DE102011076367B4

DE102011076367B4 - Elektronisches Steuersystem für eine Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011076367B4
Application number: DE102011076367.8A
Authority: DE
Inventors: Richard Baur; Stephan Muhr; Simon Schilling; Michael Hackenberg; Marcus Weidner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: DE102011076367A1; US20120303220A1; US9421928B2

Abstract

Elektronisches Steuersystem für eine Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Sensor (1, 11, 13, 15) für eine Bewegungsgröße, mit einem Rechner zum Umsetzen der Bewegungsgröße in ein Ansteuersignal für die Sicherheitseinrichtung, und mit einem zweiten Sensor (2, 12, 14, 16) zur Plausibilitätsüberprüfung des vom ersten Sensor gelieferten Sensorsignals, wobei die beiden Sensoren bau- und/oder wirkgleich und an einer zumindest annähernd identischen Stelle auf einer Leiterplatte (5) so angeordnet sind, dass ihre Ausgangssignale bei ordnungsgemäßer Wirkungsweise über den gesamten Wirkbereich vorzeichenverschieden und betragsmäßig gleich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren eine Drehrate um die Hochachse bestimmen und mit einem gemeinsamen Fußpunkt auf der Ober- bzw. Unterseite der in einer horizontalen Ebene angeordneten Leiterplatte befestigt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Steuersystem ist aus der DE 196 25 058 A1 bekannt. Zur Erzielung eines möglichst fehlerfreien Ausgangssignals für eine zu bestimmende Drehrate arbeiten die beiden Sensoren nach unterschiedlichen Meßprinzipien. Es wird dabei eine Kombination von zwei voneinander unabhängigen Maßsystemen durchgeführt, wobei die Kombination so erfolgt, dass die Nachteile der Einzelsysteme verschwinden und die Vorzüge der Einzelsysteme zur Nutzung gelangen sollen. Die Ausgangssignale beider Sensorsysteme werden miteinander verknüpft, wobei die Verknüpfung in entsprechenden Signalauswertemitteln erfolgt, die beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet sind.
Zur Verbesserung der Systemzuverlässigkeit ist es ferner bekannt, eine diversitäre Redundanz einzusetzen. Darunter ist wie beispielsweise für ein Airbag-Steuersystem eine Vielzahl von externen Sensoren zu verstehen, welche auch auf physikalisch unterschiedlichen Funktionsprinzipien beruhen. So werden z.B. in den Türen Türdrucksensoren verbaut, welche eine Volumenänderung des Türinnenvolumens, verursacht durch einen Crash ermitteln. Zusätzlich werden die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte mittels Beschleunigungs-Sensoren (z.B. Upfront-Sensoren im Vorderbau, B- oder C-Säulen-„Satelliten“-Sensoren, usw.) ermittelt.
Hinzu kommen für diese Sensoren, aufgrund derer im Bedarfsfall (z.B. Crashfall) eine zweifelsfreie Auslöseentscheidung ermittelbar sein muss, sehr hohe Güte- und Verfügbarkeits-Anforderungen.
Um diese sehr hohen Anforderungen zu erfüllen, werden heute bereits für die Sensoren aufwendige Eigendiagnosen und Diagnosen innerhalb des Steuersystems durchgeführt. Diese dienen jedoch primär dazu, Fehler und Ausfälle im Betrieb des Systems zu entdecken (z.B. zufällige Hardware-Ausfälle elektrischer Komponenten). Zusätzlich wird eine Auslöseentscheidung /Funktionsentscheidung aus Sicherheitsgründen durchwegs unter Einbeziehung von redundanten Daten plausibilisiert.
Um den Vertrauenslevel der Daten-/Signalqualität beurteilen zu können, werden im Steuergerät zusätzliche Sensoren als Referenzsensoren zum Plausibilisieren des „Geschehens“ verwendet. Hierfür können auch baugleiche Sensoren verwendet werden.
Bei der Verwendung von redundanten Sensoren kann der Einfluss einzelner Fehler zwar verringert werden. Jedoch bekommen gemeinsame sowie gleichartige, insbesondere systematische Fehler einen dominanten Einfluss. Derartige Fehler werden als Common Cause Failure (=CCF, auch „Common Mode Failure“ genannt), d.h. Fehler gemeinsamer Ursache bezeichnet. Ein Beispiel sind Bauteile, die aus Sicherheitsgründen das Gleiche mehrfach gleichzeitig bearbeiten und zur gleichen Zeit ausfallen (Beispiel: Alle 4 Bremsen versagen gleichzeitig ihren Dienst.)
