Fehler oder Fehlfunktionen auf, kann es zu unerwünschten fehlerhaften Betriebszuständen, beispielsweise in einem Regelungsprozess, kommen.
Sensoreinrichtungen, die für einen Massenmarkt vorgesehen sind und daher in großen Stückzahlen produziert werden, weisen oft nur rudimentäre Diagnosefunktionen auf, mittels derer eine Funktionsfähigkeit der Sensoreinrichtungen überprüft werden kann.
Es gibt jedoch Ansätze, Sensoreinrichtungen mit Diagnoseeinrichtungen kombiniert auszuführen, um eine Erkennung von Sensorfehlern zu ermöglichen. So offenbart die DE 10 2006 018 975 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer steuerbaren Fahrzeugeinrichtung. Das Verfahren umfasst die Schritte einer sensorbasierter Detektion von Betriebsdaten eines Fahrzeugs, die Erzeugung von Sensordaten auf Basis selektierten Betriebsdaten, die Speicherung historischer Sensordaten, die Diagnose der sensorbasierten Detektion zur Erkennung von Sensorfehlern, die Erzeugung von Diagnosedaten auf Basis des Diagnoseergebnisses, die Auswertung der Diagnosedaten, die Steuerung einer steuerbaren Fahrzeugeinrichtung auf Basis aktueller Sensordaten, wenn kein Sensorfehler diagnostiziert wurde, sowie die Steuerung der steuerbaren Einrichtung auf Basis historischer Sensordaten, wenn ein Sensorfehler diagnostiziert wurde. Hierbei offenbart die Druckschrift, dass die Sensor-Einrichtung und die Sensor-Diagnose-Einrichtung baulich integriert sein können. Weiter überwacht die Sensor-Diagnose-Einrichtung die Sensor-Einrichtung und erkennt Sensorfehler, welche wiederum einer Controller-Einrichtung zur Auswertung der Diagnoseergebnisse datentechnisch übermittelt werden.
Die DE 101 22 868 A1 offenbart ein Verfahren zum Überwachen eines Sensors, wobei ein Offsetsignal in einer Steuer- und Überwachungseinrichtung erzeugt und einem Signalaufnehmer des Sensors zugeführt wird und wobei ein Sensorsignal von der Steuer- und Überwachungseinrichtung erfasst und mit dem Offsetsignal verglichen wird.
Die DE 10 2009 009 448 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eigendiagnose mindestens einer zu diagnostizierenden Sensoreinheit einer elektromechanischen Lenkung. Hierbei ermittelt mindestens eine Eigendiagnoseeinheit einen virtuellen Sensorwert der zu diagnostizierenden Sensoreinheit mittels eines Modells und/oder eines Kennfelds und/oder eines neuronalen Netzes, welches oder welche einen Zusammenhang zwischen dem virtuellen Sensorwert und mindestens einer lenkungseigenen und/oder fahrzeugdynamischen Messgröße herstellen. Eine Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit wird dann über einen Vergleich des virtuellen Sensorwertes und des gemessenen Sensorwertes der zu diagnostizierenden Sensoreinheit festgestellt.
Die US 2003/0120406 A1 offenbart ein Verfahren zur Fehlerdetektion eines digitalen Lenkungssensors. Hierbei offenbart die Druckschrift eine Routine zur Detektion einer Sensoraktivität. Falls keine Aktivität an einem bestimmten Sensoreingang detektiert wird, speichert die Routine einen assoziierten Fehlercode in einem Speicher als Fehlerbitinformation.
