DE102021123737A1

DE102021123737A1 - Sensoranordnung, Verfahren zur Detektion eines Signalfehlers in einer Sensoranordnung, Computerprogrammprodukt und Steuereinheit

Info

Publication number: DE102021123737A1
Application number: DE102021123737.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Jagusch
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1) umfassend einen ersten Sensor (2) und einen zweiten Sensor (3) und eine Steuereinheit (4), wobei der erste Sensor (2) ein erstes analoges sinus-förmige Ausgangssignal (5) und ein erstes analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal (6) bereitstellt, und der zweite Sensor (3) ein zweites analoges sinus-förmiges Ausgangssignal (7) bereitstellt, wobei das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) einem ersten Analog-Digital-Wandler (8) zugeleitet wird, welcher das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) in ein erstes digitales Ausgangssignal (11) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, das erste analoge cosinus-Ausgangssignal (6) einem zweiten Analog-Digital-Wandler (9) zugeleitet wird, welcher das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal (6) in ein zweites digitales Ausgangssignal (12) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, sowie das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (7) einem dritten Analog-Digital-Wandler (10) zugeleitet wird, welcher das zweite sinus-förmige Ausgangssignal (7) in ein drittes digitales Ausgangssignal (13) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit (4) konfiguriert ist, eine Signal-Fehlererkennung anhand des ersten digitalen Ausgangssignals (11), des zweiten digitalen Ausgangssignals (12) und des dritten digitalen Ausgangssignals (13) durchzuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor und eine Steuereinheit, wobei der erste Sensor ein erstes analoges sinus-förmige Ausgangssignal und ein erstes analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal bereitstellt, und der zweite Sensor ein zweites analoges sinus-förmiges Ausgangssignal bereitstellt, wobei das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal einem ersten Analog-Digital-Wandler zugeleitet wird, welcher das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal in ein erstes digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, das erste analoge cosinus-Ausgangssignal einem zweiten Analog-Digital-Wandler zugeleitet wird, welcher das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal in ein zweites digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, sowie das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal einem dritten Analog-Digital-Wandler zugeleitet wird, welcher das zweite sinus-förmige Ausgangssignal in ein drittes digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, eine Signal-Fehlererkennung anhand des ersten digitalen Ausgangssignals, des zweiten digitalen Ausgangssignals und des dritten digitalen Ausgangssignals durchzuführen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion eines Signalfehlers in einer Sensoranordnung, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuereinheit.
Sensoranordnungen werden für verschiedene Zwecke auf unterschiedlichen, technischen Gebieten verwendet. Physikalische Größen, die durch Sensoren gemessen oder erfasst werden, können sich zum Beispiel auf Magnetfelder, Temperaturen, Winkelpositionen, Kräfte und Druck beziehen, um nur einige Beispiele zu nennen.
Insbesondere Sensoranordnungen in Kraftfahrzeugen müssen zunehmend hohe Sicherheitserfordernisse erfüllen, da beispielsweise bei einem Ausfall oder Messfehlern von Drehwinkel-Sensoranordnungen in Steer-By-Wire-Systemen eines Kraftfahrzeugs, ein hohes Gefahrenpotential für die Fahrzeuginsassen resultieren kann. Beispielsweise werden in EP1503184A2 , DE102010037991A1 , DE11011104630T5 oder US 2009/0206827A1 verschiedene Drehwinkel-Sensoranordnungen beschrieben. Bei diesen Drehwinkel-Sensoranordnungen werden, basierend auf einer Kombination von Halbbrückensignalen von den Sensorbrücken, auf verschiedene Art und Weisen Fehlererfassungssignale ermittelt.
Die im Automobilbereich einschlägigen Sicherheitsanforderungen sind beispielsweise in dem Standard Automotive Safety Integrity Level (ASIL), ISO26262, normiert, bei dem der Sicherheitsstandard ASIL-D das derzeit höchste Sicherheitsmaß repräsentiert.
