DE102015200790A1

DE102015200790A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Diagnose eines kapazitiven Sensors mit Plausibilitätsprüfung

Info

Publication number: DE102015200790A1
Application number: DE102015200790.1A
Authority: DE
Inventors: Antoni Ferré Fàbregas; Federico Giordano
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-07-23

Abstract

In wenigstens einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Zustands eines kapazitiven Sensors geschaffen. Die Vorrichtung umfasst eine Messschaltung, die elektrisch an einen kapazitiven Sensor zu koppeln ist. Die Messschaltung ist konfiguriert, um eine erste Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer ersten Frequenz zu messen und eine erste Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz zu bestimmen. Die Messschaltung ist ferner konfiguriert, um die erste Kapazität des kapazitiven Sensors mit einem ersten Schwellenwert und mit einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, um den kapazitiven Sensor zu diagnostizieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung, laufende Nummer 61/929,272, eingereicht am 20. Januar 2014, deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose eines kapazitiven Sensors.
HINTERGRUND
Es kann erwünscht sein, die Diagnose an einem kapazitiven Sensor auszuführen. Ein Beispiel des Ausführens der Diagnose an einem kapazitiven Sensor ist in der US-Veröffentlichung, Nummer 2010/0043531 , (die ”'531-Veröffentlichung”) an Garrard u. a. dargelegt.
Die '531-Veröffentlichung schafft eine Detektorschaltung zum Detektieren des Vorhandenseins eines entfernten kapazitiven Sensors mit wenigstens zwei Anschlüssen, die über eine Schutzschaltung angeschlossen sind, die einen oder mehrere Kondensatoren enthält. Die Detektorschaltung umfasst eine Stromversorgung zum Ändern der Ladung in dem Sensor und der Schutzschaltung und einen Detektor zum Messen der Spannung an einem oder mehreren der Anschlüsse. Das Vorhandensein des Sensors wird durch das Ändern der Ladung in dem kapazitiven Sensor und des einen oder der mehreren Kondensatoren in der Schutzschaltung in einer vorgegebenen Weise bestimmt, so dass die Spannungsmessung an dem einen oder den mehreren Anschlüssen, wenn der Sensor vorhanden ist, signifikant anders ist, als wenn der Sensor fehlt.
ZUSAMMENFASSUNG
In wenigstens einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Zustands eines kapazitiven Sensors geschaffen. Die Vorrichtung enthält eine Messschaltung, die elektrisch an einen kapazitiven Sensor zu koppeln ist. Die Messschaltung ist konfiguriert, um eine erste Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer ersten Frequenz zu messen und eine erste Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz zu bestimmen. Die Messschaltung ist ferner konfiguriert, um die erste Kapazität des kapazitiven Sensors mit einem ersten Schwellenwert und mit einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, um den kapazitiven Sensor zu diagnostizieren.
In wenigstens einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Zustands eines kapazitiven Sensors geschaffen. Das Verfahren enthält das Messen einer ersten Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer ersten Frequenz und das Bestimmen einer ersten Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz. Das Verfahren enthält ferner das Vergleichen der ersten Kapazität des kapazitiven Sensors mit einem ersten Schwellenwert und mit einem zweiten Schwellenwert, um den kapazitiven Sensor zu diagnostizieren.
In wenigstens einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Zustands eines kapazitiven Sensors geschaffen. Die Vorrichtung enthält eine Messschaltung, die elektrisch an einen kapazitiven Sensor zu koppeln ist. Die Messschaltung ist konfiguriert, um eine erste Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer ersten Frequenz zu messen und eine zweite Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer zweiten Frequenz zu messen, während sie gleichzeitig die erste Impedanz misst. Die Messschaltung ist ferner konfiguriert, um eine erste Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz zu bestimmen und die erste Kapazität bei der ersten Frequenz als eine Bezugskapazität zu setzen. Die Messschaltung ist ferner konfiguriert, um eine zweite Kapazität des kapazitiven Sensors bei der zweiten Frequenz basierend auf der zweiten Impedanz zu bestimmen und die zweite Kapazität des kapazitiven Sensors mit einem ersten Schwellenwert, der die Bezugskapazität und einen ersten programmierbaren Wert enthält, und mit einem zweiten Schwellenwert, der die Bezugskapazität und einen zweiten programmierbaren Wert enthält, zu vergleichen, um den kapazitiven Sensor zu diagnostizieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den beigefügten Ansprüchen in Ausführlichkeit dargelegt. Weitere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen werden jedoch unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher und am besten verstanden, worin:
1 eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines kapazitiven Sensors gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines kapazitiven Sensors gemäß einer Ausführungsform darstellt;
3 eine Blockschaltplan-Implementierung darstellt, die die Vorrichtung nach 1 repräsentiert;
4 ein erstes Verfahren zum Ausführen der Plausibilität der Messung des Kondensatorsensors darstellt;
5 ein zweites Verfahren zum Ausführen der Plausibilität der Messung des Kondensatorsensors darstellt; und
6 ein drittes Verfahren zum Ausführen der Plausibilität der Messung des Kondensatorsensors darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich werden hier die ausführlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es ist jedoch selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um die Einzelheiten spezieller Komponenten zu zeigen. Deshalb sind die hier offenbarten spezifischen strukturellen und funktionalen Einzelheiten nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einem Fachmann auf dem Gebiet zu lehren, die vorliegende Erfindung verschieden einzusetzen.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung schaffen im Allgemeinen mehrere Schaltungen oder andere elektrischen Vorrichtungen. Alle Bezugnahmen auf die Schaltungen und die anderen elektrischen Vorrichtungen und die durch jede bereitgestellte Funktionalität sind nicht vorgesehen, darauf eingeschränkt zu sein, dass sie nur das umfassen, was hier veranschaulicht und beschrieben ist. Während den offenbarten verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Vorrichtungen spezielle Bezeichnungen zugewiesen sein können, sind derartige Bezeichnungen nicht vorgesehen, um den Umfang des Betriebs für die Schaltungen und die anderen elektrischen Vorrichtungen einzuschränken. Derartige Schaltungen und andere elektrische Vorrichtungen können in irgendeiner Weise basierend auf dem speziellen Typ der elektrischen Implementierung, die erwünscht ist, miteinander kombiniert und/oder getrennt werden. Es wird erkannt, dass jede hier offenbarte Schaltung oder andere elektrische Vorrichtung eine Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, Speichervorrichtungen (z. B. FLASH, RAM, ROM, EPROM, EEPROM oder andere geeignete Varianten davon) und Software, die miteinander gemeinsam wirken können, um die hier offenbarte(n) Operation(en) auszuführen, enthalten können.