Es stellt sich das technische Problem, eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Sensoreinrichtung zu schaffen, welche eine verbesserte und genauere Überwachung einer Funktionsfähigkeit einer Sensoreinrichtung ermöglichen und einfach in vorhandene Sensoreinrichtungen integriert werden können.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenstanden mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Sensoreinrichtung, wobei mittels der Sensoreinrichtung mindestens eine Messgröße erfassbar ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sensoreinrichtung eines elektromechanischen Lenksystems, wobei die Sensoreinrichtung eine Messgröße des elektromechanischen Lenksystems, beispielsweise einen Lenkwinkel, ein Lenkmoment, eine Rotorlage oder eine weitere Messgröße des elektromechanischen Lenksystems, erfasst. Die Messgröße kann hierbei eine physikalische Messgröße, beispielsweise eine Kraft, eine Position oder eine weitere physikalische Messgröße, sein Alternativ kann die Messgröße auch eine chemische Messgröße sein. Die Sensoreinrichtung umfasst mindestens eine Signalverarbeitungseinrichtung und mindestens eine Diagnoseeinrichtung. Die Signalverarbeitungseinrichtung und die Diagnoseeinrichtung können hierbei baulich integriert, z. B. in einem gemelnsamen Gehäuse angeordnet, sein. Auch können die Signalverarbeitungseinrichtung und die Diagnoseeinrichtung auf einem gemeinsamen Bauteilträger, beispielsweise einer Platine, angeordnet sein.
Mittels der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung ist die mindestens eine erfasste Messgröße in mindestens ein Ausgangssignal wandelbar. Das Ausgangssignal kann hierbei ein analoges, vorzugsweise jedoch digitales, Ausgangssignal sein. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann hierbei beispielsweise eine analoge Sensorik, ein Analog-Digital-Wandler, eine Einrichtung zur Störkompensation, eine Einrichtung zur digitalen Signalverarbeitung und/oder ein Digital-Analog-Wandler sein oder umfassen. Die analoge Sensorik bezeichnet hierbei eine Anordnung zur Erzeugung eines analogen Signals in Abhängigkeit einer Messgröße.
Mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung ist mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung, insbesondere eine Fehlfunktion der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung, detektierbar. Hierbei ist ein Fehlersignal erzeugbar, falls mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung, insbesondere der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung, detektiert wurde.
Die Sensoreinrichtung kann hierbei einen ersten Ausgang für das Ausgangssignal aufweisen. Weiter kann die Sensoreinrichtung einen zweiten Ausgang für das mindestens eine Fehlersignal aufweisen. Weiter kann die Sensoreinrichtung einen Spannungseingang für eine Versorgungsspannung aufweisen.
Weiter kann die Sensoreinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung von Störgrößen und/oder eine Speichereinrichtung z. B. zur Speicherung von Kalibrationsinformationen, umfassen.
Erfindungsgemäß ist mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für mindestens ein Ausgangssignal mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung durchführbar.
Eine Signalwertüberwachung kann auch als Grenzwertüberwachung bezeichnet werden, wobei ein Signal mit einem signalspezifischen maximalen Schwellwert und einem signalspezifischen minimalen Schwellwert verglichen wird. Ist das Signal größer als der signalspezifische maximale Schwellwert oder kleiner als der signalspezifische minimale Schwellwert, so wird eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung oder der Signalverarbeitungseinrichtung, die das jeweilige Signal erzeugt, detektiert. Hierbei kann ein Messbereich der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung größer als ein anzunehmender Bereich der zu erfassenden Messgröße sein.
Ist die Sensoreinrichtung beispielsweise ein Temperatursensor zur Erfassung einer Außentemperatur eines Kraftfahrzeugs, welche im Normalbetrieb nicht kleiner als –40°C und nicht größer als 60°C ist, so kann ein Messbereich z. B. den Bereich von –100°C bis 100°C umfassen.
Neben einer Signalwertüberwachung der mittels der Sensoreinrichtung erfassten Messgröße können hierbei vorzugsweise auch durch die Sensoreinrichtung zusätzlich erfasste Messgrößen mittels einer für diese Messgrößen spezifischen Signalwertüberwachung überwacht werden. Erfasst der Sensor z. B. zusätzlich zu der Messgröße eine Temperatur oder eine mechanische Beanspruchung, so können auch diese Temperatur oder diese mechanische Beanspruchung mit einer minimalen oder maximalen Temperatur bzw. mit einer minimalen oder maximalen mechanischen Beanspruchung verglichen werden. Diese zusätzlich erfassten Messgrößen können hierbei auch Störgrößen sein.