Üblicherweise werden zur Erfüllung des hohen ASIL-D Sicherheitsstandards zwei redundante Sensoranordnungen verwendet, welche beispielsweise jeweils den Drehwinkel bestimmen und die beiden Winkel gegeneinander überwachen. Dieses Verfahren wird gemeinhin als Sensor Correlation bezeichnet. Durch die Redundanz der Sensoranordnungen ist die Erfüllung eines hohen Sicherheitsstandards über eine Sensor Correlation jedoch vergleichsweise kostenintensiv.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Sensoranordnung mit einem verbesserten Überwachungskonzept für redundante Sensoren bereitzustellen, dass kostengünstig in der Herstellung und stabil im Betrieb ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Detektion eines Signalfehlers in einer Sensoranordnung, ein verbessertes Computerprogrammprodukt und eine optimierte Steuereinheit bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor und eine Steuereinheit, wobei der erste Sensor ein erstes analoges sinus-förmige Ausgangssignal und ein erstes analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal bereitstellt, und der zweite Sensor ein zweites analoges sinus-förmiges Ausgangssignal bereitstellt, wobei das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal einem ersten Analog-Digital-Wandler zugeleitet wird, welcher das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal in ein erstes digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, das erste analoge cosinus-Ausgangssignal einem zweiten Analog-Digital-Wandler zugeleitet wird, welcher das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal in ein zweites digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, sowie das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal einem dritten Analog-Digital-Wandler zugeleitet wird, welcher das zweite sinus-förmige Ausgangssignal in ein drittes digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, eine Signal-Fehlererkennung anhand des ersten digitalen Ausgangssignals, des zweiten digitalen Ausgangssignals und des dritten digitalen Ausgangssignals durchzuführen, wobei das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal des zweiten Sensors einen Phasenversatz zum ersten analogen sinus-förmigen Ausgangssignal aufweist, und in der Steuereinheit die Signal-Fehlererkennung anhand eines das erste digitale Ausgangssignal, das zweite digitale Ausgangssignal und das dritte digitale Ausgangssignal korrelierenden trigonometrischen Additionstheorems durchgeführt wird, wobei das Additionstheorem einen Ausgangsparameter bereitstellt, der ein Maß für eine Signal-Fehlererkennung repräsentiert.
Erfindungsgemäß wird eine Sensoranordnung bereitgestellt, die grundsätzlich geeignet ist, die Erfordernisse einer ASIL D Funktionssicherheitseinstufung zu erfüllen, wobei jedoch anstatt der bislang üblichen vier Signale aus den redundanten Sensoren, lediglich drei Signale für eine Signal-Fehlererkennung benötigt werden. Hierdurch kann zum einen beispielsweise ein Signalkabel, ein Analog-Digitalwandler für das eingesparte Signal, sowie ein entsprechender Anschluss in der Steuereinheit eingespart werden, wodurch die Sensoranordnung entsprechend kostengünstig herstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung und deren Überwachungskonzept für die redundanten Sensoren weisen eine hohe Robustheit gegen Scheinfehlererkennungen auf, was in entsprechenden Fehlerinjektionstests gezeigt werden konnte. Ferner konnten die Fehlerinjektionstests zeigen, dass das Überwachungskonzept sensitiv genug ist, um Diagnosedeckung in plausiblen Grenzen zu argumentieren sowie Signalfehler hinreichend schnell zu erkennen, um plausible Fehlererkennungszeitanforderungen zu erfüllen.