Verschiedene hier angegebene Aspekte schaffen im Allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum diagnostizieren eines kapazitiven Sensors (kapazitiver Sensoren), der (die) durch eine Entkopplungsvorrichtung mit einer Messschaltung verbunden ist (sind). Die verschiedenen Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung können enthalten: (i) eine Diagnose, die über die Techniken der digitalen Signalverarbeitung (DSP) im Frequenzbereich ausgeführt wird, dies kann eine große Flexibilität einführen, da jede Frequenz (oder Kombination von Frequenzen) im Betriebsbereich der Messschaltung verwendet werden kann, und (ii) keine Notwendigkeit, die Verwendung des Eichens der Entkopplungsvorrichtung während der Lebensdauer zu fordern, und können sicherstellen, dass sich ein Fehler der Diagnose des kapazitiven Sensors innerhalb eines vorgegebenen Bereichs befindet.
Ein Aspekt kann sein, einen Parallelwiderstand zu bestimmen, den ein Sensor (und/oder ein Element), der (das) ein kapazitives Verhalten besitzt, um den Kriechverlust aufgrund einer Variation eines derartigen Parallelwiderstands zu diagnostizieren. Es können verschiedene Ausführungsformen verwendet werden, um die Störungen in Systemen, wie z. B. die Detektion der Sitzbelegung mit kapazitiven Sensoren (z. B. in der Automobilindustrie), aber nicht eingeschränkt darauf, oder Systemen mit der Verwendung großer Entkopplungskondensatoren (z. B. Kondensatoren in den Hochspannungssystemen (HV-Systemen) in Kraftfahrzeugen (oder Fahrzeugen)) zu überwachen.
1 stellt eine Vorrichtung 10 zum Diagnostizieren eines kapazitiven Sensors 12 gemäß einer Ausführungsform dar. Die Vorrichtung 10 enthält eine Messschaltung 14 zum Diagnostizieren des kapazitiven Sensors 12. Die Messschaltung 14 enthält eine Mikrocontrollereinheit (MCU)) 16, die konfiguriert ist, um ein Befehlssignal im digitalen Bereich (z. B. x[n]) zu erzeugen und eine Impedanz des kapazitiven Sensors 12 durch das Messen der Signale (z. B. r[n], ein Bezugssignal) und (z. B. v[n], ein Spannungssignal) zu bestimmen und eine DSP-Technik zum Messen derselben anzuwenden. Ein Digital-zu-Analog-Umsetzer (DAC) 18 ist konfiguriert, um eine digitale Version des Befehlssignals x[n] in ein entsprechendes analoges Signal x(t) umzusetzen. Ein erster Analog-zu-Digital-Umsetzer (ADC) 20 ist konfiguriert, um das analogbasierte Signal des Bezugssignals (z. B. r(t)) in ein entsprechendes digitales Signal r[n] umzusetzen. Ein zweiter ADC 22 ist konfiguriert, um das analogbasierte Signal v(t) in ein entsprechendes digitales Signal v[n] umzusetzen.
Ein erster Spannungssensor 24 ist im Allgemeinen konfiguriert, um das Signal r(t) im analogen Bereich abzutasten. Außerdem ist ein zweiter Spannungssensor 26 im Allgemeinen konfiguriert, um das Signal v(t) im analogen Bereich abzutasten. Derartige Signale können durch den ersten Spannungssensor 24 und den zweiten Spannungssensor 26 mit einer großen Impedanzisolierung abgetastet werden, um zu verhindern, dass ein Fehler in die gemessene Impedanz eingeführt wird. Eine Entkopplungsvorrichtung 28, wie z. B. ein Kondensator (C_x) ist vorgesehen, um den kapazitiven Sensor 12 von der Messschaltung 14 zu entkoppeln. Die Entkopplungsvorrichtung 28 ist z. B. im Allgemeinen beschaffen, um eine Energieübertragung von der Messschaltung 14 zu dem kapazitiven Sensor 12 zu verhindern. Die Entkopplungsvorrichtung 28 nach 1 ist im Allgemeinen als eine Halbentkopplungsschaltung angeordnet, wobei eine gemeinsame Masse zwischen dem kapazitiven Sensor 12 und der Messschaltung 14 verwendet wird.
2 stellt im Allgemeinen eine Vorrichtung 10' dar, die zu der Vorrichtung 10 nach 1 ähnlich ist. Die Vorrichtung 10' schafft jedoch eine Entkopplungsvorrichtung 28a–28b (”28”) in der Form einer vollen Entkopplungsschaltung, in der der kapazitive Sensor 12 von der Messschaltung 14 völlig isoliert ist. Im Allgemeinen wird erwartet, dass die Entkopplungsvorrichtung 28 während ihrer Lebensdauer keine Eichung benötigen kann. Es wird außerdem erkannt, dass sich ein Fehler der Diagnose des kapazitiven Sensors 12 im Allgemeinen innerhalb eines vorgegebenen Bereichs befindet. Der kapazitive Sensor 12 wird im Allgemeinen als ein Widerstand modelliert, der zu einem Kondensator C_x parallel ist.
