WO2015162014A1 - Überwachung eines 3-achsen-inertialsensors mit einem 2-achsen-inertialsensor - Google Patents

Überwachung eines 3-achsen-inertialsensors mit einem 2-achsen-inertialsensor Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electronic assembly and an electronic assembly.
  • an inertial sensor is known, which is set up to measure inertial variables in three different spatial axes. It is an object of the present invention to improve the detection of inertial quantities.
  • an apparatus for detecting an inertial variable comprises a three-axis inertial sensor for detecting a first measured value for the inertial quantity, a biaxial inertial sensor for detecting a second measured value for the inertial variable that is redundant to the first measured value, and a device for plausibilizing the first measured value based on the second measured value.
  • the device given is based on the consideration that the requirements in terms of safety in the automotive system are steadily increasing, which makes monitoring of sensors on their functionality necessary. Within the scope of the specified device, this monitoring is achieved by using, in addition to the three-axis inertial sensor, a further relatively inexpensive two-axis inertial sensor in order to make the measurement results from the three-axis inertial sensor plausible.
  • at least one axis of the first inertial sensor can be arranged parallel to an axis of the second inertial sensor, so that the measurement results in this axis can be directly compared with one another.
  • At least one axis of the first inertial sensor may be arranged at an angle to an axis of the second inertial sensor. In this way, the measured values of several axes of the first inertial sensor can be plausibilized with the measured values of the second inertial sensor, because these can be trigonometrically converted into the corresponding measured values of the first inertial sensor.
  • the aforementioned angle between the axes of the two inertial sensors can be 45 °.
  • the inertial variables may on the one hand comprise rotation rates of the first and second inertial sensors.
  • the inertial quantities may also include accelerations of the first and second inertial sensors.
  • a vehicle comprises one of the specified devices, in particular for detecting vehicle dynamics data.
  • FIG. 1 is a schematic view of a vehicle with a vehicle dynamics control.
  • FIG. 2 shows a schematic view of an inertial sensor formed as an SMD component from FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a schematic view of two inertial sensors
  • FIG. 4 shows a further schematic view of an inertial sensor.
  • the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a vehicle 2 with a per se known vehicle dynamics control. Details of this driving dynamics control can be found for example in DE 10 2011 080 789 AI.
  • the vehicle 2 comprises a chassis 4 and four wheels 6. Each wheel 6 can be slowed down relative to the chassis 4 via a brake 8 fastened fixedly to the chassis 4 in order to slow down a movement of the vehicle 2 on a road (not shown).
  • ABS antilock braking system
  • ESP electronic stability program
  • the vehicle 2 has a device 14, which may include, for example, a pitch rate, a roll rate, a yaw rate, a lateral acceleration, a longitudinal acceleration, and / or a vertical acceleration of the vehicle 2.
  • a controller 18 can determine in a manner known to those skilled, whether the vehicle 2 slips on the road or even deviates from the above-mentioned predetermined trajectory and respond with a known controller output signal 20 to respond.
  • the regulator output signal 20 can then be used by an actuator 22 to control actuators 24, such as the brakes 8, to respond to slippage and deviation from the given trajectory in a manner known per se by means of actuating signals.
  • the controller 18 may be integrated, for example, in a known motor control of the vehicle 2. Also, the controller 18 and the adjusting device 22 may be formed as a common control device and optionally integrated in the aforementioned engine control.
  • the device 14 outputs as vehicle dynamics data 16 the accelerations of the vehicle 2 in the three main axes, ie the longitudinal acceleration, the lateral acceleration and the vertical acceleration. 2, the device 14 is shown in an exemplary embodiment.
  • the device 14 comprises a first inertial sensor 26 and a second inertial sensor 26 n
  • Inertial sensor 28 Both sensors 26, 28 are connected via bonding wires 30 with a signal evaluation circuits 32 in the form of an application-specific integrated circuit, hereinafter called ASIC 32 (application-specific integrated circuit) called and give to these dependent of the above driving dynamics data 16 signals out.