Ein mögliches trigonometrisches Additionstheorem, welches im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugt verwendet werden kann lautet: $sin (ϕ + ϕ_{o}) = cos (ϕ) \cdot sin (ϕ_{o}) + cos (ϕ_{o}) \cdot sin (ϕ)$
Beispielsweise, falls der Phasenversatz zwischen dem ersten und dem dritten Ausgangssignal mit 45° gewählt wird, vereinfacht sich das Additionstheorem zu: $sin (ϕ) +cos (ϕ) - \sqrt{2} \cdot sin (ϕ + 45^{\circ}) = 0$
In der technischen Realisierung werden die 3 Eingangssignale durch das zuvor genannte Additionstheorem verrechnet. Hierbei ist anzumerken, dass die o.g. Gleichung durch Messunsicherheiten und Signalrauschen nicht exakt null ergibt, sondern einen kleinen Wert, nahe Null. Daher ist die Zielgleichung für die Überwachungsfunktion: $| sin (ϕ) + cos (ϕ) - \sqrt{2} \cdot sin (ϕ + 45^{\circ}) | \leq \ddot{U} b e r w a c h u n g s g r e n z w e r t$
Diese bevorzugte Überwachungsfunktion liefert so einen Diagnoseansatz zur Bereitstellung von Diagnosedeckung als Grundlage für die Sicherheitsargumentation. Mit anderen Worten wird in der Steuereinheit die Signal-Fehlererkennung anhand eines das erste digitale Ausgangssignal, das zweite digitale Ausgangssignal und das dritte digitale Ausgangssignal korrelierenden trigonometrischen Additionstheorems durchgeführt, wobei das Additionstheorem einen Ausgangsparameter bereitstellt, der ein Maß für eine Signal-Fehlererkennung repräsentiert. In dem oben genannten Beispiel wird der Ausgangsparameter zur Fehlererkennung durch Vergleich des Additionstheorems mit dem Überwachungsgrenzwert gebildet. Weicht die Korrelation der Ausgangssignale folglich in einem vordefinierten Werteintervall vom Überwachungsgrenzwert ab, so kann dies als ein Signalfehler der Sensoranordnung kategorisiert werden.
Es versteht sich, dass ein analoges sinus-förmige Ausgangssignal und analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal den Phasenversatz der wellenförmigen Signale zueinander charakterisiert. Selbstverständlich kann ein sinus-förmiges Ausgangssignal einen von der „reinen“ Sinusschwingung abweichenden Phasenversatz aufweisen. Ebenso kann ein cosinus-förmiges Ausgangssignal einen von der „reinen“ Cosinusschwingung abweichenden Phasenversatz aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal und/oder das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal und/oder das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal die gleiche Frequenz, die halbe Frequenz zueinander oder die doppelte Frequenz zueinander aufweisen, wodurch eine besonders einfache und schnelle Signal-Fehlererkennung ermöglicht wird.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Phasenversatz zwischen 35-55° oder 215-235°, bevorzugt zwischen 40-50° oder 220-230°, insbesondere bevorzugt 42-47° oder 222-227°, höchst bevorzugt 45° oder 225° beträgt, was ebenfalls eine einfache und robuste Signal-Fehlererkennung begünstigt.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Sensor und der zweite Sensor als induktive Positionssensoren ausgebildet sind, die sich im Zusammenhang mit der Erfindung als besonders geeignet herausgestellt haben.
Grundsätzlich ist es denkbar, jeden Sensor, der ein im wesentlichen sinus-/cosinus-förmiges analoges Ausgangssignal bereitstellt im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Geeignete Sensoren können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Hall-Effekt-Sensoren oder MagnetoResistiven-Sensoren
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Sensor eine erste Signalleitung für das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal und eine zweite Signalleitung für das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal und der zweite Sensor eine dritte Signalleitung für das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal aufweist. Hierbei kann es sich insbesondere um jeweils eine einfache oder differentielle Signalleitung handeln. Die Signalleitung kann kabelgebunden oder kabellos ausgeführt sein.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der erste Analog-Digital-Wandler und/oder der zweite Analog-Digital-Wandler in dem ersten Sensor und/oder der dritte Analog-Digital-Wandler in dem zweiten Sensor angeordnet sind/ist. Alternativ oder ergänzend kann in einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Analog-Digital-Wandler und/oder der zweite Analog-Digital-Wandler und/oder der dritte Analog-Digital-Wandler in der Steuereinheit angeordnet sind/ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Steuereinheit einen ersten Signaleingang für das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal oder das erste digitale Ausgangssignal, und/oder einen zweiten Signaleingang für das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal oder das zweite digitale Ausgangssignal, und/oder einen dritten Signaleingang für das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal oder das dritte digitale Ausgangssignal aufweist. Der Signaleingang kann kabelgebunden oder kabellos ausgestaltet sein.