Die Vorrichtungen 10 und 10' können konfiguriert sein, um: (i) eine Gesamtimpedanz des kapazitiven Sensors 12 zusätzlich zu der Entkopplungsvorrichtung 28 zu messen und (ii) einen Wert von R_y und C_y des kapazitiven Sensors 12 innerhalb eines vorgegebenen Fehlers ohne die Notwendigkeit, die Entkopplungsvorrichtung 28 zu eichen, zu bestimmen. Im Allgemeinen werden der Wert von R_y und C_y durch die MCU 16 durch das Anwenden des ohmschen Gesetzes basierend auf den Signalen x[n], y[n] und v[n] berechnet.
3 stellt eine Blockschaltplan-Implementierung dar, die die Vorrichtung 10 nach 1 repräsentiert. Um die Gesamtimpedanz zu messen, erzeugt die Vorrichtung 10 das Signal (z. B. x[n]), das aus einem oder mehreren Unterträgern bei Sollfrequenzen besteht, wobei sie eine Analyse im Frequenzbereich der Spannungs- und Stromsignale (z. B. v(t) bzw. r(t)) vor der Entkopplungsvorrichtung 28 ausführt. Mit anderen Worten, die gemessene Gesamtimpedanz wird unter Verwendung der Werte der Spannung (z. B. V, wie in 3 gezeigt ist) und des Stroms (z. B. I, wie in 3 gezeigt ist) berechnet, wie links von C_y (z. B. der Entkopplungsschaltung 28) gezeigt ist.
Im Allgemeinen ermöglicht die Idee des Erzeugens eines Mehrträgersignals, eine Gesamtimpedanz bei verschiedenen Frequenzen zu bestimmen, so dass die Vorrichtung 10, 10' bestimmen kann, was die geeignetsten Frequenzen sind, um verwendet zu werden, um den Wert der Elemente R_y und C_y zu bestimmen. Dies kann (i) das Verwerfen jener Frequenzen, bei denen eine Störung vorhanden ist (falls z. B. ein AC-Leistungssignal vorhanden ist, kann die Vorrichtung 10, 10' detektieren, dass eine Störung bei 50 Hz (oder 60 Hz) vorhanden ist, und diese Frequenz automatisch verwerfen) und/oder (ii) das Verwerfen der Frequenzen, bei denen unerwünschte Schaltungsreaktionen, die große Fehler in die Messungen einführen können, auftreten können, enthalten.
Das erzeugte Signal x(t) umfasst N orthogonale Unterträger wie folgt:
wobei X_k die Amplitude des Unterträgers bei der Frequenz f_k = k/T_S ist und T_S die Dauer des Signals ist. Die Amplitude jedes Unterträgers kann es erlauben, (i) dass X_k den Wert von 0, falls der Unterträger nicht verwendet wird, und {–1, 1}, falls der Unterträger verwendet wird, annimmt oder (ii), damit das Signal x(t) ein reeller Wert ist, dass die Unterträgeramplituden symmetrisch sein sollten: X_k = X * / –k (z. B. hermitesch symmetrisch), wobei der Stern ein komplex Konjugiertes bezeichnet.
Weil das Signal x[n] durch die MCU 16 erzeugt wird, kann anstelle der kontinuierlichen (analogen) Formulierung, wie sie oben direkt bereitgestellt wird, eine diskrete (digitale) Formulierung verwendet werden. x[n] kann z. B. verwendet werden, um das Signal x(t) im Zeitbereich im digitalen Bereich zu bezeichnen, während X_k verwendet werden kann, um das Signal im Frequenzbereich im digitalen Bereich zu bezeichnen. Es kann gezeigt werden, dass x[n] erhalten werden kann, indem die N/N_s-skalierte inverse diskrete Fourier-Transformation (IDFT) des durch {X_k}: [X₀, X₁, ..., X_N-1] gebildeten Vektors ermittelt wird.
wobei N_s die Anzahl der aktiven Unterträger (z. B. mit einer von null verschiedenen Amplitude) ist und N die IDFT-Größe ist.
Das Signal x[n] ist durch (wenigstens zwei) Sinuskurven mit verschiedenen Frequenzen gebildet. Die gewählten Frequenzen sind ausreichend getrennt (vorzugsweise um eine oder mehr Dekaden), um eine signifikante Änderung des Impedanzgangs des kapazitiven Sensors zu erzeugen, was es der Vorrichtung ermöglicht, mehrere Messungen der höheren Frequenz für jede Messung bei der tiefen Frequenz auszuführen. f_L = 1 Hz und f_H = 10 Hz ermöglichen z. B. der Vorrichtung, für jede Messung bei f_L bei f_H zu messen.
Um einen anfänglichen Übergangszustand potentiell zu vermeiden und folglich sicherzustellen, dass die Impedanz in dem stationären Zustand berechnet wird, wird am Anfang des Signals ein zyklisches Präfix der Länge N_cp hinzugefügt. Dies kann vervollständigt werden, indem einfach die letzten Abtastwerte des erzeugten Signals im Zeitbereich an den Anfang kopiert werden. Die Länge des zyklischen Präfixes N_cp soll so gewählt werden, dass N_cp·T_s größer als der anfängliche Übergang ist.