Besonders im Bereich der Fahrwerkssensoren für Beschleunigung im Niedrig-G-Bereich (0 g bis 5 g) und für die Erfassung von Drehraten stellt es sich als schwierig dar, mittels diversitärer Redundanz, beispielsweise in Form von diversitären Sensoren, eine Sicherheit gegenüber CCF zu erreichen.
Aufgrund der fehlenden diversitären Redundanz können insbesondere die dominanten CCF von Sensoren, CCF auf der Übertragungstrecke Sensor zu einer Signal-Einlese-Einrichtung, CCF in dieser Einrichtung, CCF auf der Übertragungsstrecke zu einer Signal-Auswerte-Einrichtung, sowie CCF in der Auswerte-Einrichtung nicht erkannt werden.
Das Dokument DE 101 62 689 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Überwachung von in einem Fahrzeug angeordneten Sensormitteln. Es handelt sich dabei um wenigstens ein erstes und ein zweites Sensormittel, die zusammen eine erste Sensorgruppe bilden und mit denen jeweils Messwerte für eine erste physikalische Größe ermittelt werden. Die Vorrichtung weist Bereitstellungsmittel auf, mit denen die mit den zu der ersten Sensorgruppe gehörenden Sensormitteln ermittelten Messwerte aufbereitet und wenigstens zwei redundanten Auswertemitteln zugeführt werden. In den wenigstens zwei redundanten Auswertemitteln wird, zur Erkennung eines Fehlers, der an wenigstens einem der zu der ersten Sensorgruppe gehörenden Sensormittel auftritt, jeweils ein Vergleich durchgeführt, bei dem die Messwerte des ersten Sensormittels mit den Messwerten des zweiten Sensormittels verglichen werden. Die Vorrichtung besitzt zumindest zwei redundante Bereitstellungsmittel, von denen jeweils eines einem der Auswertemittel zugeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Steuersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit geringem Aufwand ein Höchstmaß an Funktionssicherheit bietet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe für das Steuersystem durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel.
Neben der Bau- und/oder Wirkgleichheit der beiden Sensoren sind die Anordnung an einer zumindest annähernd identischen Stelle auf einer Leiterplatte und ihre Orientierung von entscheidender Bedeutung. Dadurch sind ihre Ausgangssignale bei ordnungsgemäßer Wirkungsweise über den gesamten Wirkbereich vorzeichenverschieden und betragsmäßig gleich.
Die erfindungsgemäße Anordnung der beiden Sensoren unterscheidet sich von bau- und wirkgleichen Sensoren, die räumlich getrennt voneinander angeordnet sind, durch ihren Signalverlauf. Die räumliche Trennung führt zu einem unterschiedlichen dynamischen Signalverlauf an den einzelnen Sensoren, bedingt durch eine unterschiedliche mechanische Ankopplung der Sensoren, beispielsweise unterschiedliches Schwingungsverhalten (insbesondere Amplitudenunterschiede, Phasenverschiebungen und unterschiedliche Resonanzfrequenzen). So sieht man gerade im Automotivbereich in Steuergeräten selbst dann unterschiedliches Schwingungsverhalten, wenn Sensoren auf der gleichen Platine positioniert sind. Die unterschiedliche mechanische Ankopplung ergibt sich vor allem aus der unterschiedlichen Entfernung zu Befestigungspunkten. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hingegen sind die beiden Signalverläufe vorzeichenverschieden und betragsmäßig gleich. Dadurch können CCF-Erscheinungen vermieden werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung in der Anwendung auf einen Drehraten-, Beschleunigungs- oder kombinierten Beschleunigungs-/Drehraten-Sensor sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche.
An Hand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

