WO2009138398A1 - Sensoreinrichtung und fehlererkennungsverfahren für elektronische schaltungen in kraftfahrzeugen - Google Patents
Sensoreinrichtung und fehlererkennungsverfahren für elektronische schaltungen in kraftfahrzeugen Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a sensor device according to the preamble of claim 1 and a method for detecting a sensor error or supply line defect.
- the invention particularly relates to a method for checking a motor vehicle sensor or the connecting lines between the sensor and an electronic control unit connected to the sensor.
- the sensor evaluation electronics present in the electronic control unit, for example, or the circuit for the application of the sensor is often designed so that a sensor signal which is outside a predetermined voltage range (permissible measuring range) is interpreted as a sensor error. It is usual that the sensor signal line, which transmits the analog voltage signal, is connected via a high-impedance resistor of at least about 500 k ⁇ to a positive reference potential (usually the positive pole of the vehicle battery).
- the object of the present invention is to provide an error detection in the connection of an analog sensor with an evaluation circuit, which allows a simple and reliable error interpretation on the sensor signal input.
- an analog sensor is connected via at least three leads to a control unit in the sensor device, wherein at least one of them is the signal line and this is connected to an analog input of the control unit and an analog output of the analog sensor.
- a potential switching device is provided, with which the at least one signal line can be connected to different voltage potentials for the purpose of fault detection.
- the analog sensor is preferably a relative pressure sensor, which is used in particular in a brake booster of a motor vehicle brake. Particularly preferred is a relative pressure sensor with ratiometric output signal.
- the measuring range voltage range
- the measuring range shifts in proportion to the supply voltage.
- the invention also relates to a method for detecting a sensor error or lead defect with the steps:
- the signal line is connected to a second voltage potential.
- the sequence of alternating connections with the first and / or the second potential is preferably carried out periodically repeatedly.
- the periodic switching of an electrical control line is suitably controlled via the control unit.
- the waveform is tracked by the controller. It is therefore a dynamic detection method.
- a sensor error or supply line defect is detected by detecting a predetermined minimum signal change by the analog input when switching the signal line between the potentials or when disconnecting the signal line of one of the potentials. Detection takes place in particular when the signal change is so great that it leaves the measuring range of the sensor. It is particularly useful if the time course of the signal is monitored and evaluated during the switching.
- FIG. 1 shows a connection circuit of an analog sensor to a motor vehicle electronic control unit according to the prior art
- Fig. 3 shows a connection circuit according to the invention a
- FIG. 4 shows a further example of a circuit according to the invention of an analog sensor.
- analog sensor 1 via three leads 5, 6, 7 is connected to microcontroller ⁇ C.
- Microcontroller ⁇ C is Part of an evaluation circuit 2.
- One of the leads is signal line 5, via which the analog sensor signal is transmitted to the evaluation circuit 2.
- Signal line 5 is connected to an analog input A of the microcontroller ⁇ C, where the signal is analog / digital converted.
- Line 6 is associated with a positive supply potential.
- Line 7 is connected to a reference potential (eg vehicle ground or negative pole of the vehicle battery).
- a resistor R pu between input A and the supply terminal V + of the evaluation circuit is clamped for error detection.
- a detection of a line break on line 5 or 7 is possible.
- line 5 or 7 is interrupted, the potential of signal line 5 is raised to or near V +.
- the arrows on the interconnects symbolize the direction of the current flow in an exemplary line interruption on line 6.
- a line interruption on line 6 through the evaluation circuit is not visible.
- a voltage which is within the allowable voltage range for the sensor measurement signal. A corresponding error is therefore not recognizable by the microcontroller .mu.C.
- a pull-down resistor R pc i is clamped between signal line input A and ground, which pulls the potential of the signal line at a line break in the range of line 5 or 6 to a lying below the measuring range potential.
- the arrow represents an error that can not be recognized by the pull-down circuit shown here. If a line break occurs on the ground line 7, flows a current due to the internal sensor resistance R x 2 of ground via resistor R pd the evaluation circuit via line 5 to sensor 1 and from there via line 6 back to the evaluation circuit (terminal V +). Here, too, an undesired voltage is applied to signal input A, which lies within the measuring range. Thus, the circuit in the example of FIG. 2 is not suitable to clearly detect all possible sensor lead errors.
