DE102014207766A1

DE102014207766A1 - 3-Achsen-Inertialsensor mit 2-Achsen-Inertialsensor überwachen

Info

Publication number: DE102014207766A1
Application number: DE102014207766.4A
Authority: DE
Inventors: Roland Burghardt; Bernhard Schmid; Roland Hilser
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2015-10-29
Also published as: WO2015162014A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (14) zum Erfassen einer Inertialgröße (16), umfassend – einen dreiachsigen Inertialsensor (26) zum Erfassen eines ersten Messwertes (42, 44, 46) für die Inertialgröße (16), – einen zweiachsigen Inertialsensor (28) zum Erfassen eines zum ersten Messwert (42, 44, 46) redundanten zweiten Messwertes (48, 50) für die Inertialgröße (16), und – eine Einrichtung (52, 58, 64) zum Plausibilisieren des ersten Messwertes (42, 44, 46) basierend auf dem zweiten Messwert (48, 50).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe und eine elektronische Baugruppe.
Aus der DE 10 2006 002 350 A1 ist ein Inertialsensor bekannt, der eingerichtet ist, Inertialgrößen in drei verschiedenen räumlichen Achsen zu messen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Erfassung von Inertialgrößen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Erfassen einer Inertialgröße einen dreiachsigen Inertialsensor zum Erfassen eines ersten Messwertes für die Inertialgröße, einen zweiachsigen Inertialsensor zum Erfassen eines zum ersten Messwert redundanten zweiten Messwertes für die Inertialgröße, und eine Einrichtung zum Plausibilisieren des ersten Messwertes basierend auf dem zweiten Messwert.
Der angegebenen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Anforderungen hinsichtlich Sicherheit in Automotive-System stetig steigen, was eine Überwachung von Sensoren auf ihre Funktionalität hin notwendig macht. Diese Überwachung wird im Rahmen der angegebenen Vorrichtung dadurch erreicht, dass neben dem dreiachsigen Inertialsensor ein weiterer vergleichsweise kostengünstiger zweiachsiger Inertialsensor verwendet wird, um die Messergebnisse aus dem dreiachsigen Inertialsensor zu plausibilisieren.
Dabei kann wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors parallel zu einer Achse des zweiten Inertialsensors angeordnet werden, so dass die Messergebnisse in dieser Achse direkt miteinander verglichen werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors in einem Winkel zu einer Achse des zweiten Inertialsensors angeordnet sein. Auf diese Weise lassen sich die Messwerte mehrerer Achsen des ersten Inertialsensors mit den Messwerten des zweiten Inertialsensors plausibilisieren, weil diese trigonometrisch in die entsprechenden Messwerte des ersten Inertialsensors umgerechnet werden können.
Dabei kann der zuvor genannte Winkel zwischen den Achsen der beiden Inertialsensoren 45° betragen.
Die Inertialgrößen können einerseits Drehraten des ersten und zweiten Inertialsensors umfassen.
Andererseits können die Inertialgrößen auch Beschleunigungen des ersten und zweiten Inertialsensors umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine der angegebenen Vorrichtungen, insbesondere zur Erfassung von Fahrdynamikdaten.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit einer Fahrdynamikregelung;
2 eine schematische Ansicht eines als SMD-Bauteil ausgebildeten Inertialsensors aus 1; und
3 eine schematische Ansicht zweier Inertialsensoren zeigen.
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges 2 mit einer an sich bekannten Fahrdynamikregelung zeigt. Details zu dieser Fahrdynamikregelung können beispielsweise der DE 10 2011 080 789 A1 entnommen werden.
Das Fahrzeug 2 umfasst ein Chassis 4 und vier Räder 6. Jedes Rad 6 kann über eine ortsfest am Chassis 4 befestigte Bremse 8 gegenüber dem Chassis 4 verlangsamt werden, um eine Bewegung des Fahrzeuges 2 auf einer nicht weiter dargestellten Straße zu verlangsamen.
