DE102007002995A1 - Verfahren zur Verarbeitung eines Signals zumindest eines Beschleunigungssensors sowie entsprechende Signalverarbeitungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verarbeitung eines Signals zumindest eines Beschleunigungssensors sowie eine entsprechende Signalverarbeitungsvorrichtung vorgestellt. Das Signal wird in einem ersten Verarbeitungspfad in einem ersten digitalen Signalverarbeitungsprozessor und parallel dazu in einem zweiten Verarbeitungspfad in einem zweiten, vorzugsweise einfacheren digitalen Signalverarbeitungsprozessor verarbeitet und die Ereignisse von erstem und zweitem Verarbeitungspfad miteinander verglichen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines Signals zumindest eines Beschleunigungssensors sowie entsprechende Signalverarbeitungseinrichtung.
• Digitale Signalverarbeitungsprozessoren (DSP) bieten die Möglichkeit, ein hochdynamisches Signal wie beispielsweise von Beschleunigungssensoren mit komplexen Berechnungen zu analysieren, insbesondere bestimmte Spektralanteile zu bewerten. Digitale Signalverarbeitungsprozessoren weisen jedoch leider nicht immer ein völlig störungsfreies Betriebsverhalten auf. Gerade für sicherheitskritische Anwendungen, wie die Auslösung von Insassenschutzeinrichtungen sind sie daher bisher nur beschränkt einsetzbar.
• Bei den heutigen Beschleunigungsaufnehmern werden zum Nachweis der Funktionalität desselben im Regelfall bei der Inbetriebnahme (Power On/Zündschlüssel passiv → aktiv) durch eine initiierte Testphase geprüft, ob der Beschleunigungsaufnehmer, ein auf eine Testanregung an einem dafür vorgesehenen Eingang, am Ausgang ein entsprechendes erwartetes Signal zeigt/erzeugt, um Aufgrund dessen Form und Amplitude auf die korrekte Funktionalität, insbesondere den Verstärkungsfaktor und Filtereigenschaften, des Beschleunigungssensors schließen zu können.
• Diese Tests werden derzeit nur während der Selbsttestphase des Systems durchgeführt, da eine Überprüfung während des zyklischen Betriebs des Sensors (Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs) die am Ausgang entstehenden Signale von dem nachgeschalteten μC (Berechnungseinheit außerhalb des Sensors (1)) bzw. Auswerteeinheit (Algorithmus) irrtümlicherweise als Crashsignal interpretiert werden könnten/würden.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung für Beschleunigungsaufnehmer mit verbesserter Funktionssicherheit (Fehlererkennungssicherheit) vorzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
• Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass ein paralleler Verarbeitungspfad mit einem weiteren (reduzierten) digitalen (Hilfs-)Signalverarbeitungsprozessor vorgesehen ist, in dem das Signal parallel einer einfacheren Bewertung zugeführt und die Ergebnisse verglichen, insbesondere das Ergebnis des Haupt-DSP plausibilisiert wird.
• Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein.
• Vorzugsweise wird das Sensorsignal (x) der g-Zelle (1.2.1), wie in der 1 gezeigt, am Ausgang der g-Zelle (1.2.1), nachdem dieses vorzugsweise mittels eines Delta-Sigma-Wandlers (1.2.2) von einem analogen Signal zu einem digitalen Bitstrom gewandelt worden ist, in zwei Pfade aufgeteilt.
• Im Hauptpfad wird der digitale Bitstrom (z. B. 1 Bit @ 1 MHz) anschließend vorzugsweise mittels eines Dezimationsfilters (1.2.3) zu einem parallelen Datenwort (z. B. 16 Bit @ 64 kHz) gewandelt, damit dieses Signal dann von einem ersten DSP (1.1) (Haupt-DSP), bestehend aus z. B. den funktionalen Eigenschaften von einem Tiefpass (1.1.1), einem Verstärker (1.1.2) sowie einem Hochpass (1.1.3), weiter verarbeitet werden kann, um das Sensorsignal dann anschließend mittels einer SPI (1.5) am Sensorausgang zur Verfügung stellen zu können.
• Im zweiten parallelen bzw. quasi parallelen Pfad, wird, wie aus der 1 weiter ersichtlich, der digitale Bitstrom (z. B. 1 Bit @ 1 MHz) ebenfalls mittels eines Dezimationsfilters (1.2.4) zu einen parallelen Datenwort (z. B. 16 Bit @ 64 kHz) gewandelt, damit dieses Signal dann mittels einem (gegenüber dem ersten DSP) einfachen weiteren DSP (1.3) (Hilfs-DSP), welcher analog dem Hauptpfad aus z. B. den funktionalen Eigenschaften von einem Tiefpass (1.3.1), einem Verstärker (1.3.2) sowie einem Hochpass (1.3.3) besteht, weiter verarbeitet werden kann. Das im zweiten Pfad generierte Ausgangssignal wird anschließend erfindungsgemäß mittels eines Komparators (1.4) mit dem Ausgangssignal des ersten Pfades verglichen, bzw. geprüft, ob die beiden Signale von den beiden Signalpfaden stammend innerhalb eines bestimmten relativen Bereiches zueinander liegen. Sofern hierbei der vorgegebene Toleranzbereich nicht überschritten wird, liefert der Komparator (1.4) ein i.O.-Signal bzw. eine Status-Information, so dass an der SPI (1.5) der Sensor dessen Ausgangsdaten aussenden bzw. zur Abholung bereitstellen kann.
