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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fehler-Detektionsverfahren und
ein Gerät
für ein
Sensornetzwerk, bei dem eine Vielzahl an druckempfindlichen Sensoren
in einer Matrix geschaltet sind gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 bzw. 6.
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Aus
der
DE 199 64 002
A1 ist ein Sensor bekannt, welcher eine Wandlereinrichtung
umfasst, die eine an dieser anliegende physikalische Größe in ein entsprechendes
Messsignal umwandelt. Der Wandlereinrichtung ist eine Signalaufbereitungsschaltung nachgeschaltet,
die eine Schalteinrichtung zur Offsetkompensation und Mittel zur
frequenzabhängigen Betriebsmodusumschaltung
aufweist.
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Die
DE 697 07 906 T2 offenbart
eine Vorrichtung zum Bestimmen von verschiedenen Parametern einer
auf einem Sitz sitzenden Person. Die Vorrichtung umfasst mehrere
streifenförmige
Nutzflächen,
in welchen jeweils mehrere Kraftsensoren mit veränderlichem Widerstand auf einem
flexiblen Träger
angeordnet sind. Ein erster Leiter jedes Kraftsensors einer Nutzfläche ist
an eine Versorgungsspannung angeschlossen, während ein zweiter Leiter jedes
Kraftsensors an eine Ausgangsleitung führt. Die Versorgungsspannungen
für die
Kraftsensoren der verschiedenen streifenförmigen Nutzflächen besitzen unterschiedliche
Größen. Die
so realisierte Schaltung entspricht einem linearen Potentiometer.
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Eine
elektronische Schaltung ist aus der
DE 695 16 801 T2 bekannt, welche eine Speicheranordnung
mit programmierbaren Elementen aufweist. Jedes Element besitzt eine
elektrische Eigenschaft, durch welche ein Parameter darstellbar
ist und welche in Reaktion auf einen, auf das Element gerichteten
Energieaufwand aus einem unprogrammierbaren Zustand heraus veränderbar
ist. Dabei weist der Parameter bei einem unprogrammierten Element
einen, in einem ersten Wertebereich liegenden, ersten Wert und bei
einem mit Erfolg programmierten Element einen, in einem zweiten
Wertebereich liegenden, zweiten Wert auf.
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Die
EP 0 895 091 A2 offenbart
einen Schaltkreis zur Integritätsüberwachung
von Leitern in einer Anordnung von Schaltungselementen in einer
Matrix. Die Schaltungselemente sind in einer n × m Matrix durch n Zeilenleiter
und m Spaltenleiter verschaltet, wobei jeder Leiter ein freies Ende
und ein Anschlussende umfasst. Ein zusätzlicher Zeilenleiter ist mit dem
freien Ende eines jeden der m Spaltenleiter mittels Festwiderstandselementen
verbunden. Ein zusätzlicher
Spaltenleiter ist mit dem freien Ende eines jeden der n Zeilenleiter
ebenfalls mittels Festwiderstandselementen verbunden. Dabei wird
der Widerstand zwischen dem zusätzlichen
Zeilenleiter und einem der Spaltenleiter sowie zwischen dem zusätzlichen
Spaltenleiter und einem der Zeilenleiter gemessen.
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Aus
der
EP 0 822 418 A2 ist
eine Sensordiagnosevorrichtung bekannt, bei welcher eine Steuereinrichtung
eine Referenzspannungsverbindung zum Sensor unterbricht, wobei anschließend der
Spannungsabfall am Sensorausgang beobachtet wird. Der beobachtete
Spannungsabfall wird mit einem erwarteten normalen Spannungsabfall
verglichen, um Fehler zu detektieren, die durch kurzgeschlossene
oder unterbrochene Schaltkreise hervorgerufen werden.
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Ein
Sensorfehlerdetektor ist in der
US-PS
4 845 435 offenbart, welcher eine Mehrzahl von Sensoren
umfasst. Ein Sensorschaltkreis liefert gleichzeitig ein separates
Ausgangssignal von jedem Sensor. Das Ausgangssignal eines Senors
wird durch einen Komparator mit einem bereitgestellten Referenzsignal
verglichen, wobei für
jedes Sensorsignal ein eigener Komparator zur Verfügung steht.
Ein Überwachungsschaltkreis bildet
aus den Ausgangssignalen der Komparatoren ein Steuersignal, welches
den Zustand aller Sensoren repräsentiert.
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Bei
einem Passagier-Detektionssensornetzwerk für ein Fahrzeug muß der Zustand
einer Verdrahtung, die jeden druckempfindlichen Sensor mit einer
elektronischen Steuereinheit (ECU) verbindet, zum Zwecke einer richtigen
Passagier-Detektionsoperation überwacht
werden. Ein bereits vorgeschlagenes Verfahren zum Überwachen
des Matrix-Sensornetzwerks ist in 7 gezeigt.