  • ASIC 32 application-specific integrated circuit
  • the ASIC 32 may then generate the vehicle dynamics data 16 based on the received signals dependent on the vehicle dynamics data 16.
  • the inertial sensors 26, 28 and the ASIC 32 are supported on a printed circuit board 34 and electrically contacted with various electrical leads 36 formed on the printed circuit board 34. Of these lines 36, only a single line 36 can be seen in section in FIG.
  • Inertial sensors 26, 28 and the ASIC 32 may further 35 ge ⁇ Nannt be enveloped by a mechanical decoupling material 35 globetop mass, which in turn, together with the inertial sensors 26, 28 and the ASIC 32 in a molding material 38 such as an epoxy resin 38 can be encapsulated.
  • solder bumps 40 shown in FIG. 2 for making electrical contact with a circuit of the regulator 18.
  • the apparatus 16 of the first inertial sensor 26 is a longitudinal acceleration signal 42, a Querbeuggungssig- nal 44, and a vertical acceleration signal 46 to the Sig ⁇ nalauswerteschari 32. Furthermore, the second .
  • the signal evaluation circuit 32 comprises a separate data generation device for each type of driving dynamics data 16 to be generated.
  • the Lfitsbeschleu- n Trentssignal 42 and the redundant Leksbevantungssig ⁇ nal 48 are compared with each other in a first data generating means 52 for generating the longitudinal acceleration data 54th If the two signals 42, 48 deviate from one another, the first data generation device 52 generates the first error signal 56 in order to identify this error. Irrespective of this, the first data generation device 52 can convert the longitudinal acceleration signal 42 into a digital signal and output it as the longitudinal acceleration data 54.
  • a second data generator 58 may generate lateral acceleration data 60 from the lateral acceleration signal 44 and generate a corresponding second error signal 62 based on a comparison of the lateral acceleration signal 44 and the redundant lateral acceleration signal 50 if those signals 44, 50 are different.
  • a third data generator 64 generates vertical acceleration data 66 from the vertical acceleration signal 46 without plausibilizing the vertical acceleration signal 46 for errors.
  • the entire generated data, including the error data 56, 62 can then be sent to the controller 18 via an interface 68.
  • This interface 68 could, for example, be based on the PSI5 standard or the CAN standard.
  • the two inertial sensors 26, 28 are arranged parallel to one another in all three spatial directions. In this way, the longitudinal acceleration ⁇ 42 and the lateral acceleration can be monitored with each other by direct comparison of the output signals 42, 44, 48, 50 44th However, monitoring of the vertical acceleration 46 is not provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung(14) zum Erfassen einer Inertialgröße(16), umfassend - einen dreiachsigen Inertialsensor (26) zum Erfassen eines ersten Messwertes (42, 44, 46) für die Inertialgröße (16), - einen zweiachsigen Inertialsensor (28) zum Erfassen eines zum ersten Messwert (42, 44, 46) redundanten zweiten Mess- wertes (48, 50) für die Inertialgröße (16), und - eine Einrichtung (52, 58, 64) zum Plausibilisieren des ersten Messwertes (42, 44, 46) basierend auf dem zweiten Messwert (48,50).

Description

ÜBERWACHUNG EINES 3-ACHSEN-INERTIALSENSORS MIT EINEM
2-ACHSEN-INERTIALSENSOR
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe und eine elektronische Baugruppe.