• Sofern die beiden Signale von den beiden Signalpfaden stammend nicht innerhalb eines bestimmten relativen Bereiches zueinander liegen, da beispielsweise ein Fehler in einem der Signalpfade vorliegt, so liefert der Komparator (1.4) ein Fehler-Signal, welches der SPI (1.5) des Sensors durch Bereitstellen bzw. Senden der Daten mitgeteilt wird, oder alternativ der Sensor gehindert wird, dass dieser dessen Ausgangsdaten aussendet bzw. zur Abholung bereitstellt.
• Auf diese Art und Weise der parallelen bzw. quasi parallelen Abarbeitung von Sensorsignalen ist eine einfache permanente Überwachung sowie Fehlerreaktion hinsichtlich eines Fehlers in der Signalaufbereitung (1.2.3, 1.1) des Sensors (1) möglich.
• Wie aus der 1 weiter ersichtlich, kann die Auftrennung des Signals in zwei Signalpfade wie mit der gestrichelten Linie angedeutet auch erst nach dem Dezimationsfilter (1.2.3) vorgenommen werden, sofern dessen korrekte Funktionsweise anderweitig sichergestellt werden kann/wird, d.h. für den ersten und zweiten Verarbeitungspfad ein gemeinsamer Dezimationsfilter vorgesehen wäre.
• Die 2 zeigt eine alternative Realisierung zur 1, bei dieser beide Signale der beiden Signalpfade der SPI (1.5) direkt zugeführt werden, damit diese die Ausgangsdaten aussendet bzw. zur Abholung bereitstellt, so dass der Vergleich, der Daten von den zwei Signalpfaden stammend, außerhalb des Sensors erfolgen kann.
• Optional kann in einem der beiden Signalpfade (hier im zweiten Signal-Pfad gezeigt) eine Signalinvertierung vorgenommen werden, welche sowohl in einer separaten Invertiereinheit (1.3.4) oder im DSP erfolgen kann, damit evtl. Verkopplungen der Signalpfade untereinander in der darauf folgenden Auswerteeinheit leichter erkannt werden können, wenn z. B. die Signale zueinander kein unterschiedliches Vorzeichen zueinander aufweisen.
• Die 3 zeigt eine weitere alternative Realisierung zur 1 bzw. 2, bei dieser die Ausgangssignale der beiden Signalpfade der SPI (1.5) direkt zugeführt werden, sowie auch das durch den Komparator (1.4) bewertete Signal der SPI (1.5) zugeführt wird. Je nach Realisierung kann das vom Komparator (1.4) stammende Status-Informationssignal dazu verwendet werden, um bereits beim Senden der Signale die Daten mit einer entsprechenden Status-Information zu ergänzen, oder sofern ein gravierender Fehler im Sensor (1) festgestellt wurde, gegebenenfalls die Bereitstellung der (fehlerhaften) Sensordaten gänzlich zu unterdrücken.
• Neben der gezeigten Sensorinternen Bewertung des Sensors auf Fehlerfreiheit, kann die Bewertung auch durch die an der SPI (1.5) nach geschaltete nicht näher gezeigte Auswerteeinheit (μC) erfolgen, welche die Daten von der SPI (1.5) zyklisch ausliest, indem beispielsweise von dieser geprüft wird, ob
• – sich beide Signale der beiden Signalpfade in einem zueinander zu erwartendem Rahmen befinden (Abweichungen zueinander nicht größer als ....)
• – sich die Signale der beiden Signalpfade zueinander invers (invertiert) verhalten, sofern in einem der Signalpfade eine Invertierung durchgeführt wird
• – die Statusinformation korrekt zur Verfügung gestellt wird (auf Basis der beiden Signaldaten zueinander).
• In einer weiteren nicht näher gezeigten Ausführungsform ist es, im Zuge der durchgehenden Redundanz, auch möglich, dass am Ausgang der SPI (1.5) zwei Auswerteeinheiten (μC's) nach geschaltete werden, wobei in diesem Fall ein so genannter Master-μC vorzugsweise die Auswertung der Signale vom Haupt-DSP (1.1) stammend auswertet, und ein weiterer so genannter Slave-μC vorzugsweise die Auswertung der Signale vom Hilfs-DSP (1.3) stammend auswertet.
• Die 4 zeigt analog zur 1 eine Realisierung, bei dieser anstatt einer g-Zelle, zwei g-Zellen vorhanden sind, wie diese beispielsweise bei einem zweikanaligem Sensor, insbesondere x-y-Sensor vorzufinden sind, wobei die beiden Signale von den einzelnen g-Zellen stammend mittels je eines MUX (1.6.1, 1.6.2) dem Haupt-DSP (1.1) und dem Hilfs-DSP (1.3) zugeführt werden.
• Abschließend sei der Vollständigkeit (nicht näher gezeigt) erwähnt, dass bei allen gezeigten Realisierungen, die Daten des Sensors (1) auch direkt als analoge Ausgangsgrößen, anstatt der SPI-Schnittstelle (1.5) zur Verfügung gestellt werden können, bzw. die zweikanalige Ausführung des Sensors auch gemäß den 2 und 3 ausgeführt werden kann.