Es ist eine Leitung 120 zum Überwachen von Reihenleitungen 100 durch
die ECU mit jeder Reihenleitung 100 (#1 bis #3) verbunden,
und es ist ein Widerstand 130 zwischen jeder Reihenleitung 100 und
deren entsprechende Leitung 120 geschaltet. Zum Überwachen von
Spaltenleitungen 110 (#A bis #C) sind die Leitungen 120 und
Widerstände 130 in
der gleichen Weise als Reihen verbunden. Als ein Ergebnis sind Reihenschaltungen
so konstruiert, daß die
Betriebsfähigkeit der
Leitungen 100 und 110 überwacht wird und zwar durch
Zuführen
eines Teststroms durch die ECU.
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Um
jedoch Detektionsfehler (offen und/oder kurzgeschlossen) in einer
Matrixschaltung zu detektieren, die n Reihen und n Spalten enthält, sind
eine Anzahl von Leitungen erforderlich wie beispielsweise n × 2 + n × 2 erforderlich,
obwohl eine Vielzahl der druckempfindlichen Sensoren in einer Matrix
verbunden sind, um die Verdrahtung zu reduzieren.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Fehler-Detektionsverfahren
und Gerät
für ein
Sensornetzwerk zu schaffen, bei dem eine geringere Verdrahtung für eine Überwachungsoperation erforderlich
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Überwachungsvorrichtung
wie beispielsweise ein Widerstand mit den Enden von zwei Reihenleitungen oder
zwei Spaltenleitungen verbunden, um eine Reihenschaltung mit einem
Hochzieh-Widerstand zu bilden. Es wird eine Spannung an die Reihenschaltung angelegt,
um die Betriebsfähigkeit
von solchen Leitungen basierend auf den Spannungs- und Strom-Schwankungen in der
Reihenschaltung zu überprüfen. Wenn
in der Reihenschaltung kein Fehler oder Defekt vorhanden ist, wird
eine geteilte Spannung entsprechend den Teilungsverhältnis aus dem
Hochziehwiderstand und dem Sensorwiderstand entwickelt. Wenn die
Reihenschaltung sich in einem kurzgeschlossenen Zustand befindet,
liegt die Spannung über
der Überwachungsvorrichtung
bei 0 V. Wenn sich die Reihenschaltung in einem offenen Zustand
befindet, ist die Spannung gleich der Spannung, die an die Reihenschaltung
angelegt wird.
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Die
oben genannte Aufgabe und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung
unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm, welches ein Passagierdetektionssystem veranschaulicht,
welches ein Sensornetzwerk umfaßt,
an welches Überwachungswiderstände angeschlossen
sind;
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2 ein
schematisches Diagramm, welches ein Sensornetzwerk darstellt, an
welches Überwachungswiderstände in einer
anderen Weise angeschaltet sind;
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3 ein
schematisches Diagramm, welches ein Sensornetzwerk veranschaulicht,
an welches Überwachungswiderstände in einer
noch anderen Weise angeschlossen sind;
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4 ein
Diagramm, welches einen Schaltungszustand oder Schaltungsbedingung
zeigt und zwar während
einer Passagier-Detektionsoperation;
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5 ein
Diagramm, welches einen Schaltungszustand während einer Fehler-Detektionsoperation
in den Reihenleitungen veranschaulicht;
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6 ein
Diagramm, welches einen Schaltungszustand während einer Fehler-Detektionsoperation
in Spaltenleitungen wiedergibt; und
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7 ein
schematisches Diagramm, welches ein Sensornetzwerk zeigt, an welches
gemäß dem Stand
der Technik Überwachungswiderstände angeschlossen
sind.
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Es
werden im folgenden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Hinweis auf verschiedene Ausführungsformen erläutert.
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält ein Passagier-Detektionssystem
ein Sensornetzwerk 1, welches innerhalb eines Fahrzeugsitzes
installiert ist (unterhalb eines Sitzbereiches). Das Sensornetzwerk
umfaßt
eine Vielzahl an druckempfindlichen Sensoren R (R11 – Rmn),
die zwischen die Reihenleitungen 2a und die Spaltenleitungen 2b geschaltet sind.
Diese druckempfindlichen Sensoren R sind in einer Matrix (m × n) geschaltet.
Ein Ende von jeder Reihenleitung 2a ist mit einer ECU 10 verbindbar oder über einen
Multiplexer 3 mit Erde verbindbar, wie dies auch bei einem
Ende von jeder Spaltenleitungen 2b über einen Multiplexer 4 möglich ist.
Jeder druckempfindliche Sensor R besitzt eine obere und eine untere
Elektrode, die auf einen Film (nicht gezeigt) gedruckt sind. Diese
Elektroden sind mit den Leitungen 2a und 2b verbunden.
