DE102015209447A1

DE102015209447A1 - Statisch prüfbarer Raddrehzahlsensor

Info

Publication number: DE102015209447A1
Application number: DE102015209447.2A
Authority: DE
Inventors: Abtin Darvish
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-11-26
Also published as: CN105301277A; CN105301277B

Abstract

Geschwindigkeitssensor, insbesondere als Raddrehzahlsensor ausgebildet, umfassend wenigstens ein Magnetfeldsensorelement zur Erfassung eines magnetischen Encoders sowie zumindest eine Signalverarbeitungsschaltung, welche die Ausgangssignale des mindestens einen Magnetfeldsensorelements verarbeitet und das Sensorausgangssignal des Geschwindigkeitssensors bereitstellt, wobei der Geschwindigkeitssensor eine Testschaltung aufweist, welche zwischen das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement und die Signalverarbeitungsschaltung geschaltet ist und so ausgelegt ist, dass sie zwischen einem Testmodus und einem Normalbetriebsmodus umschaltbar ist, wobei das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement als Brückenschaltung magnetfeldsensitiver Elemente ausgebildet ist und zwei oder drei oder mehr Teilbrücken oder Halbbrücken aufweist, wobei die Teilbrücken jeweils ein Ausgangssignal des Magnetfeldsensorelements bereitstellen, wobei die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie Ausgangssignale zumindest einer ersten und einer zweiten Teilbrücke unterschiedlich beeinflusst und danach der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitssensor, insbesondere einen Raddrehzahlsensor, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie die Verwendung des Geschwindigkeitssensors, insbesondere als Raddrehzahlsensor in Kraftfahrzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen eigensicheren und/oder testbaren Geschwindigkeitssensor vorzuschlagen, welcher insbesondere testbar bzw. prüfbar ist mit einem von außen beaufschlagten, statischen Magnetfeld.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Geschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1.
Unter einem magnetischen Encoder wird vorzugsweise ein Maschinenelement verstanden, das einen, insbesondere inkrementalen, magnetisch codierten Winkelmaßstab und/oder Längenmaßstab trägt. Als Encoder können auch ferromagnetische Zahnräder und/oder Zahnstangen oder Lochscheiben und/oder Lochstangen dienen, die in Kombination mit einem Permanentmagneten einen veränderlichen magnetischen Luftspalt erzeugen. Andererseits können es magnetische Encoder sein, die eine Encoderspur mit einem magnetisch encodierten Muster aufweisen, insbesondere kann solch ein Muster eine ganzzahlige Folge permanent magnetisierter Nord/Südpol-Areale sein, die in alternierender Folge eine sich im Wesentlichen gerade erstreckende oder eine zum Kreis geschlossene Encoderspur bilden, welche beispielsweise in eine Radlagerdichtung eingebracht ist. Insbesondere dient der magnetische Encoder als Impulsgeber innerhalb des Drehzahlerfassungssystems und/oder der Anordnung zur Drehzahlerfassung.
Es ist bevorzugt, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie zumindest das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke beeinflusst und das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke nicht beeinflusst oder zumindest dass sie das Ausgangssignal der ersten und zweiten Teilbrücke in unterschiedlicher Weise beeinflusst
oder
die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie wenigstens das Ausgangssignal einer Teilbrücke von zumindest drei Teilbrücken beeinflusst, so dass insbesondere die Ausgangssignale der ersten, der zweiten und einer dritten Teilbrücke unterschiedlich beeinflusst werden, insbesondere jeweils unterschiedlich zueinander.
Das Magnetfeldsensorelement umfasst vorzugsweise zwei oder drei Teilbrücken, deren Ausgangssignale insbesondere jeweils einem Testkanal der Testschaltung zuführbar sind.
Es ist bevorzugt, dass die Testschaltung zur Beeinflussung des Ausgangssignals der ersten Teilbrücke einen ersten Testkanal umfasst und insbesondere zur Beeinflussung des Ausgangssignals der zweiten Teilbrücke einen zweiten Testkanal.
Es ist zweckmäßig, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie, insbesondere nur, durch ein externes Testmodussignal dazu veranlasst wird, vom Normalbetriebsmodus in den Testbetriebsmodus zu wechseln und insbesondere ansonsten, bei nicht vorliegen des Testmodussignals im Normalbetriebsmodus verbleibt oder in den Normalbetriebsmodus zurückwechselt.
Bevorzugt ist die Testschaltung so ausgebildet, dass sie zum Wechsel zwischen Normalbetriebsmodus und Testbetriebsmodus mindestens einen elektrischen Schalter, insbesondere als Halbleiterschalter ausgebildet, aufweist, wobei dieser wenigstens eine Schalter zweckmäßigerweise programmierbar ausgebildet ist und/oder das Testmodussignal durch eine Programmierung bereitgestellt wird.
Die Testschaltung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie das Testmodussignal selbstständig interpretiert und in Abhängigkeit des Testmodussignals selbstständig in den jeweiligen Betriebsmodus umschaltet.
