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CN203786283U - 用于磁自测试的系统 - Google Patents

用于磁自测试的系统 Download PDF

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CN203786283U
CN203786283U CN201320632445.2U CN201320632445U CN203786283U CN 203786283 U CN203786283 U CN 203786283U CN 201320632445 U CN201320632445 U CN 201320632445U CN 203786283 U CN203786283 U CN 203786283U
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F.海因里希斯
D.哈默施密特
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Abstract

本实用新型提供用于磁自测试的系统，特征在于所述系统包含：包括控制器的电子控制单元（ECU）；电耦合到ECU的仅一个传感器，其中所述传感器包含感测元件、电耦合到所述感测元件和所述控制器的信号调节元件、和布置得与所述感测元件相邻的芯片上导线（WOC）器件；WOC激励元件，提供于所述ECU或所述传感器中以驱动WOC创建WOC磁场，其中所述系统配置为通过所述控制器或在所述传感器中的额外信号评价元件将由所述WOC磁场引起的预期传感器输出信号与实际传感器输出信号比较以识别所述传感器是否仍正在正确地运行。

Description

用于磁自测试的系统
技术领域
本实用新型涉及一种系统，尤其涉及一种用于磁自测试的系统。 
背景技术
磁传感器用在安全相关应用中，例如动力转向。为达到现有技术水平的按例如在ISO26262中所描述的安全标准，在系统等级上定义汽车安全完整性等级。要求的安全概念的实施从系统被打破，并且导致在部件等级上的安全机制的实施。应用由一个或多个磁传感器和从（一个或多个）传感器读取（一个或多个）输出的电子控制单元（ECU）构成。 
目前，为达到要求的安全完整性等级的标准解决方案是使用冗余，即在应用中放置多个（例如两个）传感器。通过两个传感器之间输出信号的偏差在ECU中可检测一个传感器的失效。缺点是： 
-由于额外的传感器增加了（倍增了）成本；
-在传感器失效的情况中，系统不能判定哪个传感器失效和哪个仍在规范中。这意味着系统不能保持正常运转。在系统关闭不是安全状态的情况中，这可导致需要甚至更多的冗余（例如三个传感器）或其他额外的措施以识别正确的传感器输出。
实用新型内容
本实用新型通过提供装置以检验是否传感器仍正在正确地运行而解决了该问题。这通过下列来完成：实施传感器芯片上所谓的“芯片上导线”（WOC）器件，实施产生穿过WOC的电流流动的装置，和实施将实际传感器输出与由WOC磁场引起的预期传感器输出相比较的装置。 
根据本实用新型的一个方面，用于磁自测试的系统特征在于该系统包含： 
包括控制器的电子控制单元（ECU）；
电耦合到ECU的仅一个传感器，其中该传感器包含感测元件、电耦合到感测元件和控制器的信号调节元件、和布置得与感测元件相邻的芯片上导线（WOC）器件；
WOC激励元件，提供于ECU或传感器中以驱动WOC创建WOC磁场，
其中系统配置为通过控制器或在传感器中的额外信号评价元件将由WOC磁场引起的预期传感器输出信号与实际传感器输出信号比较以识别传感器是否仍正在正确地运行。
优选地，WOC激励元件提供于ECU中并且从控制器接收命令信号以驱动WOC。 
优选地，WOC激励元件提供于传感器中并且从控制器接收命令信号以驱动WOC。 
优选地，传感器进一步包含集成的能量存储器件，该能量存储器件由外部电源供电并电耦合到提供于传感器中的WOC激励元件以避免在磁自测试期间传感器的高电流消耗峰值。 
优选地，能量存储器件是一个或多个串联或并联连接的电容器。 
优选地，传感器进一步包含与WOC并联连接的集成电容器，其中WOC的电感器和集成电容器形成由内部驱动器器件激发的谐振电路，内部驱动器器件的输入连接到WOC激励元件。 
优选地，内部驱动器器件是放大器。 
优选地，WOC激励元件和控制器配置为未被实时同步且不需要从WOC激励元件到控制器发送的同步信号。 
优选地，WOC激励元件配置为发送同步信号到控制器以便达到WOC激励元件和控制器之间的实时同步。 
优选地，WOC激励元件配置为发送同步信号到额外信号评价元件而不是到控制器以便达到WOC激励元件和额外信号评价元件之间的实时同步。 
优选地，所述同步信号从所述谐振电路或所述内部驱动器器件导出，并且额外信号评价元件包含传感器输出信号的同步解调。 
附图说明
附图被包括以提供对实施例的进一步的理解并且被结合在本说明书中并且构成它的一个部分。附图图示了实施例并且与说明书一起用于解释实施例的原理。将容易理解其它实施例和实施例的预期优点中的很多优点，因为通过参考以下详细说明，它们变得更好理解。附图的元件并不是必要地相对于彼此成比例。类似的附图标记标注相应的类似的部分。 
图1图示WOC的电激励的实施例，其中提供了外部连接（管脚）从而用户能连接外部信号源。 