- Fig. 3 and 4 show connection examples for sensor 1, which can be in contrast to the above examples, virtually all possible lead faults, such as line breaks, ground or supply connections and short circuits can be seen.
- a potential switching device 7 with which the signal line 5 can be connected to different voltage potentials P1 or P2 for the purpose of fault detection.
- potential Pl may correspond to the positive supply potential V + and the potential P2 to the reference potential.
- the resistors in lines 5, 6 and 7 represent substitute resistors for symbolizing the line resistance.
- a resistor R2 and R3 is connected in each path of the current paths leading from signal line 5 to the voltage potentials.
- a common resistor R 1 is used for both paths.
- the potential switching device 7 is controlled by control device 2 or microcontroller ⁇ C via control line 3.
- microcontroller ⁇ C therefore a corresponding drive circuit or software is present, which the potential switching device 7 with periodically changing signal sequence via output "i / o" drives.
- the signal on control line 3 is, for example, a digital signal which acts on the control lines of semiconductor switches 8 and 9 contained in potential switching means 7.
- the semiconductor switches 8 and 9 in response to the common control line 3 complementary, so always switched to opposite (when a switch is on, the other is off). This is achieved by connecting an inverter in front of the input of one of the two semiconductor switches.
- the analog input A is preceded by a low-pass filter 4, which filters out short-term signal interference, as they may be caused inter alia by the switching.
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Abstract
Sensoreinrichtung, bei der ein Analogsensor (1) über mindestens drei Zuleitungen (5, 6, 7), von denen zumindest eine Zuleitung eine Signalleitung (5) ist, mit einer Kontrolleinheit (2) verbunden ist, wobei die Signalleitung (3) mit einem Analogeingang (A) der Kontrolleinheit und einem Analogausgang des Analogsensors (1) verbunden ist, und wobei eine Potenzialumschalteinrichtung (7) vorgesehen ist, mit der die zumindest eine Signalleitung (5) mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen (P1, P2) zum Zwecke der Fehlererkennung verbindbar ist.
Description
Sensoreinrichtung und Fehlererkennungsverfahren für elektronische Schaltungen in Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Erkennung eines Sensorfehlers oder Zuleitungsdefektes. Die Erfindung bezieht sich besonders auf ein Verfahren zur Überprüfung eines Kraftfahrzeugssensors bzw. der Verbindungsleitungen zwischen dem Sensor und einem mit dem Sensor verbundenen elektronischen Steuergerät.
Im Bereich der Automobilelektronik ist es bekannt, Kurzschlüsse oder Abrisse im Bereich der Verbindungsleitungen zwischen Elektroniksteuergeräten und Analogsensoren an Hand des Signalverlaufs des analogen Signals des Analogsensors zu überprüfen. Die beispielsweise im Elektroniksteuergerät vorliegende Sensorauswerteelektronik oder die Schaltung zur Applikation des Sensors ist häufig so ausgelegt, dass ein Sensorsignal, welches außerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs (zulässiger Messbereich) liegt, als Sensorfehler interpretiert wird. Dabei ist es üblich, dass die Sensorsignalleitung, welche das analoge Spannungssignal überträgt, über einen hochohmigen Widerstand von mindestens etwa 500 kΩ an ein positives Bezugspotenzial (in der Regel der Pluspol der Fahrzeugbatterie) angeschlossen ist.
Es hat sich gezeigt, dass eine entsprechende Beschaltung der Sensorsignalleitung mit einem hochohmigen Widerstand die Anforderung an eine sichere Erkennung von Leitungsabrissen in einer rauen Umgebung, wie dies in Kraftfahrzeugen der Fall ist, nicht erfüllt und somit den vorliegenden Sicherheitsanforderungen in einem Bremssystem nicht gerecht wird. So kann es beispielsweise zu Leitungsdefekten kommen, welche Leckströme hervorrufen. Hierdurch entstehen unter Umständen Signalabweichungen, welche an Hand einer einfachen Auswertung des Analogsignals nicht sicher erkannt werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Fehlererkennung bei der Verbindung eines Analogsensors mit einer Auswerteschaltung anzugeben, welche eine einfache und zuverlässige Fehlerinterpretation über den Sensorsignaleingang erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1 und das in den Patentansprüchen angegebene Verfahren gemäß Anspruch 7.