Es ist bevorzugt, dass der Geschwindigkeitssensor zumindest einen ersten und einen zweiten elektrischen Schalter aufweist, wobei der erste Schalter so ausgebildet und verschaltet ist, dass er im Normalbetriebsmodus das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke im Wesentlichen direkt der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt und im Testmodus das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke dem ersten Testkanal der Testschaltung bereitstellt, wobei der erste Testkanal ausgangsseitig mit der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist und wobei insbesondere der zweite Schalter so ausgebildet und verschaltet ist, dass er im Normalbetriebsmodus das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke im Wesentlichen direkt der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt und im Testmodus das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke dem zweiten Testkanal der Testschaltung bereitstellt, wobei der zweite Testkanal ausgangsseitig mit der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist.
Es ist zweckmäßig, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie im Testbetriebsmodus wenigstens ein Ausgangssignal oder die Ausgangssignale des wenigstens einen Magnetfeldsensorelements

– verzögert, um eine definierte Totzeit, besonders bevorzugt mit einer Totzeit von im Wesentlichen 0 ms oder 1 ms oder 10 ms oder 1s, mittels wenigstens einer Totzeitschaltung, insbesondere einer programmierbaren Totzeitschaltung und/oder
– verstärkt oder dämpft, um einen definierten Verstärkungs-/Dämpfungsfaktor, mittels wenigstens einer Verstärkungs- oder Dämpfungsschaltung, welche insbesondere programmierbar ausgebildet ist, wobei der Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor dabei besonders bevorzugt im Wesentlichen 2 oder 10 oder mehr als 10 oder 100 oder mehr als 100 ist, und/oder
– invertiert, mittels zumindest einer Inverterschaltung und/oder einem Spannungsinvertierer, und/oder und/oder
– mittels eines Generators und/oder Oszillators, der wenigstens ein Schalterelement ansteuert, getaktet abwechselnd unterbricht bzw. weiterleitet, und danach an die Signalverarbeitungsschaltung weiterleitet und/oder der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt, wobei insbesondere zumindest der erste und/oder zweite Testkanal so ausgebildet ist, dass er das Ausgangssignal zumindest des ersten und/oder des zweiten Teilbrücke auf diese Weise beeinflusst.

Es ist dabei zweckmäßig, dass die Testschaltung, insbesondere zumindest der erste und/oder zweite Testkanal, so ausgebildet ist, dass eine Verzögerung wenigstens eines Ausgangssignals des wenigstens einen Magnetfeldsensorelements oder eine Verzögerung des Ausgangssignals der ersten oder zweiten Teilbrücke des Magnetfeldsensorelements, mittels wenigstens einer Totzeitschaltung, so groß gewählt bzw. definiert ist, dass das Signal in der Signalverarbeitungsschaltung bei einer Überprüfung mittels einer Überprüfungsschaltung unberücksichtigt bleibt.
Besonders bevorzugt ist die Testschaltung so ausgebildet, dass der erste Testkanal das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke im Testmodus verzögert und/oder verstärkt oder dämpft und/oder invertiert und/oder mittels eines Generators und/oder Oszillators, welcher wenigstens ein Schalterelement ansteuert, getaktet abwechselnd unterbricht bzw. weiterleitet. Ganz besonders bevorzugt ist der zweite Testkanal der Testschaltung dabei so ausgebildet, dass er das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke im Testmodus verzögert und/oder verstärkt oder dämpft und/oder invertiert und/oder mittels eines Generators und/oder Oszillators, welcher wenigstens ein Schalterelement ansteuert, getaktet abwechselnd unterbricht bzw. weiterleitet. Dabei sind der ersten und der zweite Testkanal der Testschaltung allerdings so ausgebildet, dass der erste Testkanal das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke unterschiedlich beeinflusst als der zweite Testkanal das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke.
Der Geschwindigkeitssensor ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er bei Beaufschlagung des Magnetfeldsensorelements mit einem statischen Magnetfeld den Geschwindigkeitssensor so testbar macht, wie bei der Beaufschlagung mit einem Wechselmagnetfeld. Insbesondere ist der Geschwindigkeitssensor so ausgebildet, dass er bei der Beaufschlagung des Magnetfeldsensorelements mit einem Wechselmagnetfeld mittels der Testschaltung wenigstens ein Fehlersignal simulieren kann zum Testen der Eigendiagnose des Geschwindigkeitssensors.