Um die Gesamtimpedanz des kapazitiven Sensors 12 zu messen, kann es sein, dass die Vorrichtung 10, 10' (i) die entsprechenden Spannungs- und Stromsignale am Eingang der Entkopplungsvorrichtung 28 erhalten, (ii) die ersten N_cp Abtastwerte verwerfen, (iii) die verbleibenden Signale in den Frequenzbereich (z. B. v[n] und r[n]) transformieren und (iv) die Impedanz des kapazitiven Sensors 12 bei den gegebenen Frequenzen durch das Teilen der entsprechenden Spannungs- und Stromwerte bestimmen muss. Es sei z. B. r[n], n ∊ [0, N – 1], und v[n], n ∊ [0, N – 1], als das Bezugssignal (z. B. vom Ausgang des DAC 18) bzw. das Spannungssignal (z. B. am Eingang der Entkopplungsvorrichtung 28) innerhalb des DFT-Fensters (siehe die 1 und 2) definiert. Folglich kann die Impedanz des kapazitiven Sensors 12 wie folgt berechnet werden:

1. Bestimme den Eingangsstrom als [n] = (r[n] – v[n])/R_x.
2. Setze das Spannungssignal über die N_s/N-skalierte DFT in den Frequenzbereich um:
wobei Q eine Menge der Unterträger-Indizes mit einer Amplitude, die von null verschieden ist, und mit Werten im Bereich [0, N/2] ist.
3. Setze das Stromsignal über die N_s/N-skalierte DFT in den Frequenzbereich um:
4. Bestimme die Gesamtimpedanz für den kapazitiven Sensor 12 beim Unterträger k als:

Es wird erkannt, dass die ebenfalls anhängige US-Anmeldung 13/286.174 (”die '174-Anmeldung”), eingereicht am 31. Oktober 2011, außerdem wenigstens eine Implementierung zum Bestimmen der Impedanz offenbart. Die in der '174-Anmeldung dargelegte Implementierung ist hierdurch durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Im Allgemeinen kann die Anzahl der Unterträger kleiner als die DFT-Größe sein. Um die Rechenkomplexität zu verringern, kann es folglich nicht notwendig sein, die vollständige DFT (oder FFT) zu ermitteln. Stattdessen kann die komplexe Amplitude bei den gewünschten Unterträgern berechnet werden. Weil außerdem die diskreten Signale r[n] und v[n] im Zeitbereich reell sind, folgt, dass die Signale im Frequenzbereich hermitesch symmetrisch sind. Folglich ist es ausreichend, die komplexen Amplituden der Unterträger mit einem Index in dem Bereich [0, N/2] zu berechnen. Wird dies berücksichtigt, kann die Vorrichtung 10, 10' die Gesamtimpedanz des kapazitiven Sensors 12 wie folgt bestimmen:

1. Bestimme den Eingangsstrom als i[n] = (r[n] – v[n])/R_x.
2. Bestimme eine komplexe Amplitude des Spannungssignals bei den N_s-Frequenzkomponenten, indem es in jeden DFT-Koeffizientenvektor
projiziert wird:
3. Bestimme eine komplexe Amplitude des Stromsignals bei den N_s-Frequenzkomponenten, indem es in jeden DFT-Koeffizientenvektor
projiziert wird:
4. Bestimme die Gesamtimpedanz bei den N_s-Frequenzkomponenten als:

Alternativ kann die Vorrichtung 10, 10' der Linearitätseigenschaft der Fourier-Transformation folgend die Impedanz als:
bestimmen, was zu einer verringerten Rechenkomplexität führen kann. Der Term R[q_k] ist die komplexe Amplitude des Bezugssignals bei den N_s-Frequenzkomponenten, die berechnet wird, indem es in jeden DFT-Koeffizientenvektor
projiziert wird.
Sobald die Gesamtimpedanz des kapazitiven Sensors 12 plus die Entkopplungsvorrichtung(en) 28, 28a und/oder 28b bei jeder in r[n] vorhandenen Frequenz gemessen und berechnet worden ist, wird der Wert der Elemente R_y und C_y bei jeder Frequenz k bestimmt, nämlich R_y[k] und C_y[k]. Dann können die endgültigen Werte R_y und C_y durch verschiedene Verfahren, wie z. B. Mittelung, berechnet werden.
Wenn die tatsächlichen Werte von R_y und C_y beim Vorhandensein einer verrauschten Umgebung berechnet werden, ist es oft erforderlich, die Messung zu ”qualifizieren” (z. B. zu bestimmen, ob das erhaltene Ergebnis gültig ist oder nicht). Obwohl dies nicht unter allen Umständen möglich sein kann, kann es möglich sein zu bestimmen, ob das Ergebnis ”plausibel” ist oder nicht. Die hier offenbarten Ausführungsformen schaffen unter anderem ein Verfahren, um die Messung von R_y und C_y als plausibel oder nicht zu qualifizieren.
In einigen Fällen ist der Wert von C_y unter spezifischen Bedingungen bekannt. In Hochspannungssystemen ist z. B. der Wert der Kondensatoren, die zwischen die Hochspannungs-Powernets und eine Niederspannungsmasse geschaltet sind, fest. In diesem Anwendungsfall enthält das in 2 gezeigte Modell die Kapazität und den Isolationswiderstand zwischen den Hochspannungs-Powernets und der Niederspannungsmasse. Folglich ist der feste Wert des Kondensators C_y als C_{y_REF} definiert. C_{y_REF} wird als ein Bezug für die Diagnose der Kapazität verwendet. Im Allgemeinen kann die Qualität der Messung, wie sie hier dargelegt ist, durch das Vergleichen einer gemessenen C_y[f_L] mit dem Bezugswert C_{y_REF} berechnet werden. Es wird erkannt, dass C_{y_REF} für jedes Fahrzeug und/oder jede Plattform verschieden sein kann oder dass sich C_{y_REF} mit der Alterung ändert. Während diese Bedingung in einiger Hinsicht vorteilhaft sein kann, ist es dementsprechend möglich, diese Bedingung zu verbessern. Die Verfahren, wie sie im Zusammenhang mit den 4–6 dargelegt sind, schaffen Ausführungsformen, die eine Plausibilitätsprüfung des kapazitiven Sensors 12 ausführen.