Nach der Erfindung ist in der Sensoreinrichtung ein Analogsensor über mindestens drei Zuleitungen mit einer Kontrolleinheit verbunden, wobei zumindest eine davon die Signalleitung ist und diese mit einem Analogeingang der Kontrolleinheit und einem Analogausgang des Analogsensors verbunden ist. Dabei ist eine Potenzialumschalteinrichtung vorgesehen, mit der die zumindest eine Signalleitung mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen zum Zwecke der Fehlererkennung verbindbar ist.
Der Analogsensor ist bevorzugt ein Relativdrucksensor, welcher insbesondere in einem Bremskraftverstärker einer Kraftfahrzeugbremse eingesetzt ist. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen Relativdrucksensor mit ratiometrischem Ausgangssignal. Bei ratiometrischen Sensoren verschiebt sich der Messbereich (Spannungsbereich) proportional zur Versorgungsspannung .
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erkennung eines Sensorfehlers oder Zuleitungsdefekts mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Sensors mit mindestens drei Zuleitungen, wobei zumindest eine Zuleitung,
die als Signalleitung bezeichnet wird, mit einem Analogsignalausgang des Sensors und einem Analogeingang der Kontrolleinheit verbunden ist,
- Verbinden des Sensors mit einer elektronischen Kontrolleinheit über die mindestens drei Zuleitungen,
- elektrisches Verbinden der Signalleitung mit einem ersten Spannungspotenzial,
- darauffolgendes Trennen der Verbindung von dem ersten Spannungspotenzial und
- Auswerten des Sensorsignals am Signaleingang der Kontrolleinheit zur Erkennung des Sensorfehlers oder Zuleitungsdefekts .
Bevorzugt wird nach dem Trennen der Verbindung von dem ersten Spannungspotenzial die Signalleitung mit einem zweiten Spannungspotenzial verbunden.
Weiterhin ist bevorzugt, dass nach dem Verbinden der Signalleitung mit dem zweiten Spannungspotenzial wieder eine elektrische Verbindung mit dem ersten Spannungspotenzial herbeigeführt wird.
Die Folge von abwechselnder Verbindungen mit dem ersten und/oder dem zweiten Potenzial wird vorzugsweise periodisch wiederholt durchgeführt.
Die periodische Umschaltung von einer elektrischen Steuerleitung wird zweckmäßigerweise über die Kontrolleinheit gesteuert .
Während des obigen Umschaltens wird der Signalverlauf von der Kontrolleinrichtung verfolgt. Es handelt sich folglich um eine dynamische Erkennungsmethode. Bevorzugt wird ein Sensorfehler oder Zuleitungsdefekt erkannt durch Erkennung einer vorgegebenen Mindestsignaländerung durch den Analogeingang beim Umschalten der Signalleitung zwischen den Potenzialen oder beim Trennen der Signalleitung von einem der Potenziale. Eine Erkennung erfolgt insbesondere dann, wenn die Signaländerung so groß ist, dass sie den Messbereich des Sensors verlässt. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der zeitliche Verlauf des Signals während des Umschaltens beobachtet und ausgewertet wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 eine Anschlussschaltung eines Analogsensors an ein Kfz-Elektroniksteuergerät nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine weitere Beschaltung eines Analogsensors nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anschlussschaltung eines
Analogsensors an ein Kfz-Elektroniksteuergerät und
Fig. 4 ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Beschaltung eines Analogsensors.
In Fig. 1 ist Analogsensor 1 über drei Zuleitungen 5, 6, 7 mit MikroController μC verbunden. MikroController μC ist
Teil einer Auswerteschaltung 2. Eine der Zuleitungen ist Signalleitung 5, über die das analoge Sensorsignal an die Auswerteschaltung 2 übertragen wird. Signalleitung 5 ist mit einem Analogeingang A des MikroControllers μC verbunden, wo das Signal analog/digital-gewandelt wird. Leitung 6 ist mit einem positiven Versorgungspotenzial verbunden. Leitung 7 ist mit einem Bezugpotenzial (z.B. Fahrzeugmasse bzw. Minuspol der Fahrzeugbatterie) verbunden.