Es ist zweckmäßig, dass die Signalverarbeitungsschaltung so ausgebildet ist, dass sie zumindest eine Überprüfungsschaltung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie eine Plausibilisierung und/oder einen Vergleich zwischen zwei oder mehr Signalen durchführen kann, insbesondere zwischen Signalen, die jeweils als Ausgangssignale von Teilbrücken des Magnetfeldsensorelements durch die Testschaltung beeinflusst werden oder ohne Beeinflussung durch die Testschaltung der Signalverarbeitungsschaltung direkt bereitgestellt werden, wobei diese Plausibilisierung und/oder dieser Vergleich der Überprüfungsschaltung hinsichtlich Signalamplituden und/oder Signalfrequenzen durchgeführt wird. Besonders bevorzugt ist die Überprüfungsschaltung der Signalverarbeitungsschaltung so ausgebildet, dass sie aus der Plausibilisierung und/oder dem Vergleich eine Informationen über die Funktionsfähigkeit des wenigstens einen Magnetfeldsensorelements und/oder der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung gewinnt und insbesondere die Information im Ausgangssignal des Geschwindigkeitssensors bereitstellt.
Es ist bevorzugt, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass der mindestens eine Generator und/oder Oszillator mit einer definierten Frequenz zwischen 0Hz und 2500 Hz operiert.
Zweckmäßigerweise ist die Testschaltung so ausgebildet, dass der wenigstens eine Generator und/oder Oszillator eine oder zwei oder mehrere Stromquellen oder Spannungsquellen ansteuert, insbesondere über den mindestens einen elektrisches Schalterelement, wobei die wenigstens eine Stromquelle oder Spannungsquelle ein definiertes elektrisches Testquellensignal erzeugt,
insbesondere wenn sie durch den ihr zugeordneten Schalter aktiviert ist und kein Testquellensignal erzeugt, wenn sie durch den ihr zugeordneten Schalter deaktiviert ist,
wobei das Testquellensignal in der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung wenigstens einem anderen Signal, das insbesondere ausgewertet wird und/oder danach mit wenigstens einem anderen Signal plausibilisiert und/oder verglichen wird, überlagert wird oder
wobei das Testquellensignal in der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung direkt mit wenigstens einem anderen Signal plausibilisiert und/oder verglichen wird. Besonders bevorzugt ist die Testschaltung und/oder die Signalverarbeitungsschaltung so ausgebildet, dass durch das Ansteuern der mindestens einen Stromquelle oder Spannungsquelle durch den Generator und/oder Oszillator ein Wechselsignal erzeugbar ist, auch wenn das Magnetfeldsensorelement ein Magnetfeld mit im Wesentlichen konstanter Magnetfeldstärke erfasst.
Es ist zweckmäßig, das der erste und/oder zweite und/oder dritte Testkanal der Testschaltung so ausgebildet ist, dass dem Ausgangssignal der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Teilbrücke, insbesondere beeinflusst durch ein oder mehrere andere Signalverarbeitungsbeeinflussungen, wie beispielsweise verzögern, verstärken oder dämpfen, invertieren, unterbrechen bzw. weiterleiten, ein oder mehrere Wechselsignale überlagert und/oder addiert werden, welche mittels wenigstens eines Generators und/oder Oszillators erzeugt wird.
Es ist bevorzugt, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass der mindestens eine elektrische Schalter im Normalbetriebsmodus inaktiv ist und insbesondere im Testbetriebsmodus geschaltet wird.
Es ist bevorzugt, dass der Geschwindigkeitssensor eine Testschaltung aufweist, welche zwischen das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement und die Signalverarbeitungsschaltung geschaltet ist und so ausgelegt ist, dass sie zwischen einem Testmodus und einem Normalbetriebsmodus umschaltbar ist.
Das Magnetfeldsensorelement und/oder dessen magnetfeldsensitive Elemente bzw. Teilbrücken, insbesondere einer Brückenschaltung, sind vorzugsweise als Hallelemente und/oder anisotropmagnetoresistive Sensorelement bzw. AMR-Elemente und/oder gigantmagnetoresistive Sensorelemente bzw. GMR-Elemente und/oder tunnelmagnetoresistive Sensorelement bzw. TMR-Elemente ausgebildet.
Bevorzugt wird das Testmodussignal als externes Magnetfeld bereitgestellt oder dass das Testmodussignal in einem externen Magnetfeld codiert ist, wobei dieses externe Magnetfeld durch das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement erfasst wird.
Es ist zweckmäßig, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie ein externes Magnetfeld mit einer definierten Mindestfeldstärke, wobei diese Feldstärke im Wesentlichen konstant ist, insbesondere zumindest über einen definierten Zeitraum, als Testmodussignal erkennt.
Es ist bevorzugt, dass das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement als Brückenschaltung magnetfeldsensitiver Elemente ausgebildet ist und zwei oder drei oder mehr Teilbrücken oder Halbbrücken aufweist, wobei die Teilbrücken jeweils ein Ausgangssignal des Magnetfeldsensorelements bereitstellen.
Es ist zweckmäßig, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass der mindestens eine elektrische Schalter im Normalbetriebsmodus inaktiv ist und insbesondere im Testbetriebsmodus geschaltet wird.
Die Testschaltung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Testmodussignal in der Testschaltung selbst von mindestens einem, insbesondere programmierbaren oder programmier-ansteuerbaren, Generator und/oder Oszillator bereitgestellt wird oder dass das Testmodussignal zumindest einen, insbesondere programmierbaren oder programmier-ansteuerbaren Generator und/oder Oszillator ansteuert.