4 stellt ein erstes Verfahren 80 zum Ausführen der Plausibilität der Messung des Kondensatorsensors 12 dar.
In der Operation 82 misst die Messschaltung 14 die Impedanz Z_y[f_L], wie im Zusammenhang mit 3 angegeben ist, bei einer tiefen Frequenz.
Im Allgemeinen ist die Impedanz einer Schaltung (z. B. Z) eine Funktion der Frequenz des Stroms und der Spannung oder ändert sich mit der Frequenz des Stroms und der Spannung. Z kann als solche als Z[f] definiert sein, wobei f die Variable ist, die der Frequenz des Stroms und der Spannung entspricht. 3 stellt die mathematische Formel für Zy[f] und Z_Cx[f] dar. Es sei angegeben, dass f_L (z. B. 1 Hz) und f_H (z. B. 10 Hz) spezielle Werte der Variable der Arbeitsfrequenz f sind. Im Folgenden werden spezifische Werte für die Arbeitsfrequenz bereitgestellt. Dies ist mit f_L und f_H angegeben.
Es sei angegeben, das f entweder einer tiefen Frequenz f_L oder einer hohen Frequenz f_H entspricht. Die geeignete Frequenz (z. B. hoch oder tief) wird in den entsprechenden Operationen nach den 4–6 dargelegt.
Folglich kann die Impedanz Z_y[f] (oder Z_y[f_L]) aus der Gleichung (1) gefunden werden, wie oben dargelegt worden ist. Die Messschaltung 14 kann außerdem die Impedanz der Entkopplungsschaltung 28 Z_Cx(f) bestimmen, wobei C_x ein vorgegebener Wert ist, der basierend auf den Sollkriterien einer speziellen Implementierung variieren kann. Sobald Z_Cx(f) bekannt ist, kann die Messschaltung 14 dann R_y[f_L] (oder R_y[f_H]) oder C_y[f_L] (oder C_y[f_H]) aus der obigen Gleichung (3) bestimmen, wie im Folgenden angegeben ist.
In der Operation 84 berechnet die Messschaltung 14 den Widerstand R_y[f_L] und die Kapazität C_y[f_L] aus Z_y[f_L] in der oben angegebenen Weise.
In der Operation 86 bestimmt die Messschaltung 14, ob die Kapazität C_y[f_L] aus der Operation 84 größer als C_{y_REF} – ΔC_y (z. B. ein erster Schwellenwert) ist und kleiner als C_{y_REF} + ΔC_y (z. B. ein zweiter Schwellenwert) ist. Wenn die Bedingung wahr ist, dann geht das Verfahren 800 zur Operation 88. Wenn nicht, dann geht das Verfahren 80 zu Operation 90.
In der Operation 88 gibt die Messschaltung 14 an, dass die Messung des Widerstands R_y[f_L] gültig ist. Falls die Kapazität C_y[f_L] z. B. größer als C_{y_REF} – ΔC_y und kleiner als C_{y_REF} + ΔC_y ist (siehe die Operation 86), impliziert diese Bedingung, dass die Messung des Widerstands R_y[f_L] gültig ist.
Im Allgemeinen bestimmt das Verfahren 80, ob der Messprozess gültig (oder richtig) ist. Oder, mit anderen Worten, wenn das nach der Messung nach 4 und der in 3 (oder in der Operation 84) beschriebenen Berechnung erhaltene Ergebnis das gleiche (oder annähernd das gleiche) ist, dann kann angenommen werden, dass der Zustand der Messung des kapazitiven Sensors 12 gültig ist.
In der Operation 90 gibt die Messschaltung 84 an, dass die Messung des Widerstands R_y[f_L] ungültig ist. Nachdem die Messung als gültig betrachtet worden ist, kann im Allgemeinen dann die Messschaltung 84 den Kondensatorsensor 12 bewerten. Ein beschädigter Zustand (oder der Defekt) entspricht einem niedrigen Widerstand R_y[f_L] (oder einer niedrigen Impedanz). In diesem Zustand fließt Strom zu dem Widerstand R_y.
In der Operation 92 sendet die Messschaltung 14 wenigstens ein Signal, um anzugeben, dass der Widerstand R_y[f_L] und die Kapazität C_y[f_L] gültig sind. Außerdem kann die Messschaltung 14 über einen Datenkommunikationsbus einem weiteren Mikrocontroller in dem Fahrzeug oder einem Diagnosewerkzeug entweder einen gültigen Zustand oder einen ungültigen Zustand für R_y[f_L] bereitstellen.
Während das Verfahren 80 vorteilhaft ist, wird im Allgemeinen erkannt, dass sich aufgrund der Alterung C_{y_REF} mit der Zeit ändern kann und dass C_{y_REF} für jedes Fahrzeug und/oder Programm verschieden sein kann. Es wird z. B. der Fall eines Hochspannungssystems betrachtet, wobei der Wert der Kondensatoren, die zwischen die Hochspannungs-Powernets und die Niederspannungsmasse gekoppelt sind, fest ist (dies ist ein Fall, der der in 2 gezeigten Vorrichtung 10 entspricht). Außerdem kann ein kapazitives System für einen Annäherungssensor betrachtet werden. Aufgrund der Alterung mit der Zeit kann sich das Dielektrikum in dem Kondensator (z. B. C_y) verschlechtern, wobei sich deshalb der Wert ändert.