Eine Steuereinheit, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dient der insbesondere elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer Sensoren. Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs.
Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Detektion eines Signalfehlers in einer Sensoranordnung, umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor und eine Steuereinheit, wobei der erste Sensor ein erstes analoges sinus-förmige Ausgangssignal und ein erstes analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal bereitstellt, und der zweite Sensor ein zweites analoges sinus-förmiges Ausgangssignal bereitstellt, wobei das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal einem ersten Analog-Digital-Wandler zugeleitet wird, welcher das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal in ein erstes digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, das erste analoge cosinus-Ausgangssignal einem zweiten Analog-Digital-Wandler zugeileitet wird, welcher das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal in ein zweites digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, sowie das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal einem dritten Analog-DigitalWandler zugeleitet wird, welcher das zweite sinus-förmige Ausgangssignal in ein drittes digitales Ausgangssignal wandelt, welches der Steuereinheit bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, eine Signal-Fehlererkennung anhand des ersten digitalen Ausgangssignals, des zweiten digitalen Ausgangssignals und des dritten digitalen Ausgangssignals durchzuführen, wobei das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal des zweiten Sensors einen Phasenversatz zum ersten analogen sinus-förmigen Ausgangssignal aufweist, und in der Steuereinheit die Signal-Fehlererkennung anhand eines das erste digitale Ausgangssignal, das zweite digitale Ausgangssignal und das dritte digitale Ausgangssignal korrelierenden trigonometrischen Additionstheorems durchgeführt wird, wobei das Additionstheorem einen Ausgangsparameter bereitstellt, der ein Maß für eine Signal-Fehlererkennung repräsentiert.
Die Erfindung kann auch gelöst sein durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit einem Computerprogrammcode, der geeignet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 9.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung ferner auch gelöst durch eine Steuereinheit zur Steuerung einer Sensoranordnung, wobei die Steuereinheit einen Prozessor und einen Speicher umfasst, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 9 zu veranlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform einer Sensoranordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
2 eine zweite Ausführungsform einer Sensoranordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
3 eine dritte Ausführungsform einer Sensoranordnung in einem schematischen Blockschaltbild,
4 ein Logik-Schaltbild der Signal-Fehlererkennung.

Die Figur zeigt eine Sensoranordnung 1 umfassend einen ersten Sensor 2 und einen zweiten Sensor 3 und eine Steuereinheit 4. Der erste Sensor 2 stellt ein erstes analoges sinus-förmige Ausgangssignal 5 und ein erstes analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal 6 bereit, während der zweite Sensor 3 ein zweites analoges sinus-förmiges Ausgangssignal 7 bereitstellt. Der erste Sensor 2 und der zweite Sensor 3 sind als induktive Positionssensoren ausgebildet.
Das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal 5 wird einem ersten Analog-Digital-Wandler 8 zugeleitet, welcher das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal 5 in ein erstes digitales Ausgangssignal 11 wandelt, welches der Steuereinheit 4 bereitgestellt wird.
Das erste analoge cosinus-Ausgangssignal 6 wird einem zweiten Analog-Digital-Wandler 9 zugeleitet, welcher das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal 6 in ein zweites digitales Ausgangssignal 12 wandelt, welches ebenfalls der Steuereinheit 4 bereitgestellt wird.