Die Testschaltung ist besonders bevorzugt so ausgebildet, dass der mindestens eine Generator und/oder Oszillator den zumindest einen elektrischen Schalter ansteuert und insbesondere im Testmodus mit einer definierten Frequenz den wenigstens einen elektrischen Schalter schaltet, wodurch insbesondere ein Wechselsignal erzeugbar ist, auch wenn das Magnetfeldsensorelement ein Magnetfeld mit im Wesentlichen konstanter Magnetfeldstärke erfasst. Dabei ist die Testschaltung ganz besonders bevorzugt so ausgebildet, dass der mindestens eine Generator und/oder Oszillator mit einer definierten Frequenz zwischen 0Hz und 2500 Hz operiert.
Es ist bevorzugt, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass der wenigstens eine
Generator und/oder Oszillator eine oder zwei oder mehrere Stromquellen oder Spannungsquellen ansteuert, insbesondere über den mindestens einen elektrischen Schalter oder jeweils über einen elektrischen Schalter, wobei die wenigstens eine Stromquelle oder Spannungsquelle ein definiertes elektrisches Testquellensignal erzeugt,
insbesondere wenn sie durch den ihr zugeordneten Schalter aktiviert ist und kein Testquellensignal erzeugt, wenn sie durch den ihr zugeordneten Schalter deaktiviert ist,
wobei das Testquellensignal in der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung wenigstens einem anderen Signal, das insbesondere ausgewertet wird und/oder danach mit wenigstens einem anderen Signal plausibilisiert und/oder verglichen wird, überlagert wird oder
wobei das Testquellensignal in der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung direkt mit wenigstens einem anderen Signal plausibilisiert und/oder verglichen wird.
Es ist zweckmäßig, dass die Testschaltung und/oder die Signalverarbeitungsschaltung so ausgebildet ist, dass durch das Ansteuern der mindestens einen Stromquelle oder Spannungsquelle durch den Generator und/oder Oszillator Wechselsignal erzeugbar ist, auch wenn das Magnetfeldsensorelement ein Magnetfeld mit im Wesentlichen konstanter Magnetfeldstärke erfasst.
Es ist bevorzugt, dass das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement als Brückenschaltung magnetfeldsensitiver Elemente ausgebildet ist und zwei oder drei oder mehr Teilbrücken oder Halbbrücken aufweist, wobei die Teilbrücken jeweils ein Ausgangssignal des Magnetfeldsensorelements bereitstellen.
Unter einem Testkanal wird vorzugsweise ein Testpfad der Testschaltung verstanden.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Geschwindigkeitssensors als Raddrehzahlsensor in einem Kraftfahrzeug.
Anhand der 1, 2 und 3 sind schematisch mehrere Ausführungsbeispiele des Geschwindigkeitssensors bzw. der Testschaltung erläutert.
Anhand der 1 ist dabei eine Anordnung für ein Magnetfeldsensorelement 3 umfassend zwei Halbbrücken bzw. erste und zweite Teilbrücke 1, 2 exemplarisch dargestellt.
Die Testschaltung umfasst optional eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

– Definition von Schaltern (switches), um zwischen „Test Mode“ und „Normalbetrieb“ auf jedem der zu berücksichtigenden Signalpfade zu unterscheiden (programmierbar)
– Verzögerungen des Signals, ggf durch variable Totzeiten (τ, τ`, .., n τ)
– Verstärkungen bzw. Dämpfungen des Signals (α, β, ..)
– Invertierung des Signals (Negierung des Spannungssignals U_signal → –U_signal)

Die gezeigten Schalter sollen darauf hinweisen, dass nur per Kommando in einen Testmodus gewechselt werden kann. Der Normalbetrieb (ohne Kommando) bleibt unverändert. Die Verstärkungsfaktoren / Dämpfungsfaktoren und Verzögerungszeiten können applikationsspezifisch ausgelegt werden.
Falls erwünscht kann ein Verstärkungsfaktor stark reduziert oder sogar auf „Null“ gesetzt werden, bzw. eine Totzeit so groß gewählt werden, dass während des Testmodus der entsprechende Signalpfad zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehr berücksichtigt wird. Dies würde u.a. die Möglichkeit bieten, ein Cross-Check zwischen mehreren Signalpfaden vorzunehmen, bzw. eine Plausibilisierung zur Fehlererkennung zu ermöglichen, wenn beispielsweise überprüft werden soll, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt unplausible Signalamplituden, unplausible Signalfrequenzen, etc. erkannt werden können.
Beispielhafte Hintergrunderläuterung:
Im Normalbetrieb bekommt das ASIC bzw. die Signalverarbeitungsschaltung und/oder die Testschaltung seine Eingangssignale durch elektrische Veränderung (dynamisch in Abhängigkeit der Encoder-Rotation) der Brücken-Halbbrücken (analoge Spannungssignale), die zeitversetzt ihre minimalen und maximalen Amplituden erreichen.