Bei einer Signaländerungsüberwachung kann eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung oder der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung detektiert werden, falls über einen vorbestimmten Zeitraum keine Signaländerung stattfindet oder eine Signaländerung kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert, beispielsweise eine minimale Signaländerung, ist. Der Schwellwert kann hierbei in Abhängigkeit eines sensortypischen Rauschens gewählt werden, insbesondere kann der vorbestimmte Schwellwert kleiner als das sensorspezifische Rauschen, beispielsweise kleiner als ein Mittelwert des sensorspezifischen Rauschens sein. üblicherweise weisen Sensoreinrichtungen, speziell hochauflösende Sensoreinrichtungen, auch bei konstanten Messgrößen ein Sensorrauschen auf. Dieses Sensorrauschen resultiert zum einen direkt aus einem von einem Messaufnehmer der Sensoreinrichtung erzeugten Rauschen und/oder aus den zu erfassenden Messgrößen selbst und/oder aus einem Rauschen mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung beispielsweise einem Rauschen eines Signalwandlers, insbesondere eines so genannten Sigma-Delta-Wandlers. Eine Rauschcharakteristik der Sensoreinrichtung kann hierbei verwendet werden, um eine so genannte feststehende Sensoreinrichtung zu detektieren. Findet über einen vorbestimmten Zeitraum keine Signaländerung statt, kann von einem so genannten Stuck-at-Fehler ausgegangen werden. Ein solcher Stuck-at-Fehler tritt z. B. auf, wenn eine interne Signalleitung der Sensoreinrichtung defekt ist und/oder eine Taktung einer Signalverarbeitungseinrichtung nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Alternativ oder kumulativ kann bei einer Signaländerungsüberwachung eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung oder der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung detektiert werden, falls in einem vorbestimmten Zeitraum eine Signaländerung, insbesondere ein Anstieg oder ein Abfall einer Amplitude des Signals, größer als eine vorbestimmte maximal zulässige Signaländerung, insbesondere größer als ein maximal zulässiger Anstieg oder maximal zulässiger Abfall der Amplitude, ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Signal keine beliebig großen Signalsprünge aufweisen darf.
Die Signalwertüberwachung als auch die Signaländerungsüberwachung nutzen in vorteilhafter Weise in der Sensoreinrichtung ohnehin vorhandene oder ohnehin erzeugte Werte zur Überwachung einer Funktionalität der Sensoreinrichtung. Hierdurch lassen sich die vorgeschlagenen Überwachungsfunktionen in vorteilhafter Weise ohne großen Aufwand in bestehende Sensoreinrichtungen integrieren.
Bei einer anregungsbasierten Signalüberwachung wird ein vorbestimmtes Anregungssignal signaltechnisch vor der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung eingekoppelt. Mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung ist ein Ausgangssignal der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung mit dem vorbestimmten Anregungssignal vergleichbar und ein Ähnlichkeitskriterium auswertbar. Eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung oder der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung wird detektiert, falls das Ähnlichkeitskriterium nicht erfüllt ist. Beispielsweise kann ein Korrelationskoeffizient des vorbestimmten Anregungssignals und des Ausgangssignals der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung bestimmt werden und eine Fehlfunktion detektiert werden, falls der Korrelationskoeffizient kleiner als ein vorbestimmter Korrelationskoeffizient, beispielsweise kleiner als 0,5 ist.
Das vorbestimmte Anregungssignal kann hierbei ausschließlich Frequenzanteile aufweisen, die größer als eine vorbestimmte Grenzfrequenz sind. Alternativ kann das vorbestimmte Anregungssignal ein Offset-Signal sein. Auch kann das vorbestimmte Anregungssignal zyklisch wiederholt eingekoppelt werden.
Die vorgeschlagene Sensoreinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine verbesserte Überwachung einer Funktionalität der Sensoreinrichtung, wobei die Überwachungsfunktionen, also die Signalwertüberwachung und/oder die Signaländerungsüberwachung und/oder die anregungsbasierte Signalüberwachung eine einfache und zuverlässige Überwachung einer fehlerfreien Funktion der Sensoreinrichtung ermöglichen und einfach in bestehende Sensoreinrichtungen integriert werden können. Insbesondere kann mittels der vorgeschlagenen Sensoreinrichtung, insbesondere mittels der Signalwertüberwachung und/oder der Signaländerungsüberwachung, ohnehin bereits vorhandene Signale, insbesondere sensorinterne Signale, zur Überwachung verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensoreinrichtung mehr als eine Signalverarbeitungseinrichtung. Das mindestens eine Ausgangssignal ist ein Ausgangssignal einer Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung zwei Signalverarbeitungseinrichtungen umfassen. Eine erste Signalverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise eine analoge Sensorik sein. Eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung kann ein Analog-Digital-Wandler sein. Hierbei erzeugt die erste Signalverarbeitungseinrichtung ein erstes Ausgangssignal, welches als Einganssignal der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung dient. Das Ausgangssignal der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung dient als Ausgangssignal der Sensoreinrichtung.
