WO2004019050A1

WO2004019050A1 - Vorrichtung zur überprüfung eines sensors

Info

Publication number: WO2004019050A1
Application number: PCT/DE2003/000565
Authority: WO
Inventors: Hartmut Schumacher; Christian Ohl; Eckard Steiger
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2002-08-10
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-03-04
Also published as: DE10236772A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass nun ein Selbsttest möglich ist, der bis an die Grenzen des Messbereichs für den Regelbetrieb möglich ist. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein Sensor verwendet wird, dessen Messbereich größer ist als der für den Regelbetrieb notwendige. Dazu wird dann die Auflösung erhöht, und es wird gegebenenfalls ein bipolarer Test durchgeführt. In einem Beispiel wird für einem Regelbetrieb von maximal 35g grösser ge wählt als die benötigte Auslenkung von 35g im Regelbetrieb.

Description

Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.

Aus der Offenlegungsschrift DE 44 328 371 AI ist eine Schaltung für den Selbsttest eines Sensors bekannt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass nun ein Sensor verwendet wird, dessen Messbereich erheblich größer ist als der Messbereich, der für den Regelbetrieb des Sensors, also den tatsächlichen Einsatz, ist. Die Schaltung zur Durchführung des Selbsttests ist dann derart konfiguriert, dass sie während der Überprüfung des Sensors diesen an die Grenzen des Messbereichs im Regelbetrieb treibt. Dies hat den Vorteil, dass die Testtiefe und die Testaussagekraft maximiert werden. Insbesondere können so Auswirkungen von verunreinigenden Partikeln, die innerhalb der Mikromechanikstruktur in der Art positioniert sind, dass sie nur bei größeren Beschleunigungsamplituden zum Tragen kommen, erkannt werden. Durch einen Selbsttest, der nicht die komplette Amplitude des Regelbetriebs abdeckt, können diese dann in der Regel nicht entdeckt werden. Dies könnte eine Funktionseinschränkung oder gar Nichtfunktion eines Rückhaltesystems, das die Signale des Beschleunigungssensors nutzt, bedeuten. Es ist daher erfindungsgemäß möglich, den kompletten benötigten Messbereich zu überprüfen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist überall dort einsetzbar, wo beispielsweise Inertialsensoren im Systemverbund mit Prozessoren eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Satellitensensoren für Airbags, Drehratensensoren für Airbags, eine Fahrdynamikregelung, eine Sensorbox oder ein Sensorcluster.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Schaltung, die auch die Auswertung der Messergebnisse durchführt, eine Auflösung von 10 Bit aufweist. Üblicherweise werden 8

Bit verwendet, so dass nun 10 Bit verwendet werden, um die Auslösung im Nutzmessbereich bei einem Sensor gleich zu halten, der einen größeren Messbereich abdeckt.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Sensor mikromechanisch hergestellt ist, was eine

Serienfertigung mit hoher Präzision und günstigen Kosten bedeutet.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass der maximal darstellbare Wert, der durch die Auflösung vorgegeben ist, größer ist als die Grenzen des Messbereichs des Sensors.

Es ist auch von Vorteil, dass die Schaltung derart konfiguriert ist, dass bei der Überprüfung ein bipolarer Test durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einem Membransensor die Testauslenkung in beiden Richtungen, also eine positive und eine negative Beschleunigung, erfolgt. Damit wird das komplette Einsatzgebiet des Sensors überprüft.

Schließlich ist es auch von Vorteil, dass der Sensor ein Inertialsensor ist. Inertialsensoren sind Beschleunigungs- und Drehratensensoren. Diese werden häufig für Rückhaltesysteme oder Fahrdynamiksysteme eingesetzt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 ein zweites Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur 3 ein Flussdiagramm des Ablaufs auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung

Üblicherweise besitzen für Rückhaltesysteme eingesetzte mikromechanische Beschleunigungssensoren Messbereiche von +/- 35 g. Es sind jedoch auch solche Beschleunigungssensoren mit +/- 50 g bekannt. In den Auslösealgorithmen werden üblicherweise nicht mehr als insgesamt 100 g überstrichen.

Aus Sicherheitsgründen wird ein Sensorselbsttest verlangt. Ein solcher Selbsttest wird üblicherweise bei jedem Einschalten des Systems durchgeführt. Bei mikromechanischen Sensoren bewirkt die Triggerung des Selbsttests das Anlegen eines definierten elektrostatischen Feldes an die durch die bewegliche seismische Masse und die unbewegliche Gegenelektrode gebildeten Differenzkapazitäten. Dies wiederum verursacht eine definierte physikalische Auslenkung der seismischen Masse, was eine statische Beschleunigung vortäuscht. Durch dieses Prinzip erfolgt die Überprüfung des gesamten Signalpfades und der mikromechanischen Sensorstruktur sowie der Auswerte- ASICs (Schaltkreis). Die Stärke der Auslenkung entspricht bei den aktuell eingesetzten Systemen ca. 20 %, maximal jedoch bis 50 % des spezifizierten Sensormaximalwertes.