Das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal 7 wird einem dritten Analog-Digital-Wandler 10 zugeleitet, welcher das zweite sinus-förmige Ausgangssignal 7 in ein drittes digitales Ausgangssignal 13 wandelt, welches erneut der Steuereinheit 4 bereitgestellt wird.
Die Steuereinheit 4 ist konfiguriert, eine Signal-Fehlererkennung anhand des ersten digitalen Ausgangssignals 11, des zweiten digitalen Ausgangssignals 12 und des dritten digitalen Ausgangssignals 13 durchzuführen. Hierzu weist das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal 5 des zweiten Sensors 3 einen Phasenversatz 14 zum ersten analogen sinus-förmigen Ausgangssignal 7 auf. Ferner wird in der Steuereinheit 4 die Signal-Fehlererkennung anhand eines das erste digitale Ausgangssignal 11, das zweite digitale Ausgangssignal 12 und das dritte digitale Ausgangssignal 13 korrelierenden trigonometrischen Additionstheorems durchgeführt, wobei das Additionstheorem einen Ausgangsparameter 30 bereitstellt, der ein Maß für eine Signal-Fehlererkennung repräsentiert.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen besitzen das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal 5, das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal 6 und das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal 7 die gleiche Frequenz. Der Phasenversatz 14 beträgt 45°.
Die 1 zeigt des Weiteren, dass der erste Sensor 2 eine erste Signalleitung 16 für das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal 5 und eine zweite Signalleitung 17 für das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal 6 und der zweite Sensor 3 eine dritte Signalleitung 18 für das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal 7 aufweist, welche jeweils in dem entsprechend zugeordneten Analog-Digital-Wandler mündet.
In der 2 ist eine Ausführungsform der Sensoranordnung 1 gezeigt, bei der der erste Analog-Digital-Wandler 8, der zweite Analog-Digital-Wandler 9 in dem ersten Sensor 2 und der dritte Analog-Digital-Wandler 10 in dem zweiten Sensor 3 angeordnet sind. Die Steuereinheit 4 besitzt in diesem Fall einen ersten Signaleingang 19 für das erste digitale Ausgangssignal 11, einen zweiten Signaleingang 20 das zweite digitale Ausgangssignal 12, und einen dritten Signaleingang 21 für das dritte digitale Ausgangssignal 13.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der erste Analog-Digital-Wandler 8, der zweite Analog-Digital-Wandler 9 und der dritte Analog-Digital-Wandler 10 in der Steuereinheit 4 angeordnet sind. Die Steuereinheit 4 besitzt dann einen ersten Signaleingang 19 für das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal 5, einen zweiten Signaleingang 20 für das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal 6 und einen dritten Signaleingang 21 für das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal 7.
Anhand der 4 wird die Funktionsweise der Signal-Fehlererkennung der Sensoranordnung 1 näher erläutert. Die gezeigte Logikschaltung ist für einen Phasenversatz 45° vorgesehen. Zunächst werden die digitalen Ausgangssignale 11,12,13 dem Prozessor 22 der Steuereinheit 4 zugeführt. In der Steuereinheit 4 wird dann die Signal-Fehlererkennung anhand eines das erste digitale Ausgangssignal 11, das zweite digitale Ausgangssignal 12 und das dritte digitale Ausgangssignal 13 korrelierenden trigonometrischen Additionstheorems durchgeführt, dass durch die gezeigte Logikschaltung repräsentiert ist. Das Additionstheorem stellt im Ergebnis einen Ausgangsparameter 30 bereit, der ein Maß für eine Signal-Fehlererkennung repräsentiert.