Dabei kann die Sensoreinrichtung auch mehr als zwei Signalverarbeitungseinrichtungen umfassen. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung zusätzlich eine Einrichtung zur Störkompensation und/oder eine Einrichtung zur digitalen Signalverarbeitung und/oder einen Digital-Analog-Wandler umfassen. Diese können, wie vorhergehend für die erste und die zweite Signalverarbeitungseinrichtung erläutert, signaltechnisch in Reihe geschaltet werden. Zwischensignale bezeichnen hierbei Signale, die von einer Signalverarbeitungseinrichtung an eine weitere Signalverarbeitungseinrichtung übertragen werden. Hierbei ist das von der Sensoreinrichtung erfindungsgemäß erzeugte Ausgangssignal kein Zwischensignal. Weiter kann die Sensoreinrichtung auch eine Einrichtung zur Erfassung von Störgrößen und eine Speichereinrichtung umfassen. Auch die Ausgangssignale dieser Einrichtung zur Erfassung von Störgrößen und der Speichereinrichtung können als Zwischensignale bezeichnet werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hinsichtlich einer Funktionalität erweiterte Sensoreinrichtung, die beispielsweise bereits signalverarbeitende Schritte durchführen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für Ausgangssignale ausgewählter oder aller Signalverarbeitungseinrichtungen durchführbar. Insbesondere ist mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für ausgewählte oder alle Zwischensignale durchführbar. Auch kann mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für das Ausgangssignal der Sensoreinrichtung durchgeführt werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ausgewählte oder alle Signalverarbeitungseinrichtungen als auch die vorhergehend erwähnte Einrichtung zur Erfassung von Störgrößen und die Speichereinrichtung auf eine korrekte Funktionalität überprüft werden können. Insbesondere kann in Abhängigkeit des Ausgangssignals einer spezifischen Signalverarbeitungseinrichtung ein Fehlerort insbesondere die fehlerhafte Signalverarbeitungseinrichtung, genau bestimmt werden.
Die mindestens eine Diagnoseeinrichtung kann hierbei signal- oder datentechnisch mit den ausgewählten oder allen Signalverarbeitungseinrichtungen verbunden sein. Hierbei können die einzelnen ausgewählten oder alle Signalverarbeitungseinrichtungen ihre jeweiligen Ausgangssignale an die Diagnoseeinrichtung übermitteln. Auch ist vorstellbar, dass die mindestens eine Diagnoseeinrichtung eine Fehlersignalisierung signal- oder datentechnisch an ausgewählte oder alle Signalverarbeitungseinrichtungen übermittelt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise in einzelnen oder allen Signalverarbeitungseinrichtungen ein so genannter Fehlerbetrieb ausgelöst werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung ein vorbestimmtes Anregungssignal erzeugbar und in die Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen an einer Einkopplungsstelle einkoppelbar. Mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung ist ein Ausgangssignal an einer von der Einkopplungsstelle verschiedenen Auskopplungsstelle der Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen auskoppelbar und mit dem vorbestimmten Anregungssignal vergleichbar und ein Ähnlichkeitskriterium auswertbar. Eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung oder mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung ist detektierbar, falls das Ähnlichkeitskriterium nicht erfüllt ist. Das vorbestimmte Anregungssignal wird hierbei signaltechnisch vor der Stelle eingekoppelt, an der das mit dem vorbestimmten Anregungssignal zu vergleichende Ausgangssignal ausgekoppelt wird.