Die Signalamplituden variieren mit der externen magnetischen Feldstärke (Abstand des Encoders zum Sensor ist entscheidend). Die Versorgungsspannung der Brückenanordnung und die Sensitivität der Brückenstruktur sind per Design vorgegeben.
Die Möglichkeit einer statischen Messung nach dem Ausführungsbeispiel aus 1 kann die Prüfzeit erheblich reduzieren. Die magnetische Feldstärke kann mit einem Stabmagneten realisiert werden. Zur Überprüfung der internen Fehlererkennung (Cross-Check) kann sowohl Encoder als auch ein Spulensystem verwendet werden.
Das Beispiel in 1 zeigt ein Mittel 11 zur Erzeugung eines statischen bzw. konstanten Magnetfelds, wobei das Magnetfeld durch die Teilbrücken 1 und 2 des Magnetfeldsensorelements 3 erfasst wird. Die Brücke des Magnetfeldsensorelements 3 umfasst eine Spannungsversorgung 12. Signal 1 und Signal 2 sind die Ausgangssignale der ersten und zweiten Teilbrücke 1, 2, welche über Vorverstärker 8 jeweils Knotenpunkt 9 zugeführt werden, an welchem der erste und zweite Schalter 4, 5 die entsprechende Abzweigung zum ersten bzw. zweiten Testkanal 6, 7 im Testmodus oder zur Signalverarbeitungsschaltung 10 im Normalbetriebsmodus schaltet, je nach Vorliegen eines Testmodussignals. Von Signalverarbeitungsschaltung 10 sind nur schematisch, beispielhaft ein Komparator und eine Analag-/Digitalwandler dargestellt. Am Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung 10 stellt der Geschwindigkeitssensor das Sensorausgangssignal 16 bereit. Erster und zweiter Testkanal 6, 7 sind unterschiedlich ausgebildet, zur unterschiedlichen Beeinflussung der Ausgangssignale der ersten und zweiten Teilbrück 1, 2. Dabei umfasst erster Testkanal 6 die Parallelschaltung eines Invertiers 14 bzw. Spannungsinverters mit einem Dämpfungs-Totzeitglied 15 mit Dämpfungsfaktor α und Totzeit τ. Zweiter Testkanal 7 weist eine Parallelschaltung aus einem Verstärker 13 und einem Dämpfungs-Totzeitglied 15 mit Dämpfungsfaktor β und Totzeit τ auf.
Dadurch, dass erster und zweiter Testkanal 6 und 7 die Ausgangssignale der beiden Teilbrücken 1 und 2 unterschiedlich beeinflussen im Testmodus, sind die am Komparator der Signalverarbeitungsschaltung anliegenden Signale im Testmodus unterschiedlich und der Komparator kann schalten, obwohl das erfasste Magnetfeld statisch bzw. konstant ist und somit die Ausgangssignal der beiden Teilbrücken 1 und 2 im Wesentlichen gleich sind bzw. einen gleichen Pegel aufweisen.
Anhand der 2 und 3 ist dabei jeweils ebenfalls eine Anordnung eines Magnetfeldsensorelements 3 umfassend zwei Halbbrücken bzw. Teilbrücken 1 und 2 exemplarisch dargestellt, umfassend eine Spannungsversorgung 12 der Brücke und ein Mittel 11 zur Erzeugung eines konstanten bzw. statischen Magnetfelds.
Durch gezielte Umschaltung der ASIC- bzw. Signalverarbeitungs Eingangssignale bzw. Ausgangssignale der Teilbrücken des Magnetfeldsensorelements in den Testkanälen 6 und 7, siehe 2 – oder durch Zuschaltung von Bias-Strömen mittels jeweils einer generatorangesteuerten Stromquelle 17 über ein getaktetes Schaltelement 18 zur Überlagerung der Ausgangssignale der Teilbrücken aus den Testkanälen 6, 7 – siehe 3 – ´werden neue Signale beispielhaft erzeugt, die eine „applikations-spezifische“ Front-End-Prüfung der ASIC-Funktionalität ermöglichen (Go/No-Go Prüfung), obwohl kein magnetisches Wechselfeld erfasst wird sondern ein statisches Magnetfeld 11. Die gezielte Umschaltung kann eine oder mehrere der folgenden Möglichkeiten mit einander verbinden, um eine möglichst gute Testfähigkeit zu bieten. Diese kann ein Signalpfad oder mehrere Signalpfade unabhängig voneinander betreffen. Die Anzahl der Signalpfade ist abhängig von der Sensierungsstruktur bzw. der Struktur des Magnetfeldsensorelements 3, d.h. Anzahl der verfügbaren Halbbrücken bzw. Teilbrücken 1, 2 (1 bis N) im Chip des WSS, stehend für „Wheel Speed Sensor“, also Raddrehzahlsensor. Für WSS-Applikationen verwendet man typischerweise 2 bzw. 3 Halbbrücken. In den Figuren sind jeweils beispielhaft Ausführungsbeispiele mit zwei Halbbrücken veranschaulicht.