Um nun den gesamten Messbereich des Regelbetriebs abzudecken, wird erfindungsgemäß ein Beschleunigungssensor oder ein anderer Sensor eingebaut, der einen Messbereich aufweist, der größer ist, als er für den Regelbetrieb notwendig ist. Dadurch ist es nun möglich, den gesamten Messbereich für den Regelbetrieb durch diesen neuen Sensor durchzuprüfen. Bei einem Beschleunigungssensor wird dies beispielsweise dadurch erreicht, dass die Federsteifigkeit des Federmassesystems entsprechend erhöht wird, so dass beispielsweise eine maximale Auslenkung von 96 g im Vergleich zur notwendigen Auslenkung von 35 g für den Regelbetrieb vorgesehen ist. Dadurch muss auch die die seismische Masse auslenkende Spannung erhöht werden und, wie oben dargestellt, die Auflösung erhöht werden, um die gleiche Genauigkeit für den Regelbetrieb zu erreichen. Die Vollauslenkung eines Beschleunigungssensors, der nur für den Regelbetrieb ausgelegt ist, ist aufgrund von Toleranzen nicht möglich, da dann Testantworten von über 100 % auftreten können. Erfindungsgemäß wird also der komplette benötigte Messbereich mit der Selbstauslenkung überstrichen. Hierzu wird der effektive Sensormessbereich größer ausgelegt als die maximale Selbstauslenkung. Die Selbsttesttoleranzen werden derart berücksichtigt, dass die betragsmäßig maximale Auslenkung vom 0 g-Wert kleiner ist als die betragsmäßig maximal darstellbare Signalamplitude. Damit bleibt die Unterscheidbarkeit der Selbsttestantwort von einem Full-Scale-Signal erhalten. Diese Eigenschaft ist wichtig, da ohne sie eine stark überhöhte fehlerhafte Sensorempfindlichkeit oder andere Fehler, z.B. ein testtriggerabhängiger Kurzschluss, vor der Analog-Digitalwandlung nicht im Selbsttest erkannt werden könnten.

Die mit der Berücksichtigung der Selbsttesttoleranz minimale Selbsttestauslenkung liegt noch oberhalb des im Algorithmus benötigten betragsmäßigen Maximalwertes.

Die Gesamtmessbereich-bezogene Auflösung wird erhöht, um im Nutzmessbereich nicht schlechter zu werden. Hierzu wird für den Algorithmus die Signaldarstellung von ursprünglich beispielsweise 8 Bit auf 9 Bit erhöht. Insbesondere eine Erhöhung auf 10 Bit ist hier besonders geeignet. Bei Sensoren mit Digitalschnittstelle erfolgt die Erzeugung dieses 10-Bit-Signals auf den Sensor-ASIC. Bei Analog-Sensoren wird z.B. im Mikrocontroller eine 10-Bit-Wandlung durchgeführt. Der Sensor-ASIC weist daher neben einer Messverstärkung wenigstens noch einen Analog-Digital-Wandler auf.

Um die 100 % Überstreichung in beiden Signalauslenkungsrichtungen zu ermöglichen, wird ein bipolarer Test vorgesehen. D.h., die Testauslenkung kann in beiden Richtungen, positive und negative Beschleunigung, erfolgen.

Figur 1 zeigt ein erstes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Sensor 1 ist über einen ersten Datenein-/-ausgang mit einer Schaltung 2 zur Durchführung der Überprüfung des Sensortests verbunden. Über einen zweiten DateneinJ-ausgang ist die Schaltung 2 mit einem Schnittstellenbaustein 3 verbunden, der die Übertragung über eine Leitung 4 zu einem Steuergerät 5 ermöglicht. Die Leitung 4 ist hier also die Verbindung vom Sensor, der aus den Komponenten 1, 2 und 3 besteht, mit dem Steuergerät 5, und es handelt sich also hier um einen ausgelagerten Sensor. Dieser Sensor kann beispielsweise in der Seite des Fahrzeugs oder in der Front des Fahrzeugs als ein Up-front-Sensor angeordnet sein. Die Verbindung 4 kann auch unidirektional ausgebildet sein, so dass nur der Baustein 3 als Sender wirkt und nicht auch als Empfänger. Beim Einschalten des Fahrzeugs wird nun der Selbsttest durchgeführt. Dies kann fest in einem Steuerwerk oder in den Softwareroutinen abgelegt sein, die beim Power-Up aufgerufen werden. Dafür legt die Schaltung 2, die beispielsweise als ein integrierter Schaltkreis ausgeführt ist oder als ein Prozessor, eine Spannung an das Sensorelement 1 an. Diese Spannung treibt das Sensorelement bis an die Grenzen des Messbereichs, der für den Regelbetrieb vorgesehen ist. Der Regelbetrieb bezeichnet also den Einsatz des Beschleunigungssensors im üblichen Einsatz. Das Sensorelement 1 ist dagegen für einen erheblich größeren Messbereich ausgelegt. Die Schaltung 2 führt diesen Selbsttest jedoch in beide Richtungen aus, d.h. es wird ein bipolarer Test durchgeführt. Dazu wird die