Während die Operation nach 4 vorteilhaft sein kann, kann es dementsprechend möglich sein, die Implementierung nach 4 zu verbessern. Es kann das Verwenden der Verfahren 100, 130, wie sie im Zusammenhang mit den 5 bzw. 6 dargelegt sind, betrachtet werden, falls dies so gewünscht ist.
5 stellt ein zweites Verfahren 100 zum Ausführen der Plausibilität der Messung des Kondensatorsensors 12 dar.
Das Verfahren 100 nach 5 erkennt die folgenden Bedingungen. Aufgrund der inhärenten Eigenschaften des kapazitiven Sensors 12 wird die bei der Frequenz f_H berechnete Kapazität C_y[f_H] bezüglich C_y[f_L] mit einer höheren Genauigkeit erhalten, dies trifft besonders zu, wenn mehrere Messungen vorgenommen werden und die entsprechenden Berechnungen in einem Zeitintervall gemittelt werden. Andererseits wird R_y[f_H] aufgrund des Impedanzgangs des kapazitiven Sensors 12 mit geringer Genauigkeit berechnet, wobei deshalb R_y[f_H] verworfen wird.
Parallel werden außerdem die Werte für C_y[f_L] und R_y[f_L] berechnet. Weil diese Ergebnisse unter Verwendung des gleichen Eingangssignals berechnet werden, beeinflusst irgendwelches vorhandenes Rauschen beide Berechnungen. Um die Plausibilität von R_y[f_L] zu bewerten, vergleicht dann das Verfahren 100 C_y[f_L] mit C_y[f_H] (es ist z. B. bekannt, dass C_y[f_H] mit höherer Genauigkeit gemessen wird). Falls festgestellt wird, dass sich C_y[f_L] in dem Bereich C_y[f_H] ± ΔC_y befindet, wobei Cy und ΔC_y programmierbare Parameter sind, wird der Wert R_y[f_L] als plausibel betrachtet. Wenn festgestellt wird, dass sich der Wert C_y[f_L] außerhalb des vorhergehenden Bereichs befindet, dann wird die Messung als nicht plausibel betrachtet.
Es sei angegeben, dass das Verfahren 100 verallgemeinert werden kann, indem ”n” tiefe Frequenzen und ”m” hohe Frequenzen verwendet werden und die erwähnten Werte als ein Durchschnitt erhalten werden. Falls z. B. ”m” hohe Frequenzen (die z. B. als f_{H_i} bezeichnet werden) und ”n” tiefe Frequenzen (die z. B. als f_{L_j} bezeichnet werden), um x[n] zu erzeugen, wird der Wert C_y[f_H] als:
erhalten, während der Wert C_y[f_L] als:
erhalten wird und der Wert R_y[f_L] als:
erhalten wird.
Mit dem Verfahren 100 kann eine robustere Implementierung durch die Verwendung von wenigstens zwei Messungen bei verschiedenen Frequenzen verwirklicht werden. Um dies auszuführen, kann ein Signal (wie es im Abschnitt 1 beschrieben worden ist) mit wenigstens zwei Komponenten (z. B. einer tiefen Frequenz f_L und einer weiteren mit einer hohen Frequenz f_H) verwendet werden.
In der Operation 102 misst die Messschaltung 14 die Impedanz Z_y[f_H] bei einer hohen Frequenz in der oben angegebenen Weise (siehe die obigen Gleichungen (1)–(3)). Außerdem kann die Messschaltung 14 gleichzeitig die Impedanz Z_y[f_l] bei einer tiefen Frequenz messen (siehe ebenfalls die obigen Gleichungen (1)–(3)). In diesem Fall kann es notwendig sein sicherzustellen, dass die Messungen (d. h., das Messen der Impedanz Z_y[f_H] und Z_y[f_l]) gleichzeitig ausgeführt werden, so dass eine Korrelation zwischen den hohen und den tiefen Frequenzen hergestellt werden kann, insbesondere in eingebetteten Umgebungen mit sich schnell ändernden Betriebsbedingungen und/oder einem hohen elektrischen Rauschen.
In der Operation 104 berechnet (oder bestimmt) die Messschaltung 14 die Kapazität C_y[f_H] basierend auf der gemessenen Impedanz Z_y[f_H]. Im Allgemeinen ist es möglich, die Kapazität besser zu messen, wenn die Frequenz zunimmt.
In der Operation 106 setzt die Messschaltung 14 die Kapazität C_y[f_H] auf C_{y_REF}.
In der Operation 108 berechnet die Messschaltung 14 den Widerstand R_y[f_L] und die Kapazität C_y[f_L] aus Z_y[f_L].
In der Operation 112 bestimmt die Messschaltung 14, ob die Kapazität C_y[f_L] aus der Operation 110 größer als ein erster Schwellenwert ist, wie z. B. C_{y_REF} – ΔC_y, wobei ΔC_y ein programmierbarer Wert ist, und kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, wie z. B. C_{y_REF} + ΔC_y. Wenn diese Bedingung wahr ist, dann geht das Verfahren 100 zur Operation 114. Wenn nicht, dann geht das Verfahren 100 zur Operation 118.
In der Operation 114 gibt die Messschaltung 14 an, dass der Widerstand R_y[f_L] gültig ist. Wenn z. B. der Kapazitätswert C_y[f_L] größer als C_{y_REF} – ΔC_y und kleiner als C_{y_REF} + ΔC_y ist (siehe die Operation 112), dann impliziert diese Bedingung, dass der Widerstand R_y[f_L] gültig ist.
In der Operation 118 sendet die Messschaltung 14 wenigstens ein Signal, dass der Widerstand R_y[f_L] und die Kapazität C_y[f_L] gültig sind. Außerdem kann die Messschaltung 14 einen gültigen Zustand oder einen ungültigen Zustand für R_y[f_L] über einen Datenkommunikationsbus einem weiteren Mikrocontroller in dem Fahrzeug oder einem Diagnosewerkzeug bereitstellen.