Die gezielte Umschaltung erfolgt im Ausführungsbeispiel zur 2 durch entsprechende Schalter 4, 5 (switch 1 und switch 2) zwischen Testmodus und Normalbetriebsmodus, die mit einer im ASIC realisierten „Generator/Oszillator“-Schaltung nur im Test-Mode geschaltet werden. Die Generator/Oszillator Frequenz f ist dabei kontant und kann beliebig im applikationsbedingten Signalfrequenzbereich festgelegt werden (typischerweise: 0Hz < f < 2500Hz)
Die gezeigten Schalter 4, 5 sind beispielhaft in 2 und nur im Test-Mode aktiv. Der Normalbetrieb, ohne das Vorliegen einen Kommandos zum Test-Mode bzw. ohne Testmodussignal oder ein den Normalbetrieb codierendes Testmodussignal, bleibt unverändert und die gezeigten Schalter haben im Normalbetrieb keine Funktion.
Die Verstärkungsfaktoren/Dämpfungsfaktoren und Verzögerungszeiten können applikationsspezifisch ausgelegt werden.
Falls erwünscht kann ein Verstärkungsfaktor stark reduziert oder sogar auf „Null“ gesetzt werden, bzw. eine Totzeit so groß gewählt werden, dass während des Testmodus der entsprechende Signalpfad zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehr berücksichtigt wird. Dies würde u.a. die Möglichkeit bieten, ein Cross-Check zwischen mehreren Signalpfaden vorzunehmen, bzw. eine Plausibilisierung zur Fehlererkennung zu ermöglichen, wenn beispielsweise überprüft werden soll, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt unplausible Signalamplituden, unplausible Signalfrequenzen, etc. erkannt werden können.
Eine solche Plausibilisierungsüberprüfung kann im Rahmen der Functional Safety Anforderungen als „Fault Injection“ genutzt werden.
Alternativ kann durch eine vereinfachte beispielhafte Schaltung – wie anhand der 3 veranschaulicht – durch Einschalten von „Bias-Strömen“ auch beim konstanten externen Magnetfeld die Schaltfunktion der ASIC-Ausgangsstufe geprüft werden.
Die gezielte Umschaltung erfolgt durch entsprechende Schaltelemente 18, die mit einer im ASIC realisierten „Generator/Oszillator“-Schaltung nur im Test-Mode geschaltet werden. Die Generator/Oszillator Frequenz f ist kontant und kann beliebig im applikationsbedingten Signalfrequenzbereich festgelegt werden (typischerweise: 0Hz < f < 2500Hz).
Beispielhafte Hintergrunderläuterung:
Im Normalbetrieb bekommt das ASIC bzw. die Signalverarbeitungsschaltung und/oder die Testschaltung seine Eingangssignale durch elektrische Veränderung (dynamisch in Abhängigkeit der Encoder-Rotation) der Brücken-Halbbrücken (analoge Spannungssignale), die zeitversetzt ihre minimalen und maximalen Amplituden erreichen.
Die Signalamplituden variieren mit der externen magnetischen Feldstärke (Abstand des Encoders zum Sensor ist entscheidend).
Die Versorgungsspannung der Brückenanordnung und die Sensitivität der Brückenstruktur sind per Design vorgegeben.
Überprüfung der Sensorfunktionalität erfolgt gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 3 unter dynamischen Bedingungen erfordert die Rotation eines Encoders bzw. Ansteuerung eines Spulensystems über längere Zeit, die während der Produktion sehr wertvoll ist.

ω korreliert mit der Frequenz der externen magnetischen Feldstärke (Encoder, etc.)
φ korreliert mit dem Abstand der Halbbrücken und ggf. magnetischen Pollängen (Encoder)
x Signalamplitude korreliert mit der Empfindlichkeit der Brückenstruktur S, deren Versorgungsspannung und der externen magnetischen Feldstärke

Die Möglichkeit einer statischen Messung nach den Ausführungsbeispielen aus 2 und 3 kann die Prüfzeit erheblich reduzieren. Die magnetische Feldstärke kann mit einem Stabmagneten realisiert werden. Zur Überprüfung der internen Fehlererkennung (Cross-Check) kann sowohl Encoder als auch ein Spulensystem verwendet werden.