1.

Sensor

1.1

DSP/Digitaler-Signal-Prozessor (Haupt-DSP)

1.1.1

Tiefpass

1.1.2

Verstärker

1.1.3

Hochpass

1.2.1

g-Zelle/Sensorzelle

1.2.2

Sigma-Wandler (Analogsignal → Bitstrom)

1.2.3

SINC-Filter/Dezimationsfilter (z. B. 1 Bit @ 1 MHz → 16 Bit @ 64 kHz)

1.2.4

SINC-Filter/Dezimationsfilter (z. B. 1 Bit @ 1 MHz → 16 Bit @ 64 kHz)

1.3

DSP/Digitaler-Signal-Prozessor (Hilfs-DSP)

1.3.1

Tiefpass

1.3.2

Verstärker

1.3.3

Hochpass

1.3.4

Inverter/Invertiereinheit

1.4

Vergleicher mit integrierten Toleranzbereichen

1.5

SPI/Seriell-Parallel-Interface

1.6.1

MUX

1.6.2

MUX

Claims (11)

1. Verfahren zur Verarbeitung eines Signals zumindest eines Beschleunigungssensors (X, Y), wobei das Signal in einem ersten Verarbeitungspfad in einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor (1.1) verarbeitet wird und parallel dazu zumindest ein zweiter Verarbeitungspfad vorgesehen ist, in dem das Signal ebenfalls verarbeitet und die Ergebnisse von erstem und zweitem Verarbeitungspfad miteinander verglichen (1.4, μC) werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal in dem zweiten Verarbeitungspfad in einem zweiten digitalen Signalverarbeitungsprozessor (1.3) verarbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite digitale Signalverarbeitungsprozessor (1.3) einen einfacheren digitalen Signalverarbeitungsprozess durchführt als der erste Signalverarbeitungsprozessor.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Signal des Beschleunigungssensors (X, Y) in einem gemeinsamen Sigma-Delta-Wandler (1.2.2) digitalisiert wird und dieses digitalisierte Signal den beiden digitalen Signalverarbeitungsprozessoren (1.1, 1.3) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vom gemeinsamen Sigma-Delta-Wandler (1.2.2) digitalisierte Signal in einem gemeinsamen Dezimationsfilter gefiltert und dieses digitalisierte und gefilterte Signal den beiden digitalen Signalverarbeitungsprozessoren zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale zweier Beschleunigungssensoren (X, Y) mittels Multiplexern (1.6.1, 1.6.2) zeitversetzt den beiden Signalverarbeitungsprozessoren (1.1, 1.3) zugeführt werden.
6. Signalverarbeitungseinrichtung für zumindest einen Beschleunigungssensor (X, Y), wobei ein erster Verarbeitungspfad mit in einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor (1.1) vorgesehen ist und parallel dazu zumindest ein zweiter Verarbeitungspfad und eine Vergleichseinrichtung (1.4, μC) vorgesehen ist, welche die Ergebnisse von erstem und zweitem Verarbeitungspfad miteinander vergleicht, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verarbeitungspfad ein zweiter digitaler Signalverarbeitungsprozessor (1.3) vorgesehen ist.
7. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite digitale Signalverarbeitungsprozessor (1.3) einfacher aufgebaut ist als der erste Signalverarbeitungsprozessor (1.1).
8. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Sigma-Delta-Wandler (1.2.2) vorgesehen ist, in welchem das analoge Signal des Beschleunigungssensors (X, Y) digitalisiert wird und dieses digitalisierte Signal den beiden digitalen Signalverarbeitungsprozessoren (1.1, 1.3) zugeführt wird.
9. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Dezimationsfilter vorgesehen ist, in welchem das vom gemeinsamen Sigma-Delta-Wandler (1.2.2) digitalisierte Signal gefiltert und dieses digitalisierte und gefilterte Signal den beiden digitalen Signalverarbeitungsprozessoren zugeführt wird.
10. Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Multiplexer (1.6.1, 1.6.2) vorgesehen sind, welche die Signale zweier Beschleunigungssensoren (X, Y) zeitversetzt den beiden Signalverarbeitungsprozessoren (1.1, 1.3) zuführen.
11. Sicherheitssystem, insbesondere Insassenschutzsystem, für ein Kraftfahrzeug mit einer Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 10.