In Fig. 1 ist zur Fehlererkennung ein Widerstand Rpu zwischen Eingang A und dem Versorgungsanschluss V+ der Auswerteschaltung geklemmt. Auf diese Weise ist eine Erkennung einer Leitungsunterbrechung auf Leitung 5 oder 7 möglich. Bei unterbrochener Leitung 5 oder 7 wird das Potenzial von Signalleitung 5 auf bzw. in die Nähe von V+ angehoben. Die Pfeile auf den Leiterbahnen symbolisieren die Richtung des Stromflusses bei einer beispielhaften Leitungsunterbrechung auf Leitung 6. Nachteilhafterweise ist eine Leitungsunterbrechung auf Leitung 6 durch die Auswerteschaltung nicht erkennbar. In diesem Fall stellt sich entsprechend des Innenwiderstands R1 1 innerhalb des Sensors 1 zwischen Leitungsanschluss für Leitung 5 und Leitungsanschluss für Masse-Leitung 7 und dem Pull-Up-Widerstand Rpu eine Spannung ein, die innerhalb des zulässigen Spannungsbereichs für das Sensormesssignal liegt. Ein entsprechender Fehler ist durch den MikroController μC somit nicht erkennbar.
In Fig. 2 ist zwischen Signalleitungseingang A und Masse ein Pull-Down-Widerstand Rpci geklemmt, welcher das Potenzial der Signalleitung bei einem Leitungsabriss im Bereich von Leitung 5 oder 6 auf ein unterhalb des Messbereichs liegendes Potenzial zieht. Der Pfeil stellt einen durch die hier gezeigte Pull-Down-Schaltung nicht erkennbaren Fehlerfall dar. Liegt ein Leitungsabriss auf der Masse-Leitung 7 vor, fließt
ein Strom auf Grund des Sensorinnenwiderstands Rx 2 von Masse über Widerstand Rpd der Auswerteschaltung über Leitung 5 zu Sensor 1 und von dort über Leitung 6 zurück zur Auswerteschaltung (Anschluss V+) . Auch hier stellt sich unerwünschterweise eine Spannung an Signaleingang A ein, welche innerhalb des Messbereichs liegt. Somit ist auch die Schaltung im Beispiel nach Fig. 2 nicht geeignet, alle möglichen Sensor-Zuleitungsfehler eindeutig zu erkennen.
Fig. 3 und 4 zeigen Anschlussbeispiele für Sensor 1, mit denen sich im Gegensatz zu den vorstehenden Beispielen praktisch alle möglichen Zuleitungsfehler, wie Leitungsunterbrechungen, Masse- oder Versorgungsschlüsse und Kurzschlüsse erkennen lassen. In oder im Bereich der Kontrolleinheit 2 befindet sich eine Potenzialumschalteinrichtung 7, mit der sich die Signalleitung 5 mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen Pl oder P2 zum Zwecke der Fehlererkennung verbinden lässt. Potenzial Pl kann beispielsweise dem positiven Versorgungspotenzial V+ entsprechen und das Potenzial P2 dem Bezugspotenzial. Die Widerstände in den Leitungen 5, 6 und 7 stellen Ersatzwiderstände zur Symbolisierung des Leitungswiderstands dar.
Gemäß Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ist in jedem Pfad der von Signalleitung 5 zu den Spannungspotenzialen führenden Strompfade ein Widerstand R2 und R3 geschaltet. Gemäß Ausführungsvariante des Beispiels in Fig. 3, das in Fig. 4 dargestellt ist, wird für beide Pfade ein gemeinsamer Widerstand Rl verwendet.
Die Potenzialumschalteinrichtung 7 wird von Kontrolleinrichtung 2 oder von MikroController μC über Steuerleitung 3 angesteuert. In MikroController μC ist daher eine entsprechende Ansteuerschaltung oder eine Software vorhanden, welche
die Potenzialumschalteinrichtung 7 mit periodisch wechselnder Signalfolge über Ausgang "i/o" ansteuert. Das Signal auf Steuerleitung 3 ist zum Beispiel ein Digitalsignal, das auf die in Potenzialumschalteinrichtung 7 enthaltenen Steuerleitungen von Halbleiterschaltern 8 und 9 einwirkt. Dabei werden die Halbleiterschalter 8 und 9 in Abhängigkeit der gemeinsamen Steuerleitung 3 komplementär, also immer entgegengesetzt geschaltet (wenn ein Schalter an ist, ist der andere aus) . Dies wird erreicht, in dem vor den Eingang eines der beiden Halbleiterschalter ein Inverter geschaltet ist.