In 2 sind schematisch beispielhaft die Ausgangsignale der ersten und zweiten Teilbrücke 1, 2 mittels erstem und zweitem Schalter 4, 5 im Testmodus in die Testkanäle 6 und 7 geschaltet. In erstem Testkanal 6 wird das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke 1 mittels getaktetem Generator 19 getaktet bzw. abwechselnd unterbrochen und weitergelassen, wobei dieses getakteten Signal noch durch eine Parallelschaltung aus Invertiers 14 bzw. Spannungsinverters mit einem Dämpfungs-Totzeitglied 15 mit Dämpfungsfaktor α und Totzeit τ geht bzw. davon beeinflusst wird. In dem zweiten Testkanal 7, wird das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke 2 ebenfalls mittels des getakteten Generators 19 getaktet bzw. abwechselnd unterbrochen und weitergelassen, wobei dieses getaktete Signal noch durch eine Parallelschaltung aus einem Verstärker 13 und einem Dämpfungs-Totzeitglied 15 mit Dämpfungsfaktor β und Totzeit τ geht bzw. von dieser beeinflusst wird. Generator 19 steuert dabei jeweils ein Schaltelement 18 an. Die so durch die Testkanäle 6 und 7 im Testmodus beeinflussten Signal liegen an einem Komparator, eingangsseitig, der Signalverarbeitungsschaltung 10 an, von welcher sonst nur ein Analog-/Digitalwandler dargestellt ist. Ausgangsseitig stellt Signalverarbeitungsschaltung 10 das Sensorausgangssignal 16 des Geschwindigkeitssensors bereit.
In 3 werden die Ausgangssignale der Teilbrücken 1 und 2 im Testmodus beispielhaft von einem Biasstromsignal, welches ein Wechselsignal ist, mit unterschiedlicher Stromstärke hinsichtlich der beiden Testkanäle 6 und 7 überlagert. Dazu weisen Testkanäle 6 und 7 einen Generator 19 mit definiertem Takt auf, welcher in den Testkanälen 6 und 7 jeweils mittels eines Schaltelements 18 eine Stromquelle 17 ansteuert, deren Ausgangssignal den Ausgangssignalen der Teilbrücken überlagert wird. Das jeweilige Summensignal liegt eingangsseitig an einem Komparator der Signalverarbeitungsschaltung 10 an, die auch einen Analog-Digitalwandler umfasst und das Sensorausgangssignal 16 des Geschwindigkeitssensors bereitstellt.

Claims

Geschwindigkeitssensor, insbesondere als Raddrehzahlsensor ausgebildet, umfassend wenigstens ein Magnetfeldsensorelement zur Erfassung eines magnetischen Encoders sowie zumindest eine Signalverarbeitungsschaltung, welche die Ausgangssignale des mindestens einen Magnetfeldsensorelements verarbeitet und das Sensorausgangssignal des Geschwindigkeitssensors bereitstellt, wobei der Geschwindigkeitssensor eine Testschaltung aufweist, welche zwischen das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement und die Signalverarbeitungsschaltung geschaltet ist und so ausgelegt ist, dass sie zwischen einem Testmodus und einem Normalbetriebsmodus umschaltbar ist, wobei das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement als Brückenschaltung magnetfeldsensitiver Elemente ausgebildet ist und zwei oder drei oder mehr Teilbrücken oder Halbbrücken aufweist, wobei die Teilbrücken jeweils ein Ausgangssignal des Magnetfeldsensorelements bereitstellen dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie Ausgangssignale zumindest einer ersten und einer zweiten Teilbrücke unterschiedlich beeinflusst und danach der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt.
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie zumindest das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke beeinflusst und das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke nicht beeinflusst oder zumindest dass sie das Ausgangssignal der ersten und zweiten Teilbrücke in unterschiedlicher Weise beeinflusst oder die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie wenigstens das Ausgangssignal einer Teilbrücke von zumindest drei Teilbrücken beeinflusst, so dass insbesondere die Ausgangssignale der ersten, der zweiten und einer dritten Teilbrücke unterschiedlich beeinflusst werden, insbesondere jeweils unterschiedlich zueinander.
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung zur Beeinflussung des Ausgangssignals der ersten Teilbrücke einen ersten Testkanal umfasst und insbesondere zur Beeinflussung des Ausgangssignals der zweiten Teilbrücke einen zweiten Testkanal.
Geschwindigkeitssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie, insbesondere nur, durch ein externes Testmodussignal dazu veranlasst wird, vom Normalbetriebsmodus in den Testbetriebsmodus zu wechseln und insbesondere ansonsten, bei nicht vorliegen des Testmodussignals im Normalbetriebsmodus verbleibt oder in den Normalbetriebsmodus zurückwechselt.
Geschwindigkeitssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie zum Wechsel zwischen Normalbetriebsmodus und Testbetriebsmodus mindestens einen elektrischen Schalter, insbesondere als Halbleiterschalter ausgebildet, aufweist, wobei dieser wenigstens eine Schalter zweckmäßigerweise programmierbar ausgebildet ist und/oder das Testmodussignal durch eine Programmierung bereitgestellt wird.
Geschwindigkeitssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie das Testmodussignal selbstständig interpretiert und in Abhängigkeit des Testmodussignals selbstständig in den jeweiligen Betriebsmodus umschaltet.