1 eine erfindungsgemäße Anordnung von Drehraten- Sensoren,
2 eine erfindungsgemäße Anordnung von Beschleunigungs-Sensoren,
3 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung von Beschleunigungs-Sensoren und
4 eine erfindungsgemäße Anordnung von kombinierten Drehraten-/Beschleunigungs-Sensoren.

Grundsätzlich sollen die beiden Sensoren möglichst ohne räumliche Trennung und so verbaut werden, dass sie betragsgleiche aber vorzeicheninverse Ausgangssignale liefern. Im Einzelnen geschieht dies bei der Anordnung von 1 durch Anordnung der beiden Drehraten-Sensoren 1 und 2 auf der Oberseite 3 bzw. Unterseite 4 einer Platine 5. Die Ausgangssignale der beiden Sensoren 1 und 2 bestimmen die Drehrate in z-Richtung und werden wie auch bei den in den weiteren Figuren dargestellten Sensor-Doppel parallel einem nicht dargestellten Rechner für die Sicherheitseinrichtung zugeführt, in dem sie ggf. auf- und/oder nachbereitet und gefiltert werden und der ggf. die Sicherheitseinrichtung aktiviert. Die Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise ein Airbag sein.
Bei der Anordnung von 1 besitzen die Befestigungspunkte 1' und 2' der Sensoren 1, 2 dieselbe Positionierung in x-y-Richtung. Eine räumliche Trennung der Befestigungspunkte 1`/2` in x-y-Richtung ist damit weitestgehend vermieden. Bei einer Drehung um die z-Achse liefert Sensor 1 ein positives Drehratensignal und Sensor 2 ein betragsgleiches negatives Signal. Die Angabe x, y und z-Richtung bezieht sich auf die Platine, auf der die Sensoren 1 und 2 befestigt sind. Die Platine selbst kann im Fahrzeug waagrecht oder beispielsweise hochgestellt verbaut sein.
Sind die beiden Sensoren 1 und 2 homogen redundant, ist eine unkomplizierte Signalauswertung in der Auswerte-Einheit (nichtdargestellt) des Rechners sowie - falls gewünscht - Vorfilterung der Sensordaten in einer vorgeschalteten Einlese-Einheit möglich. Auch sind CCF, wie z.B. die o.g., durch die Erwartung der Auswerte-Einheit, betragsgleiche aber vorzeicheninverse Daten zu erhalten, einfach erkennbar.
Bei der Anordnung von 2 sind zwei Beschleunigungssensoren 11 und 12 zur Bestimmung einer Beschleunigung in x-Richtung übereinander auf beiden Seiten 3 und 4 der Platine 5 (a) oder nebeneinander auf einer Seite der Platine 5 (b) angeordnet. Wesentlich dabei ist, dass die Orientierung der beiden Sensoren entgegengesetzt ist, damit der eine Sensor ein positives und der andere Sensor ein negatives Ausgangssignal entsprechend der momentanen Beschleunigung in x-Richtung liefert.
Bei der Anordnung von 3 sind zwei Beschleunigungssensoren 13 und 14 zur Bestimmung einer Beschleunigung in z-Richtung übereinander auf beiden Seiten 3 und 4 der Platine 5 angeordnet. Auch hier ist die Orientierung der beiden Sensoren entgegengesetzt. Der eine Sensor liefert ein positives und der andere Sensor ein negatives Ausgangssignal entsprechend der momentanen Beschleunigung in z-Richtung.
Schließlich zeigt 4 die Anordnung von kombinierten Drehraten-/Beschleunigungs-Sensoren 15 und 16 mit ihren Gehäusen 15' und 16' übereinander auf beiden Seiten 3 und 4 der in der x-/y-Ebene gelegenen Platine 5. Die Orientierung in x- und y-Richtung ist jeweils entgegengesetzt. Damit sind die Ausgangssignale bei einer Drehung um die z-Achse bzw. Bei einer Beschleunigung in x- und/oder y-Richtung diametral entgegengesetzt und betragsmäßig jeweils gleich. Auch hier lassen sich CCF-Effekte nachhaltig vermeiden.

Claims

Elektronisches Steuersystem für eine Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Sensor (1, 11, 13, 15) für eine Bewegungsgröße, mit einem Rechner zum Umsetzen der Bewegungsgröße in ein Ansteuersignal für die Sicherheitseinrichtung, und mit einem zweiten Sensor (2, 12, 14, 16) zur Plausibilitätsüberprüfung des vom ersten Sensor gelieferten Sensorsignals, wobei die beiden Sensoren bau- und/oder wirkgleich und an einer zumindest annähernd identischen Stelle auf einer Leiterplatte (5) so angeordnet sind, dass ihre Ausgangssignale bei ordnungsgemäßer Wirkungsweise über den gesamten Wirkbereich vorzeichenverschieden und betragsmäßig gleich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren eine Drehrate um die Hochachse bestimmen und mit einem gemeinsamen Fußpunkt auf der Ober- bzw. Unterseite der in einer horizontalen Ebene angeordneten Leiterplatte befestigt sind.
Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Sensoren in einem Sensor-Gehäuse (15', 16') Sensiereinheiten zur Bestimmung von Drehraten- und Beschleunigungswerten aufweist, und dass die Sensor-Gehäuse übereinander auf der Ober- bzw. Unterseite der Leiterplatte und zusätzlich um 180° in x-bzw. y-Richtung gedreht angeordnet sind.