Spannung positiv und negativ an das Sensorelement 1 angelegt. Die Testantwort wird durch die Schaltung 2 aufgenommen. Dazu weist die Schaltung 2 einen Analog-Digital- Wandler auf, der hier auf 10 Bit ausgelegt ist. Der maximal durch den Analog-Digital- Wandler darstellbare Wert von 10 Bit wird durch das Sensorelement 1 selbst bei maximaler Auslenkung nicht erreicht. Die Schaltung 2 führt nun entweder eine

Ausführung des Messergebnisses selbst durch oder überträgt das Messergebnis über den Baustein 3 in die Leitung 4 an das Steuergerät 5, in dem dann ein Prozessor die Auswertung durchführt. In Abhängigkeit davon wird beispielsweise eine Anzeige im Fahrzeug angesteuert, um anzuzeigen, dass gegebenenfalls ein Sensor oder ein System defekt ist.

Figur 2 zeigt alternativ einen digitalen Sensor 6, der mit der Schaltung 7 verbunden ist. Hier gibt bereits der Sensor 6 ein digitales Signal, also hier beispielsweise 10 Bit, an die Schaltung 7 ab. Hier ist die Schaltung 7 beispielsweise im Steuergerät 5 angeordnet, wie auch der Sensor 6, als im zentralen Steuergerät vorgesehener Sensor. Es ist möglich, dass die Schaltung 7, die hier der Prozessor ist, einen Analog-Eingang aufweist und selbst den Analog-Digital-Wandler als integralen Bestandteil aufweist. Die Schaltung 7 steuert wieder, wie oben angegeben, den Sensor 6 mit einer entsprechenden Spannung an, um den Sensor 6 bis an die Messbereichsgrenze im Regelbetrieb zu treiben. Die entsprechenden Fehlermuster werden dann von der Schaltung 7 ausgewertet, und in

Abhängigkeit davon erfolgt eine Warnung, Meldung oder Anzeige an den Fahrer.

Figur 3 zeigt in einem Flussdiagramm den Ablauf, der auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung abläuft. In Verfahrensschritt 100 erfolgt die Anregung des Sensorelements 1 bzw. Sensors 6 durch die Schaltung 2 bzw. 7. Durch diese Anregung wird das Sensorelement 1 bzw. der Sensor 6 bis an die Messbereichsgrenze für den Regelbetrieb getrieben. In Verfahrensschritt 101 wird ein Fehlermuster vom Sensorelement 1 bzw. dem Sensor 6 durch die Schaltung 2 bzw. 7 aufgenommen. Dieses Fehlermuster wird dann in Verfahrensschritt 102 entweder von der Schaltung 2 bzw. 7 oder dem Steuergerät 5 ausgewertet. In Abhängigkeit davon, wenn ein Ausfall erkannt wurde, wird in

Verfahrensschritt 104 dies angezeigt. Ist alles in Ordnung, dann wird in Verfalirensschritt 103 mit dem Regelbetrieb begonnen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht auf hier dargestellte Inertialsensoren wie Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren beschränkt. Sie kann auch auf andere Sensoren für Temperatur, Druck oder chemische Sensoren angewendet werden.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors, wobei eine Schaltung (2, 7) zur Durchführung der Überprüfung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1, 6) derart konfiguriert ist, dass sein erster Messbereich größer als ein zweiter Messbereich für einen Regelbetrieb des Sensors (1, 6) ist, wobei die

Schaltung derart konfiguriert ist, dass die Schaltung (2, 7) den Sensor (1, 6) während der Überprüfung an die Grenzen des zweiten Messbereichs treibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (2, 7) zur Auswertung eines Fehlermusters des Sensors (1, 6) eine Auflösung von 10 Bit aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mikromechanisch hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1, 6) derart konfiguriert ist, dass die Grenzen des ersten Messbereichs kleiner als der maximal darstellbare Wert sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (2, 7) derart konfiguriert ist, dass bei der Überprüfung ein bipolarer Test durchgeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1, 6) ein hiertialsensor ist.