Aus der DE 10 2006 002 350 AI ist ein Inertialsensor bekannt, der eingerichtet ist, Inertialgrößen in drei verschiedenen räumlichen Achsen zu messen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Erfassung von Inertialgrößen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der ab- hängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Erfassen einer Inertialgröße einen dreiachsigen Inertialsensor zum Erfassen eines ersten Messwertes für die Inertialgröße, einen zweiachsigen Inertialsensor zum Erfassen eines zum ersten Messwert redundanten zweiten Messwertes für die Inertialgröße, und eine Einrichtung zum Plausibilisieren des ersten Messwertes basierend auf dem zweiten Messwert. Der angegebenen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Anforderungen hinsichtlich Sicherheit in Automotive-System stetig steigen, was eine Überwachung von Sensoren auf ihre Funktionalität hin notwendig macht. Diese Überwachung wird im Rahmen der angegebenen Vorrichtung dadurch erreicht, dass neben dem dreiachsigen Inertialsensor ein weiterer vergleichsweise kostengünstiger zweiachsiger Inertialsensor verwendet wird, um die Messergebnisse aus dem dreiachsigen Inertialsensor zu plausibilisieren. Dabei kann wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors parallel zu einer Achse des zweiten Inertialsensors angeordnet werden, so dass die Messergebnisse in dieser Achse direkt miteinander verglichen werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors in einem Winkel zu einer Achse des zweiten Inertialsensors angeordnet sein. Auf diese Weise lassen sich die Messwerte mehrerer Achsen des ersten Inertialsensors mit den Messwerten des zweiten Inertialsensors plausibilisieren, weil diese trigonometrisch in die entsprechenden Messwerte des ersten Inertialsensors umgerechnet werden können.
Dabei kann der zuvor genannte Winkel zwischen den Achsen der beiden Inertialsensoren 45° betragen.
Die Inertialgrößen können einerseits Drehraten des ersten und zweiten Inertialsensors umfassen.
Andererseits können die Inertialgrößen auch Beschleunigungen des ersten und zweiten Inertialsensors umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine der angegebenen Vorrichtungen, insbesondere zur Erfassung von Fahrdynamikdaten.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei :
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit einer Fahrdynamikregelung; Fig. 2 eine schematische Ansicht eines als SMD-Bauteil ausgebildeten Inertialsensors aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Ansicht zweier Inertialsensoren zeigen, und
Fig. 4 eine weitere schematische Ansicht eines Inertialsensors. In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges 2 mit einer an sich bekannten Fahrdynamik- regelung zeigt. Details zu dieser Fahrdynamikregelung können beispielsweise der DE 10 2011 080 789 AI entnommen werden.
Das Fahrzeug 2 umfasst ein Chassis 4 und vier Räder 6. Jedes Rad 6 kann über eine ortsfest am Chassis 4 befestigte Bremse 8 gegenüber dem Chassis 4 verlangsamt werden, um eine Bewegung des Fahrzeuges 2 auf einer nicht weiter dargestellten Straße zu verlangsamen .
Dabei kann es in einer dem Fachmann bekannten Weise passieren, dass die Räder 6 des Fahrzeugs 2 ihre Bodenhaftung verlieren und sich das Fahrzeug 2 sogar von einer beispielsweise über ein nicht weiter gezeigtes Lenkrad vorgegebenen Trajektorie durch Un¬ tersteuern oder Übersteuern wegbewegt. Dies wird durch an sich bekannte Regelkreise wie ABS (Antiblockiersystem) und ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) vermieden.
In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 dafür Drehzahlsensoren 10 an den Rädern 6 auf, die eine Drehzahl 12 der Räder 6 erfassen. Ferner weist das Fahrzeug 2 einen Vorrichtung 14 auf, der nachstehend Fahrdynamidaten 16 genannte Inertialdaten des Fahrzeuges 2 erfasst die beispielsweise eine Nickrate, eine Wankrate, eine Gierrate, eine Querbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges 2 umfassen können.
Basierend auf den erfassten Drehzahlen 12 und Fahrdynamikdaten 16 kann ein Regler 18 in einer dem Fachmann bekannten Weise bestimmen, ob das Fahrzeug 2 auf der Fahrbahn rutscht oder sogar von der oben genannten vorgegebenen Trajektorie abweicht und entsprechen mit einem an sich bekannten Reglerausgangssignal 20 darauf reagieren. Das Reglerausgangssignal 20 kann dann von einer Stelleinrichtung 22 verwendet werden, um mittels Stellsignalen 24 Stellglieder, wie die Bremsen 8 anzusteuern, die auf das Rutschen und die Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie in an sich bekannter Weise reagieren.