Dabei kann es in einer dem Fachmann bekannten Weise passieren, dass die Räder 6 des Fahrzeugs 2 ihre Bodenhaftung verlieren und sich das Fahrzeug 2 sogar von einer beispielsweise über ein nicht weiter gezeigtes Lenkrad vorgegebenen Trajektorie durch Untersteuern oder Übersteuern wegbewegt. Dies wird durch an sich bekannte Regelkreise wie ABS (Antiblockiersystem) und ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) vermieden.
In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 dafür Drehzahlsensoren 10 an den Rädern 6 auf, die eine Drehzahl 12 der Räder 6 erfassen. Ferner weist das Fahrzeug 2 einen Vorrichtung 14 auf, der nachstehend Fahrdynamidaten 16 genannte Inertialdaten des Fahrzeuges 2 erfasst die beispielsweise eine Nickrate, eine Wankrate, eine Gierrate, eine Querbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges 2 umfassen können.
Basierend auf den erfassten Drehzahlen 12 und Fahrdynamikdaten 16 kann ein Regler 18 in einer dem Fachmann bekannten Weise bestimmen, ob das Fahrzeug 2 auf der Fahrbahn rutscht oder sogar von der oben genannten vorgegebenen Trajektorie abweicht und entsprechen mit einem an sich bekannten Reglerausgangssignal 20 darauf reagieren. Das Reglerausgangssignal 20 kann dann von einer Stelleinrichtung 22 verwendet werden, um mittels Stellsignalen 24 Stellglieder, wie die Bremsen 8 anzusteuern, die auf das Rutschen und die Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie in an sich bekannter Weise reagieren.
Der Regler 18 kann beispielsweise in eine an sich bekannte Motorsteuerung des Fahrzeuges 2 integriert sein. Auch können der Regler 18 und die Stelleinrichtung 22 als eine gemeinsame Regeleinrichtung ausgebildet und optional in die zuvor genannte Motorsteuerung integriert sein.
Um die nachstehenden Erklärungen zu vereinfachen soll in nicht einschränkender davon ausgegangen werden, dass die Vorrichtung 14 als Fahrdynamikdaten 16 die Beschleunigungen des Fahrzeuges 2 in den drei Hauptachsen, also die Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung und die Vertikalbeschleunigung ausgibt.
In 2 ist die Vorrichtung 14 in einer beispielhaften Ausgestaltung gezeigt.
Die Vorrichtung 14 umfasst im Rahmen der vorliegenden Ausführung einen ersten Inertialsensor 26 und einen zweiten Inertialsensor 28. Beide Sensoren 26, 28 sind über Bonddrähte 30 mit einer Signalauswerteschaltungen 32 in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, nachstehend ASIC 32 (engl: application-specific integrated circuit) genannt, verbunden und geben an diese von den oben genannten Fahrdynamikdaten 16 abhängige Signale aus. Die ASIC 32 kann dann basierend auf den empfangenen, von den Fahrdynamikdaten 16 abhängigen Signalen die Fahrdynamikdaten 16 erzeugen.
Die Inertialsensoren 26, 28 und die ASIC 32 sind auf einer Leiterplatte 34 getragen und mit verschiedenen, auf der Leiterplatte 34 ausgeformten elektrischen Leitungen 36 elektrisch kontaktiert. Von diesen Leitungen 36 ist in 2 lediglich eine einzige Leitung 36 im Schnitt zu sehen.
Inertialsensoren 26, 28 und die ASIC 32 können ferner von einem mechanischen Entkopplungsmaterial 35, Globetop-Masse 35 genannt, umhüllt sein, die wiederum gemeinsam mit den Inertialsensoren 26, 28 und der ASIC 32 in einem Spritzpressmaterial 38, wie beispielsweise einem Epoxidharz 38 verkapselt sein kann.
Schließlich sind an der Vorrichtung 14 entsprechende Kontaktmöglichkeiten, wie in 2 gezeigte Lötperlen 40 zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltkreis des Reglers 18 vorgesehen.
Es wird auf 3 Bezug genommen, anhand der die Funktionsweise der Vorrichtung 14 zur Erfassung der Fahrdynamikdaten 16 näher erläutert werden soll.