In der Operation 116 gibt die Messschaltung 14 an, dass der Widerstand R_y[f_L] ungültig ist.
Es sei angegeben, dass das Verfahren 100 leicht verallgemeinert werden kann, indem ”n” tiefe Frequenzen und ”m” hohe Frequenzen verwendet werden und die erwähnten Werte als ein Durchschnitt erhalten werden. Falls z. B. ”m” hohe Frequenzen (die als bezeichnet werden) und ”n” tiefe Frequenzen (die als f_{L_j} bezeichnet werden), um x[n] zu erzeugen, wird der Wert C_y[f_H] als:
erhalten, während der Wert C_y[f_L] als:
erhalten wird und der Wert R_y[f_L] als:
erhalten wird.
Das Verfahren 130, wie es hier offenbart ist (siehe im Folgenden), kann außerdem das Schaffen eines eingestuften/gewichteten Maßes der Qualität anstatt einer binären Aussage der Gültigkeit enthalten. In dieser Weise kann der erlaubte Fehler (z. B. ΔC_y) von einer unteren Grenze in mehreren (p) Schritten, die einen Satz von Behältern (ΔC_y ^k) definieren, bis zu einer höheren Grenze reichen und ein Gewicht (w_k) für die Behälter für k = {1, ..., p}, das die Qualität der Messungen repräsentiert, zuweisen. Zuerst wird die Gewichtszuweisung wie folgt ausgeführt. Wenn C_y[f_H] – ΔC k / y < C_y[f_{L_j}] < C_y[f_H] + ΔC k / y, dann R_y[f_{L_j}] ← w_k und C_y[f_{L_j}] ← w_k.
Schließlich werden die endgültigen Werte als:
berechnet, während
gilt.
6 stellt ein Verfahren 130 zum Ausführen der Plausibilität der Messung des Kondensatorsensors 12 dar.
In der Operation 132 misst die Messschaltung 14 die Impedanz Z_y[f_H] bei einer hohen Frequenz in der oben angegebenen Weise (siehe die obigen Gleichungen (1)–(3)). Außerdem kann die Messschaltung 14 gleichzeitig die Impedanz Z_y[f_l] bei einer tiefen Frequenz messen (siehe ebenfalls die obigen Gleichungen (1)–(3)). In diesem Fall kann es notwendig sein sicherzustellen, dass die Messungen (d. h., das Messen der Impedanz Z_y[f_H] und Z_y[f_l]) gleichzeitig ausgeführt werden, so dass eine Korrelation zwischen den hohen und den tiefen Frequenzen hergestellt werden kann, insbesondere in eingebetteten Umgebungen mit sich schnell ändernden Betriebsbedingungen und/oder einem hohen elektrischen Rauschen.
In der Operation 134 berechnet (oder bestimmt) die Messschaltung 14 die Kapazität C_y[f_H] basierend auf der gemessenen Impedanz Z_y[f_H]. Im Allgemeinen ist es möglich, die Kapazität besser zu messen, wenn die Frequenz zunimmt.
In der Operation 136 erzeugt die Messschaltung 14 die Kapazität (oder einen neuen Kapazitätswert) C_{y_REF}[new] aus C_y[f_H]. Die Kapazität C_y[f_H][new] ist im Allgemeinen ein laufender Durchschnitt der vorhergehenden Werte von C_y[f_H][new] (z. B. wenigstens einem vorhergehenden neuen Kapazitätswert) (oder C_{y_REF}).
In der Operation 138 bestimmt die Messschaltung 86 C_{y_REF} mit der folgenden Gleichung: (1 – β)·C_{y_REF}[old] + β·C_{y_REF}[new]. Es wird erkannt, dass β ein Wert zwischen 0 und 1 sein kann. Wenn β eins ist, dann ist C_{y_REF} die gleiche wie die, die im Zusammenhang mit 5 bestimmt worden ist. Wenn β null ist, dann ist C_{y_REF} die gleiche wie C_{y_REF}, die im Zusammenhang mit 4 bereitgestellt worden ist. Die Gleichung, wie sie oben dargelegt worden ist, repräsentiert im Allgemeinen ein digitales Filter mit unendlichem Impuls oder IIR-Filter, wobei das Verfahren 130 darlegt sicherzustellen, dass C_{y_REF} einem glatten Wert folgt, um eine Rauschverfälschung zu vermeiden.
In der Operation 142 berechnet die Messschaltung 14 den Widerstand R_y[f_L] und die Kapazität C_y[f_L] aus Z_y[f_L].
In der Operation 144 bestimmt die Messschaltung 14, ob die Kapazität C_y[f_L] aus der Operation 142 größer als ein erster Schwellenwert ist, wie z. B. C_{y_REF} – ΔC_y, (wobei ΔC_y ein programmierbarer Wert ist), und kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, wie z. B. C_{y_REF} + ΔC_y. Wenn diese Bedingung wahr ist, dann geht das Verfahren 130 zur Operation 146. Wenn nicht, dann geht das Verfahren 130 zur Operation 150.
In der Operation 146 gibt die Messschaltung 14 an, dass der Widerstand R_y[f_L] gültig ist. Wenn z. B. der Kapazitätswert C_y[f_L] größer als C_{y_REF} – ΔC_y und kleiner als C_{y_REF} + ΔC_y ist (siehe die Operation 144), dann impliziert diese Bedingung, dass der Widerstand R_y[f_L] gültig ist.
In der Operation 148 gibt die Messschaltung 14 an, dass der Widerstand R_y[f_L] ungültig ist.