Die digitalen Ausgangssignale 11,12,13 werden um die Offsett-Signale 24,25,26 bereinigt. Die Steuereinheit 4 misst zyklisch den Gleichspannungsanteil bzw. den Mittelwert der einzelnen Signale 24, 25,26 und führt diesen der Verarbeitungslogik 31 zu, um die Eingangssignale um den Offset-Wert zu bereinigen. Die Steuereinheit 4 misst zusätzlich zyklisch die Spannungsamplituden der einzelnen Signale 27, 28, 29 und führt diese der Verarbeitungslogik 31 hinzu. In der Konsequenz werden die digitalen Signale 11, 12, 13 um den Gleichspannungsanteil und die Spannungsamplituden bereinigt, so dass die in der Verarbeitungslogik 31 gezeigte Addition das Additionstheorem $| sin (ϕ) + cos (ϕ) - \sqrt{2} \cdot sin (ϕ + 45^{\circ}) | \leq \ddot{U} b e r w a c h u n g s g r e n z w e r t$
realisiert.
Die addierten Werte werden nicht exakt null sein, da Messunsicherheiten und Signalrauschen in der technischen Realisierung zu erwarten sind. Daher wird aus der Summe der Betrag gebildet und dieser Betrag gegen einen definierbaren Überwachungsgrenzwert 32 verglichen. Der Wert 0,089 in 4 ist beispielhaft. In der tatsächlichen Realisierung kann hier ein anderer Wert aufgrund von produktspezifischen Messunsicherheiten oder Anforderungen an die Sensitivität der Fehlererkennung vorhanden sein.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Sensoranordnung
2: Sensor
3: Sensor
4: Steuereinheit
5: analoges Ausgangssignal
6: analoges Ausgangssignal
7: analoges Ausgangssignal
8: Analog-Digital-Wandler
9: Analog-Digital-Wandler
10: Analog-Digital-Wandler
11: digitales Ausgangssignal
12: digitales Ausgangssignal
13: digitales Ausgangssignal
14: Phasenversatz
16: Signalleitung
17: Signalleitung
18: Signalleitung
19: Signaleingang
20: Signaleingang
21: Signaleingang
22: Prozessor
23: Speicher
24: Offset-Signal
25: Offset-Signal
26: Offset-Signal
27: Amplituden-Signal
28: Amplituden-Signal
29: Amplituden-Signal
30: Ausgangsparameter
31: Logikschaltung
31: Überwachungsgrenzwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1503184 A2 [0003]
DE 102010037991 A1 [0003]
DE 11011104630 T5 [0003]
US 20090206827 A1 [0003]

Claims

Sensoranordnung (1) umfassend einen ersten Sensor (2) und einen zweiten Sensor (3) und eine Steuereinheit (4), wobei der erste Sensor (2) ein erstes analoges sinus-förmige Ausgangssignal (5) und ein erstes analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal (6) bereitstellt, und der zweite Sensor (3) ein zweites analoges sinus-förmiges Ausgangssignal (7) bereitstellt, wobei das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) einem ersten Analog-Digital-Wandler (8) zugeleitet wird, welcher das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) in ein erstes digitales Ausgangssignal (11) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, das erste analoge cosinus-Ausgangssignal (6) einem zweiten Analog-Digital-Wandler (9) zugeleitet wird, welcher das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal (6) in ein zweites digitales Ausgangssignal (12) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, sowie das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (7) einem dritten Analog-Digital-Wandler (10) zugeleitet wird, welcher das zweite sinus-förmige Ausgangssignal (7) in ein drittes digitales Ausgangssignal (13) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit (4) konfiguriert ist, eine Signal-Fehlererkennung anhand des ersten digitalen Ausgangssignals (11), des zweiten digitalen Ausgangssignals (12) und des dritten digitalen Ausgangssignals (13) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) des zweiten Sensors (3) einen Phasenversatz (14) zum ersten analogen sinus-förmigen Ausgangssignal (7) aufweist, und in der Steuereinheit (4) die Signal-Fehlererkennung anhand eines das erste digitale Ausgangssignal (11), das zweite digitale Ausgangssignal (12) und das dritte digitale Ausgangssignal (13) korrelierenden trigonometrischen Additionstheorems durchgeführt wird, wobei das Additionstheorem einen Ausgangsparameter (30) bereitstellt, der ein Maß für eine Signal-Fehlererkennung repräsentiert.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) und/oder das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal (6) und/oder das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (7) die gleiche Frequenz, die halbe Frequenz zueinander oder die doppelte Frequenz zueinander aufweisen.