In der Vorrichtung 16 gibt der erste Inertialsensor 26 ein Längsbeschleunigungssignal 42, ein Querbeschleunigungssignal 44 und ein Vertikalbeschleunigungssignal 46 an die Signalauswerteschaltung 32 aus. Ferner gibt der zweite Inertialsensor 28 ein redundantes Längsbeschleunigungssignal 48 und ein redundantes Querbeschleunigungssignal 50 an die Signalauswerteschaltung 32 aus.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführung umfasst die Signalauswerteschaltung 32 für jede Art der zu generierenden Fahrdynamikdaten 16 eine eigene Datenerzeugungseinrichtung. Dabei werden in einer ersten Datenerzeugungseinrichtung 52 zur Erzeugung von Längsbeschleunigungsdaten 54 das Längsbeschleunigungssignal 42 und das redundante Längsbeschleunigungssignal 48 miteinander verglichen. Weichen die beiden Signale 42, 48 voneinander ab, so generiert die erste Datenerzeugungseinrichtung 52 erstes Fehlersignal 56, um diesen Fehler zu kennzeichnen. Unabhängig davon kann die erste Datenerzeugungseinrichtung 52 das Längsbeschleunigungssignal 42 in ein digitales Signal wandeln und als die Längsbeschleunigungsdaten 54 ausgeben.
In gleicher Weise kann eine zweite Datenerzeugungseinrichtung 58 aus dem Querbeschleunigungssignal 44 Querbeschleunigungsdaten 60 erzeugen und basierend auf einem Vergleich des Querbeschleunigungssignal 44 und des redundanten Querbeschleunigungssignals 50 ein entsprechendes zweites Fehlersignal 62 generieren, wenn diese Signale 44, 50 voneinander abweichen.
Eine dritte Datenerzeugungseinrichtung 64 aus dem Vertikalbeschleunigungssignal 46 Vertikalbeschleunigungsdaten 66 erzeugen, ohne das das Vertikalbeschleunigungssignal 46 auf Fehler hin plausibilisiert wird.
Die gesamten erzeugten Daten, inklusive der Fehlerdaten 56, 62 können dann über eine Schnittstelle 68 an den Regler 18 gesendet werden. Diese Schnittstelle 68 könnte beispielsweise basierend auf dem PSI5-Standard oder dem CAN-Standard aufgebaut sein.
Im Rahmen der 3 wurde vorausgesetzt, dass die beiden Inertialsensoren 26, 28 in allen drei Raumrichtungen parallel zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Längsbeschleunigung 42 und die Querbeschleunigung 44 durch direktes Vergleiches der Ausgangssignale 42, 44, 48, 50 miteinander überwacht werden. Eine Überwachung der Vertikalbeschleunigung 46 ist jedoch nicht vorgesehen.
Um mit dem zweiten Inertialsensor 28 auch die Vertikalbeschleunigung 46 des ersten Inertialsensors 26 zu überwachen, wird wie in 4 gezeigt, vorgeschlagen, den zweiten Inertialsensor 28 in wenigsten einer Raumrichtung in einem Winkel 70 zum ersten Inertialsensor 26 anzuordnen. Auf diese Weise aus dem Signal 48, das in 3 die redundante Querbeschleunigung beschrieben hat, und dem Winkel 70 sowie seinem Komplementenwinkel 72 eine redundante Referenz für die Querbeschleunigung 44 und die Vertikalbeschleunigung 46 ermittelt werden. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt wie in 3 gezeigt, wobei nun auch für die Vertikalbeschleunigung 46 ein Fehlersignal erzeugt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006002350 A1 [0002]
DE 102011080789 A1 [0018]

Claims

Vorrichtung (14) zum Erfassen einer Inertialgröße (16), umfassend – einen dreiachsigen Inertialsensor (26) zum Erfassen eines ersten Messwertes (42, 44, 46) für die Inertialgröße (16), – einen zweiachsigen Inertialsensor (28) zum Erfassen eines zum ersten Messwert (42, 44, 46) redundanten zweiten Messwertes (48, 50) für die Inertialgröße (16), und – eine Einrichtung (52, 58, 64) zum Plausibilisieren des ersten Messwertes (42, 44, 46) basierend auf dem zweiten Messwert (48, 50).
Vorrichtung (14) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors (26) parallel zu einer Achse des zweiten Inertialsensors (28) angeordnet ist.
Vorrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors (26) in einem Winkel (70) zu einer Achse des zweiten Inertialsensors (28) angeordnet ist.
Vorrichtung (14) nach Anspruch 3, wobei der Winkel (70) 45° beträgt.
Vorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Inertialgröße (16) eine Drehrate des ersten und zweiten Inertialsensors (26, 28) umfasst.
Vorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Inertialgröße eine Beschleunigung (42, 44, 46, 48, 50) des ersten und zweiten Inertialsensors (26, 28) umfassen.