Wenn auf den Sensor R eine Last (Druck) aufgebracht wird, variiert
der Widerstandswert zwischen den Elektroden und zwar mit Variieren
der Kontaktfläche
derselben.
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Die
Multiplexer 3 und 4 bestehen aus Schaltern mit
drei Kanälen.
Diese wählen
einen druckempfindlichen Sensor R aus, der zu erfassen ist und zwar indem
in geeigneter Weise solche Kanäle
unter der Steuerung der ECU 10 geschaltet werden. Eine Spannung
Vcc wird über
den druckempfindlichen Sensor R über
einen Hochziehwiderstand Rp angelegt. Die Spannung Vcc wird durch
den druckempfindlichen Sensor R und den Hochziehwiderstand Rp aufgeteilt.
Die aufgeteilte Spannung [R × Vcc/(R
+ Rp)] wird in die ECU 10 als Sensorinformation eingespeist.
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Eine
Pufferschaltung 5 ist zwischen die ECU 10 und
die Multiplexer 3 und 4 geschaltet, um zu verhindern,
daß ein
Strom in die Leitungen hineinfließt und zwar verschieden von
den Leitungen, die verwendet werden, während eine Passagier-Detektionsoperation
durch die ECU 10 durchgeführt wird. Die Pufferschaltung 5 besteht
aus einer Spannungs-Folgerschaltung, die einen Operationsverstärker enthält. Diese
ist so konfiguriert, um eine Spannung auszugeben, die gleich ist
der Spannung über
dem druckempfindlichen Sensor R, der sich in dem Passagier-Detektionsbetrieb
befindet. Somit detektiert das System, ob sich ein Passagier hingesetzt
hat oder nicht, oder ob ein Passagier eine erwachsene Person ist oder
ein Kind ist, wenn das Vorhandensein eines Passagiers detektiert
wird.
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Das
System hat auch eine Fehler-Detektionsfunktion, durch die ein Fehler,
ein offener Kreis oder ein Kurzschluß in der Verdrahtung 2 detektiert wird
(Reihenleitungen 2a und Spaltenleitungen 2b). Zwei
der Reihenleitungen 2a sind über einen Überwachungswiderstand Rd miteinander
verbunden, um eine Reihenschaltung für die Fehler-Detektionsfunktion
zu bilden. Die Fehler-Detektion ist eine Funktion der Überwachungsbetriebsfähigkeit
der Verdrahtung basierend auf der Spannung über dem Überwachungswiderstand Rd. Bei
der Überwachungsoperation
ist ein Ende dieser zwei Reihenleitungen 2a mit dem Widerstand
Rp verbunden und das andere Ende ist durch den Multiplexer 3 geerdet.
Es wird eine Spannung an die Reihenschaltung angelegt, um die Betriebsfähigkeit
der Leitungen 2a basierend auf der Spannung über dem
Widerstand Rd zu prüfen.
Die Betriebsfähigkeit
der Spaltenleitungen 2b wird in der gleichen Weise überprüft wie bei
den Reihenleitungen 2a.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt ist, können die Überwachungswiederstände Rd alternativ zwischen
die beiden Enden von sowohl den zwei Reihenleitungen 2a als
auch den zwei Spaltungen 2b angeschlossen sein.
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Als
nächstes
wird die Betriebweise dieser Ausführungsform erläutert.
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[Passagier-Detektionsbetrieb]
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Es
sei angenommen, daß ein
druckempfindlicher Sensor R11 zwischen einer Reihenleitung 2a (#1)
und einer Spaltenleitung 2b (#A) geschaltet ist und sich
in einem Passagier-Detektionsbetrieb befindet. Die Kanäle der Multiplexer 3 und 4 werden,
wie dies in 4 gezeigt ist, derart geschaltet,
daß ein Strom
von dem Hochziehwiderstand Rp in den Sensor R11 über die Reihenleitung #1 und
die Spaltenleitung #A fließt.
Es wird die aufgeteilte Spannung [R11 × Vcc/(R11 + Rp)] der ECU 10 als
Information des Sensors R11 eingespeist, d. h. in Form einer Last,
die auf den Sensor R11 aufgebracht wird. Da die Ausgangsspannung
der Pufferschaltung 5 an den Rest der Leitungen 2a und 2b angelegt
ist, und zwar von der zweiten Reihenleitung #2 zur letzten Reihenleitung
#n und von der zweiten Spaltenleitung #B zu der letzten Spaltenleitung
#n, fließt
kein Strom zu diesen Leitungen.
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[Fehlerdetektion in den Reihenleitungen 2a]
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Wenn
ein Fehler in der Verdrahtung zwischen den Reihenleitungen #1 und
#2 detektiert wird, werden die Kanäle des Multiplexers 3 so
geschaltet, wie dies in 5 gezeigt ist. Es sind daher
die Enden der Reihenleitungen #1 und #2 mit der Seite mit dem niedrigeren
Potential von jeweils dem Hochziehwiderstand Rp und Erde verbunden.