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenversatz (14) zwischen 35-55° oder 215-235°, bevorzugt zwischen 40-50° oder 220-230°, insbesondere bevorzugt 42-47° oder 222-227°, höchst bevorzugt 45° oder 225° beträgt.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (2) und der zweite Sensor (3) als induktive Positionssensoren ausgebildet sind.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (2) eine erste Signalleitung (16) für das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) und eine zweite Signalleitung (17) für das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal (6) und der zweite Sensor (3) eine dritte Signalleitung (18) für das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (7) aufweist.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Analog-Digital-Wandler (8) und/oder der zweite Analog-Digital-Wandler (9) in dem ersten Sensor (2) und/oder der dritte Analog-Digital-Wandler (10) in dem zweiten Sensor (3) angeordnet sind/ist.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Analog-Digital-Wandler (8) und/oder der zweite Analog-Digital-Wandler (9) und/oder der dritte Analog-Digital-Wandler (10) in der Steuereinheit (4) angeordnet sind/ist.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) einen ersten Signaleingang (19) für das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) oder das erste digitale Ausgangssignal (11), und/oder einen zweiten Signaleingang (20) für das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal (6) oder das zweite digitale Ausgangssignal (12), und/oder einen dritten Signaleingang (21) für das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (7) oder das dritte digitale Ausgangssignal (13) aufweist.
Verfahren zur Detektion eines Signalfehlers in einer Sensoranordnung (1), umfassend einen ersten Sensor (2) und einen zweiten Sensor (3) und eine Steuereinheit (4), wobei der erste Sensor (2) ein erstes analoges sinus-förmige Ausgangssignal (5) und ein erstes analoges cosinus-förmiges Ausgangssignal (6) bereitstellt, und der zweite Sensor (3) ein zweites analoges sinus-förmiges Ausgangssignal (7) bereitstellt, wobei das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) einem ersten Analog-Digital-Wandler (8) zugeleitet wird, welcher das erste analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) in ein erstes digitales Ausgangssignal (11) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, das erste analoge cosinus-Ausgangssignal (6) einem zweiten Analog-Digital-Wandler (9) zugeileitet wird, welcher das erste analoge cosinus-förmige Ausgangssignal (6) in ein zweites digitales Ausgangssignal (12) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, sowie das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (7) einem dritten Analog-Digital-Wandler (10) zugeleitet wird, welcher das zweite sinus-förmige Ausgangssignal (7) in ein drittes digitales Ausgangssignal (13) wandelt, welches der Steuereinheit (4) bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit (4) konfiguriert ist, eine Signal-Fehlererkennung anhand des ersten digitalen Ausgangssignals (11), des zweiten digitalen Ausgangssignals (12) und des dritten digitalen Ausgangssignals (13) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite analoge sinus-förmige Ausgangssignal (5) des zweiten Sensors (3) einen Phasenversatz (14) zum ersten analogen sinus-förmigen Ausgangssignal (7) aufweist, und in der Steuereinheit (4) die Signal-Fehlererkennung anhand eines das erste digitale Ausgangssignal (11), das zweite digitale Ausgangssignal (12) und das dritte digitale Ausgangssignal (13) korrelierenden trigonometrischen Additionstheorems durchgeführt wird, wobei das Additionstheorem einen Ausgangsparameter (30) bereitstellt, der ein Maß für eine Signal-Fehlererkennung repräsentiert.
Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit einem Computerprogrammcode, der geeignet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 9.
Steuereinheit (4) zur Steuerung einer Sensoranordnung (1), wobei die Steuereinheit (4) einen Prozessor (22) und einen Speicher (23) umfasst, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher (23) und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor (22), die Steuereinheit (4) zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 9 zu veranlassen.