In der Operation 150 sendet die Messschaltung 14 wenigstens ein Signal, dass der Widerstand R_y[f_L] und die Kapazität C_y[f_L] gültig sind. Außerdem kann die Messschaltung 14 einen gültigen Zustand oder einen ungültigen Zustand für R_y[f_L] über einen Datenkommunikationsbus einem weiteren Mikrocontroller in dem Fahrzeug oder einem Diagnosewerkzeug bereitstellen (oder senden).
Während oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Wörter Wörter der Beschreibung anstatt der Einschränkung, wobei es selbstverständlich ist, das verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale der verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0043531 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Zustands eines kapazitiven Sensors, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Messschaltung, die an einen kapazitiven Sensor elektrisch zu koppeln ist, wobei die Messschaltung konfiguriert ist, um: eine erste Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer ersten Frequenz zu messen; eine erste Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz zu bestimmen; und die erste Kapazität des kapazitiven Sensors mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, um den kapazitiven Sensor zu diagnostizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert ist, um eine zweite Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer zweiten Frequenz, die größer als die erste Frequenz ist, zu messen, während sie gleichzeitig die erste Impedanz des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz misst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert ist, um vor dem Bestimmen der ersten Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der zweiten Impedanz eine zweite Kapazität des kapazitiven Sensors bei der zweiten Frequenz basierend auf der zweiten Impedanz zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert ist, um vor dem Vergleichen der ersten Kapazität mit dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert die zweite Kapazität bei der zweiten Frequenz als eine Bezugskapazität zu setzen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Schwellenwert die Bezugskapazität und einen ersten programmierbaren Wert enthält und der zweite Schwellenwert die Bezugskapazität und einen zweiten programmierbaren Wert enthält und wobei der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert ist, um einen ersten neuen Kapazitätswert des kapazitiven Sensors bei der zweiten Frequenz zu bestimmen, der auf wenigstens einem laufenden Durchschnitt wenigstens eines vorhergehenden neuen Kapazitätswerts basiert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert ist, um vor dem Vergleichen der ersten Kapazität mit dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert die erste neue Kapazität bei der zweiten Frequenz als eine Bezugskapazität zu setzen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Schwellenwert die Bezugskapazität und einen ersten programmierbaren Wert enthält und der zweite Schwellenwert die Bezugskapazität und einen zweiten programmierbaren Wert enthält und wobei der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert ist, um ein Signal, das angibt, dass der kapazitive Sensor gültig ist, in Reaktion auf die erste Kapazität bei der ersten Frequenz, die größer als der erste Schwellenwert und kleiner als der zweite Schwellenwert ist, zu senden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert ist, um einen Widerstand des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Messschaltung ferner konfiguriert, um ein Signal, das angibt, dass der kapazitive Sensor gültig ist, und das ferner angibt, dass der Widerstand des kapazitiven Sensors gültig ist, in Reaktion auf die erste Kapazität bei der ersten Frequenz, die größer als der erste Schwellenwert und kleiner als der zweite Schwellenwert ist, zu senden.
Verfahren zum Diagnostizieren eines Zustands eines kapazitiven Sensors, wobei das Verfahren umfasst: Messen einer ersten Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer ersten Frequenz; Bestimmen einer ersten Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz; und Vergleichen der ersten Kapazität des kapazitiven Sensors mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert, um den kapazitiven Sensor zu diagnostizieren.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Messen einer zweiten Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer zweiten Frequenz, die größer als die erste Frequenz ist, umfasst, während gleichzeitig die erste Impedanz des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner vor dem Bestimmen der ersten Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der zweiten Impedanz das Bestimmen einer zweiten Kapazität des kapazitiven Sensors bei der zweiten Frequenz basierend auf der zweiten Impedanz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das vor dem Vergleichen der ersten Kapazität mit dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert das Setzen der zweiten Kapazität bei der zweiten Frequenz als eine Bezugskapazität umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der erste Schwellenwert die Bezugskapazität und einen ersten programmierbaren Wert enthält und der zweite Schwellenwert die Bezugskapazität und einen zweiten programmierbaren Wert enthält und wobei der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Senden eines Signals, das angibt, dass der kapazitive Sensor gültig ist, in Reaktion auf die erste Kapazität bei der ersten Frequenz, die größer als der erste Schwellenwert und kleiner als der zweite Schwellenwert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Bestimmen eines Widerstands des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Senden eines Signals, das angibt, dass der kapazitive Sensor gültig ist, und das ferner angibt, dass der Widerstand des kapazitiven Sensors gültig ist, in Reaktion auf die erste Kapazität bei der ersten Frequenz, die größer als der erste Schwellenwert und kleiner als der zweite Schwellenwert ist, umfasst.
Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Zustands eines kapazitiven Sensors, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Messschaltung, die elektrisch an einen kapazitiven Sensor zu koppeln ist, wobei die Messschaltung konfiguriert ist, um: eine erste Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer ersten Frequenz zu messen; eine zweite Impedanz des kapazitiven Sensors bei einer zweiten Frequenz zu messen, während sie gleichzeitig die erste Impedanz misst; eine erste Kapazität des kapazitiven Sensors bei der ersten Frequenz basierend auf der ersten Impedanz zu bestimmen; die erste Kapazität bei der ersten Frequenz als eine Bezugskapazität zu setzen; eine zweite Kapazität des kapazitiven Sensors bei der zweiten Frequenz basierend auf der zweiten Impedanz zu bestimmen; und die zweite Kapazität des kapazitiven Sensors mit einem ersten Schwellenwert, der die Bezugskapazität und einen ersten programmierbaren Wert enthält, und einem zweiten Schwellenwert, der die Bezugskapazität und einen zweiten programmierbaren Wert enthält, zu vergleichen, um den kapazitiven Sensor zu diagnostizieren.