Ein Ähnlichkeitskriterium kann auch ein Vergleich, beispielsweise eine Differenzbildung, des mit einer vorbekannten Übertragungsfunktion multiplizierten vorbestimmten Anregungssignals mit dem an der Auskopplungsstelle abgegriffenen Ausgangssignals sein, wobei eine Fehlfunktion detektiert wird, falls die Differenz größer als eine vorbestimmte Differenz ist. Die Übertragungsfunktion bildet hierbei eine signaltechnische Übertragungsfunktion zwischen Einkopplungs- und Auskopplungsstelle ab.
In einer weiteren Ausführungsform weist das vorbestimmte Anregungssignal ausschließlich Frequenzanteile auf, die größer als eine vorbestimmte Grenzfrequenz sind. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass das vorbestimmte Anregungssignal nicht von dem aus der mindestens einen Messgröße resultierenden Signal unterschieden werden kann. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Grenzfrequenz höher als eine Frequenz einer maximalen Änderung der zu erfassenden. Messgröße Beispielsweise kann in diesem Fall das an der Auskopplungsstelle abgegriffene Ausgangssignal mittels eines Hochpassfilters gefiltert werden und das gefilterte Signal oder das mit der vorbekannten Übertragungsfunktion multiplizierte gefilterte Signal mit dem vorbestimmen Anregungssignal z. B. mittels einer Korrelation oder einer Differenzbildung, verglichen werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst robuste anregungsbasierte Signalüberwachung.
Alternativ kann das vorbestimmte Anregungssignal ein Offset-Signal sein. Da ein Offset, insbesondere bei einer vorbekannten Übertragungsfunktion zwischen der Einkopplungsstelle und der Auskopplungsstelle, leicht detektierbar ist, ergibt sich hierdurch in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache anregungsbasierte Signalüberwachung.
In einer weiteren Ausführungsform ist das vorbestimmte Anregungssignal zyklisch wiederholt einkoppelbar. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine wiederholte anregungsbasierte Signalüberwachung. Auch kann in vorteilhafter Weise eine Verzögerungszeit oder Totzeit zwischen einem Zeitpunkt der Einkopplung des vorbestimmten Anregungssignals und einem Zeitpunkt einer Detektion des Teils des Ausgangssignals, welcher von dem vorbestimmten Anregungssignal erzeugt wurde, ermittelt werden. Weicht die Verzögerungszeit oder Totzeit von der vorbestimmten Verzögerungszeit oder Totzeit ab, so kann eine Fehlfunktion detektiert werden. Analoges gilt selbstverständlich für einen Zeitpunkt einer Abschaltung des vorbestimmten Anregungssignals, also dem Zeitpunkt, ab welchem das vorbestimmte Anregungssignal nicht mehr in die Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen oder vor der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung eingekoppelt wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erweiterte Signalüberwachung, die auch von einer normalen Verzögerungszeit oder Totzeit abweichende Verzögerungszeit oder Totzeit als Fehlfunktion detektiert. Gleichzeitig ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine fehlerfreie Funktion der Sensoreinrichtung zyklisch wiederholt überwacht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung aus dem Ausgangssignal an der Auskopplungsstelle der Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen der Anteil des Ausgangssignals, der aus dem vorbestimmten Anregungssignal resultiert, zumindest teilweise entfernbar. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise das eigentlich zu erfassende und aus der mindestens einen Messgröße resultierende Signal zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, wieder hergestellt werden.
Ist das vorbestimmte Anregungssignal beispielsweise ein hochfrequentes Anregungssignal, dessen Grenzfrequenz höher als eine vorbestimmte Grenzfrequenz ist, so kann das Ausgangssignal an der Auskopplungsstelle mit einem Tiefpassfilter gefiltert werden, dessen Grenzfrequenz kleiner oder gleich dieser vorbestimmten Grenzfrequenz ist. Das gefilterte Signal entspricht hierbei in vorteilhafter Weise dem Signal, welches durch die zu erfassende Messgröße erzeugt wurde. Alternativ kann das Ausgangssignal an der Auskopplungsstelle mit einem Bandpassfilter oder einem Bandsperrfilter gefiltert werden deren Grenzfrequenz derart gewählt sind, dass das vorbestimmte Anregungssignal aus dem Ausgangssignal an der Auskopplungsstelle mit einer vorbestimmten Güte herausgefiltert wird. Hierbei ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Bandpass- oder Bandsperrfilter einen geringen Phasenverzug im gefilterten Signal bewirken, so dass nachteilige Effekte eines Phasenverzugs z. B. auf ein Lenkverhalten eines elektromechanischen Lenksystems, welches die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung umfasst, minimiert werden.