Vorzugsweise ist dem Analogeingang A ein Tiefpass 4 vorgeschaltet, welcher kurzzeitige Signalstörungen, herausfiltert, wie sie unter anderem durch das Umschalten hervorgerufen sein können.
Claims
1. Sensoreinrichtung, bei der ein Analogsensor (1) über mindestens drei Zuleitungen (5, 6, 7), von denen zumindest eine Zuleitung eine Signalleitung (5) ist, mit einer Kontrolleinheit (2) verbunden ist, wobei die Signalleitung (3) mit einem Analogeingang (A) der Kontrolleinheit und einem Analogausgang des Analogsensors (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Potenzialumschalteinrichtung (7) vorgesehen ist, mit der die zumindest eine Signalleitung (5) mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen (Pl, P2) zum Zwecke der Fehlererkennung verbindbar ist.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analogsensor ein Relativdrucksensor ist.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das über Signalleitung (5) übertragene analoge Ausgangssignal des Sensors ratiometrisch ist.
4. Sensoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Analogeingang
(A) ein Tiefpass (4) vorgeschaltet ist.
5. Sensoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung eine Steuerleitung (3) mit entsprechender Ansteuerschaltung umfasst, welche die Potenzialumschalteinrichtung (7) mit periodisch wechselnder Signalfolge ansteuert.
6. Sensoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrich- tung zwei Schalter (8, 9) umfasst, welche in Abhängigkeit von einer gemeinsamen Steuerleitung (3) komplementär schalten.
7. Verfahren zur Erkennung eines Sensorfehlers oder Zuleitungsdefekts mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Sensors (1) mit mindestens drei Zuleitungen (5, 6, I)1 wobei zumindest eine Zuleitung (5), die als Signalleitung bezeichnet wird, mit einem
Analogsignalausgang des Sensors und einem Analogeingang der Kontrolleinheit verbunden ist,
- Verbinden des Sensors mit einer elektronischen Kontrolleinheit über die mindestens drei Zuleitungen,
- elektrisches Verbinden der Signalleitung (5) mit einem ersten Spannungspotenzial (Pl),
- darauffolgendes Trennen der Verbindung von dem ersten Spannungspotenzial (Pl) und
- Auswerten des Sensorsignals am Signaleingang der Kontrolleinheit zur Erkennung des Sensorfehlers oder Zuleitungsdefekts .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Trennen der Verbindung von dem ersten Spannungspotenzial (Pl) die Signalleitung (5) mit einem zweiten Spannungspotenzial (P2) verbunden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden der Signalleitung (5) mit dem zweiten Spannungspotenzial (P2) wieder eine elektrische Verbindung mit dem ersten Spannungspotenzial (Pl) herbeigeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge von abwechselnder Verbindungen mit dem ersten und/oder dem zweiten Potenzial (P2) periodisch wiederholt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Umschaltung von einer elektrischen Steuerleitung (3) der Kontrolleinheit (2) gesteuert wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorfehler oder Zuleitungsdefekt erkannt wird, wenn beim Umschalten der Signalleitung (5) zwischen einem der Potenziale (Pl, P2) oder Trennen der Signalleitung (5) von einem der Potenziale (Pl, P2) eine vorgegebene Mindestsignaländerung durch den Analogeingang (A) detektiert wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erstem Potenzial
(Pl) und Signalleitung (5) ein Widerstand (Rl, R2, R3) geschaltet ist.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zweitem Potenzial
(P2) und Signalleitung (5) ein Widerstand (Rl, R2, R3) geschaltet ist.
15. Verwendung der obigen Sensoreinrichtung in elektronischen Schaltungen von Kraftfahrzeugen oder elektronischen Schaltungen in Kraftfahrzeugbremssystemen oder e- lektronischen Fahrzeugsicherheitssystemen oder elektronischen Kraftfahrzeugfahrwerkregelungssystemen .
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09745730 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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