Es wird somit die Spannung Vcc angelegt, um einen Teststrom durch den
Wider stand Rp zu der Reihenschaltung zuzuführen, die den Überwachungswiderstand
Rd enthält, der
in Reihe geschaltet ist und zwar über die Reihenleitungen #1
und #2. Die gleiche Spannung wird an den Rest der Verdrahtung über die
Pufferstufe 5 angelegt, so daß kein Strom zu der anderen
Verdrahtung (anderen Reihenschaltungen) fließt. Die Spannung über dem
Widerstand Rd wird der ECU 10 eingespeist.
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Wenn
die Reihenschaltung sich in einem kurzgeschlossenen Zustand befindet,
liegt die Spannung über
dem Widerstand Rd, die der ECU 10 eingespeist wird, bei
0. Wenn sich die Schaltung in einem offenen Zustand befindet, ist
die Spannung, die an die ECU 10 eingegeben wird, gleich
der Spannung Vcc, die an die Reihenschaltung angelegt wird. Wenn
in der Reihenschaltung kein Fehler vorhanden ist, wird eine aufgeteilte
Spannung [Rd × Vcc/(Rd
+ Rp)] in die ECU 10 eingespeist. Die ECU 10 detektiert
somit die Betriebsfähigkeit
der Reihenleitungen 2a im Ansprechen auf die Spannung,
die in diese eingespeist wird.
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[Fehlerdetektion in den Spaltenleitungen 2b]
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Wenn
ein Fehler in der Verdrahtung zwischen den Spaltenleitungen #A und
#B detektiert wird, wird jeder Kanal des Multiplexers 4 so
geschaltet, wie dies in 6 gezeigt ist. Es sind daher
die Enden der Spaltenleitungen #A und #B mit der Seite mit dem niedrigeren
Potential verbunden und zwar von dem Hochziehwiderstand Rp bzw.
Erde oder Masse. Die Reihenschaltung, bei der eine Spannung angelegt
wird, um einen Teststrom zuzuführen,
besitzt die Widerstände
Rp und Rd, die über
die Spaltenleitungen #A und #B in Reihe geschaltet sind. Die gleiche
Spannung wird an den Rest der Verdrahtung 2 über die
Pufferschaltung 5 angelegt, so daß zu dieser anderen Verdrahtung
kein Strom hin fließt.
Die Spannung über
dem Widerstand Rd wird der ECU 10 eingespeist.
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Wenn
sich die Reihenschaltung in einem kurzgeschlossenen Zustand befindet,
wird die Spannung über
dem Widerstand Rd an die ECU 10 eingegeben und diese Spannung
liegt bei 0. Wenn sich die Schaltung in einem offenen Zustand befindet,
ist die Spannung, die in die ECU 10 eingespeist wird, gleich der
Spannung Vcc, die an die Reihenschaltung angelegt wird. Wenn in
der Reihenschaltung kein Fehler vorhanden ist, wird die aufgeteilte
Spannung [Rd × Vcc/(Rd
+ Rp)] der ECU 10 eingespeist. Die ECU 10 detektiert
somit die Betriebsfähigkeit
der Spaltenleitungen 2b in Ansprechen auf die eingespeiste
Spannung.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird die Reihenschaltung, bei der der Überwachungswiderstand Rd in
Reihe mit den Reihenleitungen 2a oder den Spaltenleitungen 2b geschaltet
ist, gebildet. Durch das Zuführen
des Teststromes zu der Reihenschaltung wird die Spannung über dem
Widerstand Rd überwacht,
um einen Fehler in der Verdrahtung 2 festzustellen. Mit
anderen Worten kann jeglicher Fehler in dem Sensornetzwerk 1 detektiert
werden ohne eine zusätzliche
Verdrahtung als derjenigen der Reihenleitungen 2a und der
Spaltenleitungen 2b, die mit den Sensoren R verbunden sind.
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Darüber hinaus
braucht die Größe der Detektionsschaltung
PCB nicht vergrößert werden,
da keine zusätzliche
Verdrahtung für
eine Überwachung erforderlich
ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die weiter oben beschriebene
Ausführungsform,
die in den Zeichnungen gezeigt ist, beschränkt, sondern kann in vielfältiger Weise
implementiert werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise können
Dioden oder Kondensatoren als eine Alternative zu den Überwachungswiderständen Rd
verwendet werden. Der Hochziehwiderstand Rp kann durch einen Widerstand
ersetzt werden, der mit der Masseseite verbunden ist. Das Sensornetzwerk 1 kann
für vielfältige Zwecke
verwendet werden, die von einer Pasagier-Detektion verschieden sind.