Ist das vorbestimmte Anregungssignal ein Offset-Signal, so kann dieser Offset von dem Ausgangssignal subtrahiert werden. Auch kann im Offset, der mit einer vorbekannten Übertragungsfunktion zwischen der Einkopplungsstelle und der Auskopplungsstelle multipliziert wurde, von dem Ausgangssignal abgezogen werden.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Überwachung einer Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung ist hierbei wie vorhergehend beschrieben ausgebildet. Mittels der Sensoreinrichtung wird mindestens eine Messgröße erfasst. Mittels der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung wird die mindestens eine erfasste Messgröße in mindestens ein Ausgangssignal gewandelt. Mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung wird die Sensoreinrichtung oder die mindestens eine Signalverarbeitungseinrichtung überwacht und mindestens ein Fehlersignal erzeugt, falls mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung oder der mindestens einen Signalbearbeitungseinrichtung detektiert wird.
Erfindungsgemäß wird mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung die vorhergehend beschriebene Signalwertüberwachung und/oder Signaländerungsüberwachung und/oder anregungsbasierte Signalüberwachung für mindestens ein Ausgangssignal mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung durchgeführt.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Überwachung einer Sensoreinrichtung, wodurch die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch in Einsatzgebieten eingesetzt werden kann, die eine hohe Diagnoseabdeckung erfordern.
Weiter kann die Sensoreinrichtung mehr als eine Signalverarbeitungseinrichtung umfassen, wobei das mindestens eine Ausgangssignal ein Ausgangssignal einer Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen ist. Mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung wird eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung, wie vorhergehend beschrieben, für Ausgangssignale ausgewählter oder aller Signalverarbeitungseinrichtungen (Zwischensignale) und gegebenenfalls das Ausgangssignal der Sensoreinrichtung durchgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung ein vorbestimmtes Anregungssignal erzeugt und in die Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen an einer Einkopplungsstelle eingekoppelt. Mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung wird ein Ausgangssignal an einer von der Einkopplungsstelle verschiedenen Auskopplungsstelle der Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen abgegriffen und mit dem Anregungssignal verglichen und ein Ähnlichkeitskriterium ausgewertet. Eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung oder mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung wird detektiert, falls das Ähnlichkeitskriterium nicht erfüllt ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Sensors (Stand der Technik) und
2 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist eine Sensoreinrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Sensoreinrichtung 1 umfasst eine erste Signalverarbeitungseinrichtung 2, eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung 3, eine dritte Signalverarbeitungseinrichtung 4, eine vierte Signalverarbeitungseinrichtung 5 und eine fünfte Signalverarbeitungseinrichtung 6. Weiter umfasst die Sensoreinrichtung 1 eine Einrichtung 7 zur Erfassung von Störgrößen und eine Speichereinrichtung 8. Weiter umfasst die Sensoreinrichtung 1 eine Einrichtung 9 zur Spannungsversorgung der Sensoreinrichtung 1. Weiter weist die Sensoreinrichtung 1 einen Eingang 10 zum Anschluss einer externen Spannungsquelle und einen Signalausgang 11 auf.