Der Regler 18 kann beispielsweise in eine an sich bekannte Motorsteuerung des Fahrzeuges 2 integriert sein. Auch können der Regler 18 und die Stelleinrichtung 22 als eine gemeinsame Regeleinrichtung ausgebildet und optional in die zuvor genannte Motorsteuerung integriert sein.
Um die nachstehenden Erklärungen zu vereinfachen soll in nicht einschränkender davon ausgegangen werden, dass die Vorrichtung 14 als Fahrdynamikdaten 16 die Beschleunigungen des Fahrzeuges 2 in den drei Hauptachsen, also die Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung und die Vertikalbeschleunigung ausgibt. In Fig. 2 ist die Vorrichtung 14 in einer beispielhaften Ausgestaltung gezeigt.
Die Vorrichtung 14 umfasst im Rahmen der vorliegenden Ausführung einen ersten Inertialsensor 26 und einen zweiten n
5
Inertialsensor 28. Beide Sensoren 26, 28 sind über Bonddrähte 30 mit einer Signalauswerteschaltungen 32 in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, nachstehend ASIC 32 (engl: application-specific integrated circuit) genannt, verbunden und geben an diese von den oben genannten Fahrdynamikdaten 16 abhängige Signale aus. Die ASIC 32 kann dann basierend auf den empfangenen, von den Fahrdynamikdaten 16 abhängigen Signalen die Fahrdynamikdaten 16 erzeugen. Die Inertialsensoren 26, 28 und die ASIC 32 sind auf einer Leiterplatte 34 getragen und mit verschiedenen, auf der Leiterplatte 34 ausgeformten elektrischen Leitungen 36 elektrisch kontaktiert. Von diesen Leitungen 36 ist in Fig. 2 lediglich eine einzige Leitung 36 im Schnitt zu sehen.
Inertialsensoren 26, 28 und die ASIC 32 können ferner von einem mechanischen Entkopplungsmaterial 35, Globetop-Masse 35 ge¬ nannt, umhüllt sein, die wiederum gemeinsam mit den Inertialsensoren 26, 28 und der ASIC 32 in einem Spritzpressmaterial 38, wie beispielsweise einem Epoxidharz 38 verkapselt sein kann.
Schließlich sind an der Vorrichtung 14 entsprechende Kontaktmöglichkeiten, wie in Fig. 2 gezeigte Lötperlen 40 zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltkreis des Reglers 18 vorgesehen.
Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen, anhand der die Funktionsweise der Vorrichtung 14 zur Erfassung der Fahrdynamikdaten 16 näher erläutert werden soll.
In der Vorrichtung 16 gibt der erste Inertialsensor 26 ein Längsbeschleunigungssignal 42, ein Querbeschleunigungssig- nal 44 und ein Vertikalbeschleunigungssignal 46 an die Sig¬ nalauswerteschaltung 32 aus. Ferner gibt der zweite ,
6
Inertialsensor 28 ein redundantes Längsbeschleunigungssig¬ nal 48 und ein redundantes Querbeschleunigungssignal 50 an die Signalauswerteschaltung 32 aus. Im Rahmen der vorliegenden Ausführung umfasst die Signalauswerteschaltung 32 für jede Art der zu generierenden Fahrdynamikdaten 16 eine eigene Datenerzeugungseinrichtung. Dabei werden in einer ersten Datenerzeugungseinrichtung 52 zur Erzeugung von Längsbeschleunigungsdaten 54 das Längsbeschleu- nigungssignal 42 und das redundante Längsbeschleunigungssig¬ nal 48 miteinander verglichen. Weichen die beiden Signale 42, 48 voneinander ab, so generiert die erste Datenerzeugungseinrichtung 52 erstes Fehlersignal 56, um diesen Fehler zu kennzeichnen. Unabhängig davon kann die erste Datenerzeu- gungseinrichtung 52 das Längsbeschleunigungssignal 42 in ein digitales Signal wandeln und als die Längsbeschleunigungsda¬ ten 54 ausgeben.