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitssensor zumindest einen ersten und einen zweiten elektrischen Schalter aufweist, wobei der erste Schalter so ausgebildet und verschaltet ist, dass er im Normalbetriebsmodus das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke im Wesentlichen direkt der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt und im Testmodus das Ausgangssignal der ersten Teilbrücke dem ersten Testkanal der Testschaltung bereitstellt, wobei der erste Testkanal ausgangsseitig mit der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist und wobei insbesondere der zweite Schalter so ausgebildet und verschaltet ist, dass er im Normalbetriebsmodus das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke im Wesentlichen direkt der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt und im Testmodus das Ausgangssignal der zweiten Teilbrücke dem zweiten Testkanal der Testschaltung bereitstellt, wobei der zweite Testkanal ausgangsseitig mit der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist.
Geschwindigkeitssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass sie im Testbetriebsmodus wenigstens ein Ausgangssignal oder die Ausgangssignale des wenigstens einen Magnetfeldsensorelements – verzögert, um eine definierte Totzeit, mittels wenigstens einer Totzeitschaltung, insbesondere einer programmierbaren Totzeitschaltung und/oder – verstärkt oder dämpft, um einen definierten Verstärkungs-/Dämpfungsfaktor, mittels wenigstens einer Verstärkungs- oder Dämpfungsschaltung, welche insbesondere programmierbar ausgebildet ist und/oder – invertiert, mittels zumindest einer Inverterschaltung und/oder einem Spannungsinvertierer, und/oder und/oder – mittels eines Generators und/oder Oszillators, der ein Schalterelement ansteuert, getaktet abwechselnd unterbricht bzw. weiterleitet, und danach an die Signalverarbeitungsschaltung weiterleitet und/oder der Signalverarbeitungsschaltung bereitstellt, wobei insbesondere zumindest der erste und/oder zweite Testkanal so ausgebildet ist, dass er das Ausgangssignal zumindest des ersten und/oder des zweiten Teilbrücke auf diese Weise beeinflusst.
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung, insbesondere zumindest der erste und/oder zweite Testkanal, so ausgebildet ist, dass eine Verzögerung wenigstens eines Ausgangssignals des wenigstens einen Magnetfeldsensorelements oder eine Verzögerung des Ausgangssignals der ersten oder zweiten Teilbrücke des Magnetfeldsensorelements, mittels wenigstens einer Totzeitschaltung, so groß gewählt bzw. definiert ist, dass das Signal in der Signalverarbeitungsschaltung bei einer Überprüfung mittels einer Überprüfungsschaltung unberücksichtigt bleibt.
Geschwindigkeitssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsschaltung so ausgebildet ist, dass sie zumindest eine Überprüfungsschaltung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie eine Plausibilisierung und/oder einen Vergleich zwischen zwei oder mehr Signalen durchführen kann, insbesondere zwischen Signalen, die jeweils als Ausgangssignale von Teilbrücken des Magnetfeldsensorelements durch die Testschaltung beeinflusst werden oder ohne Beeinflussung durch die Testschaltung der Signalverarbeitungsschaltung direkt bereitgestellt werden, wobei diese Plausibilisierung und/oder dieser Vergleich der Überprüfungsschaltung hinsichtlich Signalamplituden und/oder Signalfrequenzen durchgeführt wird.
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfungsschaltung der Signalverarbeitungsschaltung so ausgebildet ist, dass sie aus der Plausibilisierung und/oder dem Vergleich eine Informationen über die Funktionsfähigkeit des wenigstens einen Magnetfeldsensorelements und/oder der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung gewinnt und insbesondere die Information im Ausgangssignal des Geschwindigkeitssensors bereitstellt.
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass der mindestens eine Generator und/oder Oszillator mit einer definierten Frequenz zwischen 0Hz und 2500 Hz operiert.
Geschwindigkeitssensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung so ausgebildet ist, dass der wenigstens eine Generator und/oder Oszillator eine oder zwei oder mehrere Stromquellen oder Spannungsquellen ansteuert, insbesondere über den mindestens einen elektrisches Schalterelement, wobei die wenigstens eine Stromquelle oder Spannungsquelle ein definiertes elektrisches Testquellensignal erzeugt, insbesondere wenn sie durch den ihr zugeordneten Schalter aktiviert ist und kein Testquellensignal erzeugt, wenn sie durch den ihr zugeordneten Schalter deaktiviert ist, wobei das Testquellensignal in der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung wenigstens einem anderen Signal, das insbesondere ausgewertet wird und/oder danach mit wenigstens einem anderen Signal plausibilisiert und/oder verglichen wird, überlagert wird oder wobei das Testquellensignal in der Testschaltung und/oder der Signalverarbeitungsschaltung direkt mit wenigstens einem anderen Signal plausibilisiert und/oder verglichen wird.
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung und/oder die Signalverarbeitungsschaltung so ausgebildet ist, dass durch das Ansteuern der mindestens einen Stromquelle oder Spannungsquelle durch den Generator und/oder Oszillator ein Wechselsignal erzeugbar ist, auch wenn das Magnetfeldsensorelement ein Magnetfeld mit im Wesentlichen konstanter Magnetfeldstärke erfasst.