Die erste Signalverarbeitungseinrichtung 2 ist hierbei eine analoge Sensorik, die ein analoges Spannungssignal in Abhängigkeit einer zu erfassenden Messgröße erzeugt. Die erste Signalverarbeitungseinrichtung 2 ist datentechnisch mit der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung 3, die als Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist, verbunden. Ein Ausgangssignal der ersten Signalverarbeitungseinrichtung 2 kann hierbei als erstes Zwischensignal bezeichnet werden. In analoger Weise ist die zweite Signalverarbeitungseinrichtung 3 mit der dritten Signalverarbeitungseinrichtung 4, die als Einrichtung zur Störkompensation ausgebildet ist, datentechnisch verbunden, wobei ein Ausgangssignal der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung 3 als zweites Zwischensignal bezeichnet werden kann. Weiter ist die dritte Signalverarbeitungseinrichtung 4 datentechnisch mit der vierten Signalverarbeitungseinrichtung 5, die als Einrichtung zur digitalen Signalverarbeitung ausgebildet ist, verbunden, wobei ein Ausgangssignal der dritten Signalverarbeitungseinrichtung 4 als drittes Zwischensignal bezeichnet werden kann. Weiter ist die vierte Signalverarbeitungseinrichtung 5 datentechnisch mit der fünften Signalverarbeitungseinrichtung 6 verbunden, die als Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist, wobei ein Ausgangssignal der vierten Signalverarbeitungseinrichtung 5 als vierte Zwischengröße bezeichnet werden kann. Die Einrichtung 7 zur Erfassung von Störgrößen ist datentechnisch mit der dritten Signalverarbeitungseinrichtung 4 verbunden. Die Speichereinrichtung 8 ist datentechnisch mit der vierten Signalverarbeitungseinrichtung 5 verbunden. Auch Ausgangssignale der Einrichtung 7 zur Erfassung von Störgrößen und der Speichereinrichtung 8 können als Zwischensignal bezeichnet werden. Ein Ausgangssignal der fünften Signalverarbeitungseinrichtung 6 kann als Ausgangssignal der Sensoreinrichtung 1 bezeichnet werden und ist an dem Signalausgang 11 abgreifbar.
In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist die Sensoreinrichtung 1 in großen Teilen gleich der in 1 dargestellten Sensoreinrichtung 1 aufgebaut. Diesbezüglich wird an dieser Stelle auf die Erläuterungen zu 1 hingewiesen.
Zusätzlich weist die Sensoreinrichtung 1 eine Diagnoseeinrichtung 12 auf. Die Diagnoseeinrichtung 12 ist datentechnisch mit der ersten, der zweiten, der dritten, der vierten und der fünften Signalverarbeitungseinrichtung 2, 3, 4, 5, 6 verbunden. Hierbei können die erste, die zweite, die dritte, die vierte und die fünfte Signalverarbeitungseinrichtung 2, 3, 4, 5, 6 ihre jeweiligen Ausgangssignale an die Diagnoseeinrichtung 12 übertragen. Somit wird also das Ausgangssignal der Sensoreinrichtung 1 und das erste, das zweite, das dritte und das vierte Zwischensignal an die Diagnoseeinrichtung 12 übertragen. Die Diagnoseeinrichtung 12 führt eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für die Ausgangssignale aller Signalverarbeitungseinrichtungen 2, 3, 4, 5, 6 durch. Für die anregungsbasierte Signalüberwachung kann die Diagnoseeinrichtung 12 ein vorbestimmtes Anregungssignal erzeugen und in die Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen 2, 3, 4, 5, 6 an einer Einkopplungsstelle 13 einkoppeln. Hierbei ist dargestellt, dass die Einkopplungsstelle 13 signaltechnisch vor der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung 3 liegt. Hierbei wird das vorbestimmte Anregungssignal also dem von der ersten Signalverarbeitungseinrichtung 2 erzeugten Ausgangssignal, welches dem aus der zu erfassenden Messgröße resultierenden Spannungssignal entspricht überlagert. Da die Diagnoseeinrichtung 12 die Ausgangssignale der zweiten, der dritten, der vierten und der fünften Signalverarbeitungseinrichtung 3, 4, 5, 6 empfangen kann, kann die Diagnoseeinrichtung 12 einen Vergleich des vorbestimmten Anregungssignals mit diesen empfangenen Ausgangssignalen durchführen. In Abhängigkeit eines Ähnlichkeitsmaßes kann dann eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung 1 detektiert werden. Weiter weist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 1 einen Fehlerausgang 14 auf, an dem ein von der Diagnoseeinrichtung 12 erzeugtes Fehlersignal im Fehlerfall anliegt und abgegriffen werden kann. Auch kann das Fehlersignal an die zweite und vierte Signalverarbeitungseinrichtung 3, 5 übertragen werden und dort einen Fehlerbetrieb auslösen
Bezugszeichenliste

1: Sensoreinrichtung
2: erste Signalverarbeitungseinrichtung
3: zweite Signalverarbeitungseinrichtung
4: dritte Signalverarbeitungseinrichtung
5: vierte Signalverarbeitungseinrichtung
6: fünfte Signalverarbeitungseinrichtung
7: Einrichtung zur Erfassung von Störgrößen
8: Speichereinrichtung
9: Einrichtung zur Spannungsversorgung