In gleicher Weise kann eine zweite Datenerzeugungseinrichtung 58 aus dem Querbeschleunigungssignal 44 Querbeschleunigungsda- ten 60 erzeugen und basierend auf einem Vergleich des Querbeschleunigungssignal 44 und des redundanten Querbeschleuni- gungssignals 50 ein entsprechendes zweites Fehlersignal 62 generieren, wenn diese Signale 44, 50 voneinander abweichen.
Eine dritte Datenerzeugungseinrichtung 64 aus dem Vertikal- beschleunigungssignal 46 Vertikalbeschleunigungsdaten 66 erzeugen, ohne das das Vertikalbeschleunigungssignal 46 auf Fehler hin plausibilisiert wird.
Die gesamten erzeugten Daten, inklusive der Fehlerdaten 56, 62 können dann über eine Schnittstelle 68 an den Regler 18 gesendet werden. Diese Schnittstelle 68 könnte beispielsweise basierend auf dem PSI5-Standard oder dem CAN-Standard aufgebaut sein. Im Rahmen der Fig. 3 wurde vorausgesetzt, dass die beiden Inertialsensoren 26, 28 in allen drei Raumrichtungen parallel zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Längs¬ beschleunigung 42 und die Querbeschleunigung 44 durch direktes Vergleiches der Ausgangssignale 42, 44, 48, 50 miteinander überwacht werden. Eine Überwachung der Vertikalbeschleunigung 46 ist jedoch nicht vorgesehen.
Um mit dem zweiten Inertialsensor 28 auch die Vertikalbe- schleunigung 46 des ersten Inertialsensors 26 zu überwachen, wird wie in Fig. 4 gezeigt, vorgeschlagen, den zweiten Inertialsensor 28 in wenigsten einer Raumrichtung in einem Winkel 70 zum ersten Inertialsensor 26 anzuordnen. Auf diese Weise aus dem Signal 48, das in Fig. 3 die redundante Quer- beschleunigung beschrieben hat, und dem Winkel 70 sowie seinem Komplementenwinkel 72 eine redundante Referenz für die Quer¬ beschleunigung 44 und die Vertikalbeschleunigung 46 ermittelt werden. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt wie in Fig. 3 gezeigt, wobei nun auch für die Vertikalbeschleunigung 46 ein Fehlersignal erzeugt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (14) zum Erfassen einer Inertialgröße (16), umfassend
- einen dreiachsigen Inertialsensor (26) zum Erfassen eines ersten Messwertes (42, 44, 46) für die Inertialgröße (16), einen zweiachsigen Inertialsensor (28) zum Erfassen eines zum ersten Messwert (42, 44, 46) redundanten zweiten Messwertes (48, 50) für die Inertialgröße (16), und
- eine Einrichtung (52, 58, 64) zum Plausibilisieren des ersten Messwertes (42, 44, 46) basierend auf dem zweiten Messwert (48, 50) .
2. Vorrichtung (14) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors (26) parallel zu einer Achse des zweiten Inertialsensors (28) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Achse des ersten Inertialsensors (26) in einem Winkel (70) zu einer Achse des zweiten Inertialsensors (28) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (14) nach Anspruch 3, wobei der Winkel (70) 45° beträgt .
5. Vorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Inertialgröße (16) eine Drehrate des ersten und zweiten Inertialsensors (26, 28) umfasst.
6. Vorrichtung (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Inertialgröße eine Beschleunigung (42, 44, 46, 48, 50) des ersten und zweiten Inertialsensors (26, 28) umfassen.
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