10: Spannungseingang
11: Signalausgang
12: Diagnoseeinrichtung
13: Einkopplungsstelle
14: Fehlerausgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006018975 A1 [0004]
DE 10122868 A1 [0005]
DE 102009009448 A1 [0006]
US 2003/0120406 A1 [0007]

Claims

Sensoreinrichtung, wobei mittels der Sensoreinrichtung (1) mindestens eine Messgröße erfassbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (1) mindestens eine Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) und mindestens eine Diagnoseeinrichtung (12) umfasst, wobei mittels der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) die mindestens eine erfasste Messgröße in mindestens ein Ausgangssignal wandelbar ist, wobei mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung (1) detektierbar ist, wobei ein Fehlersignal erzeugbar ist, falls mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung (1) detektiert wurde, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für mindestens ein Ausgangssignal mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) der Sensoreinrichtung (1) durchführbar ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (1) mehr als eine Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) umfasst, wobei das mindestens eine Ausgangssignal ein Ausgangssignal einer Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für Ausgangssignale ausgewählter oder aller Signalverarbeiturigseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) durchführbar ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) ein vorbestimmtes Anregungssignal erzeugbar und in die Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) an einer Einkopplungsstelle (13) einkoppelbar ist, wobei mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) ein Ausgangssignal an einer von der Einkopplungsstelle (13) verschiedenen Auskopplungsstelle der Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) mit dem Anregungssignal vergleichbar und ein Ähnlichkeitskriterium auswertbar ist, wobei eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung (1) detektiert wird, falls das Ähnlichkeitskriterium nicht erfüllt ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Anregungssignal ausschließlich Frequenzanteile aufweist, die größer einer vorbestimmten Grenzfrequenz sind, oder dass das vorbestimmte Anregungssignal ein Offset-Signal ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Anregungssignal zyklisch wiederholt einkoppelbar ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) aus dem Ausgangssignal an der von der Einkopplungsstelle (13) verschiedenen Auskopplungsstelle der Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) der Anteil des Ausgangssignals, der aus dem vorbestimmten Anregungssignal resultiert, zumindest teilweise entfernbar ist.
Verfahren zur Überwachung einer Sensoreinrichtung (1), wobei mittels der Sensoreinrichtung (1) mindestens eine Messgröße erfasst wird, wobei die Sensoreinrichtung (1) mindestens eine Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) und mindestens eine Diagnoseeinrichtung (12) umfasst, wobei mittels der mindestens einen Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) die mindestens eine erfasste Messgröße in mindestens ein Ausgangssignal gewandelt wird, wobei mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) die Sensoreinrichtung (1) überwacht und mindestens ein Fehlersignal erzeugt wird, falls mindestens eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung (1) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für mindestens ein Ausgangssignal mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) der Sensoreinrichtung (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (1) mehr als eine Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 5, 6) umfasst, wobei das mindestens eine Ausgangssignal ein Ausgangssignal einer Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) ist, wobei mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) eine Signalwertüberwachung und/oder eine Signaländerungsüberwachung und/oder eine anregungsbasierte Signalüberwachung für Ausgangssignale ausgewählter oder aller Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) ein vorbestimmtes Anregungssignal erzeugt und in die Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) an einer Einkopplungsstelle (13) eingekoppelt wird, wobei mittels der mindestens einen Diagnoseeinrichtung (12) ein Ausgangssignal an einer von der Einkopplungsstelle (13) verschiedenen Auskopplungsstelle der Kette der Signalverarbeitungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) mit dem Anregungssignal verglichen und eine Ähnlichkeitskriterium ausgewertet wird, wobei eine Fehlfunktion der Sensoreinrichtung (1) detektiert wird, falls das Ähnlichkeitskriterium nicht erfüllt ist.