图2图示WOC的电激励的实施例，其中提供了在传感器中的信号产生模块和由ECU触发信号的装置。例如ECU发送定义的命令到传感器，这触发将被发送穿过WOC的定义电流（DC或AC或定义长度脉冲或定义脉冲序列）。 
图3图示WOC的电激励的实施例，其与图2类似，但是使用集成的能量存储器件（例如集成电容器）以避免在磁自测试期间传感器的高电流消耗峰值。 
图4图示WOC的电激励的实施例，其中WOC的电感器和集成电容器形成由内部驱动器器件激发的谐振电路。这允许以很低的来自电源的DC电流消耗在WOC中创建定义频率的高DC电流。 
图5图示执行传感器输出的评价的实施例，其中在图5中，线路（A）代表从ECU到传感器的触发磁自测试开始的信号，线路（B）代表从传感器到ECU提供的同步信号。 
图6示出同步信号。 
图7图示与芯片上评价实时同步的实施例。 
具体实施方式
在以下详细说明中，对于附图进行参考，所述附图形成它的一个部分并且在所述附图中通过图示方式示出可以在其中实践本实用新型的具体实施例。要理解，可以利用其它实施例并且可以作出结构或者逻辑变化而不偏离本实用新型的范围。因此，以下详细的描述并不以限制意义理解，并且该实用新型的范围由所附的权利要求定义。 
应当理解的是，这里所描述的各个示例性实施例的特征除非特别说明外均可彼此结合。 
如说明书中所采用的，术语“耦合”和/或“电耦合”并非意指元件必须直接耦合在一起；“耦合”或“电耦合”的元件之间可以提供中间元件。 
本实用新型通过提供装置以检验是否传感器仍正在正确地运行而解决了上面提到的问题。这通过下列来完成：实施在传感器芯片上所谓的“芯片上导线”（WOC）器件，实施产生穿过WOC的电流流动的装置，和实施将实际传感器输出与由WOC磁场引起的预期传感器输出相比较的装置。 
芯片上导线实施实例 
“芯片上导线”（WOC）器件（可被用于垂直霍尔板、横向霍尔板和xMR的情况）被布置在传感器芯片上与传感器元件相邻，并且当施加已知电流时创建已知值的磁场，如图1-4中图示。
WOC的电激励 
本实用新型的公开包括如何激活WOC的四个不同的变化。
第一实施例 
如图1中图示，系统10由一个传感器100（例如磁传感器）和从传感器读取（一个或多个）输出的电子控制单元（ECU）150构成。传感器包含感测元件1010、电耦合到感测元件1010的信号调节元件1020和布置得与感测元件1010相邻的WOC器件1030。ECU 150包含电耦合到传感器100的控制器1510。控制器在WOC中触发已知的电流模式并且检验是否从传感器接收到预期的输出信号。
外部WOC激励元件1520包含在ECU 150中以向WOC提供外部激活。 
第二实施例 
如图2中图示，系统20由一个传感器200（例如磁传感器）和从传感器读取（一个或多个）输出的电子控制单元（ECU）250构成。传感器包含感测元件2010、电耦合到感测元件2010的信号调节元件2020和布置得与感测元件2010相邻的WOC器件2030。ECU 250包含电耦合到传感器200的控制器2510。控制器在WOC中触发已知的电流模式并且检验是否从传感器接收到预期的输出信号。
内部WOC激励元件2040包含在传感器200中以向WOC提供内部激活。例如ECU向传感器发送定义命令，这触发将被发送穿过WOC的定义电流（DC或AC或定义长度脉冲或定义脉冲序列）。 
这个实施例具有的挑战是为了达到足够高的磁场值而需要驱动高电流穿过WOC。下面两个实施例是如何克服这个问题的办法。 
第三实施例 
如图3中图示，第三实施例类似于第二实施例，也就是说，系统30由一个传感器300（例如磁传感器）和从传感器读取（一个或多个）输出的电子控制单元（ECU）350构成。传感器包含感测元件3010、电耦合到感测元件3010的信号调节元件3020和布置得与感测元件3010相邻的WOC器件3030。ECU 350包含电耦合到传感器300的控制器3510。控制器在WOC中触发已知的电流模式并且检验是否从传感器接收到预期的输出信号。
内部WOC激励元件3040包含在传感器300中以向WOC提供内部激活。例如ECU向传感器发送定义命令，这触发将被发送穿过WOC的定义电流（DC或AC或定义长度脉冲或定义脉冲序列）。 
第三实施例和第二实施例之间的区别是集成的能量存储器件3050（例如一个或多个相互串联或并联的集成电容器）组成在传感器中以避免在磁自测试期间传感器的高电流消耗峰值。能量存储器件3050由电源供电并且电耦合到WOC激励元件3040。 
第四实施例 
如图4中图示，第四实施例类似于第二实施例，也就是说，系统40由一个传感器400（例如磁传感器）和从传感器读取（一个或多个）输出的电子控制单元（ECU）450构成。传感器包含感测元件4010、电耦合到感测元件4010的信号调节元件4020和布置得与感测元件4010相邻的WOC器件4030。ECU 450包含电耦合到传感器400的控制器4510。控制器通过经由驱动器4060启用或禁用前馈耦合而在WOC中触发已知的测试模式。前馈环的启用使WOC谐振器进入自谐振振荡，该自谐振振荡达到依赖于谐振器的Q因数的振幅。在这种情况中WOC激励是由激励模式调制的振荡。控制器监视磁场传感器的输出信号并且检测由振荡引起的效果是否根据已知的测试模式出现和消失。
内部WOC振荡控制元件4040包含在传感器400中以通过激活或去激活由环产生的振荡而向WOC提供内部激活，所述环由WOC 4030、电容器4050和驱动放大器4060形成。例如ECU向传感器发送定义命令，这触发激活以及结果得到的在谐振器元件WOC 4030和电容器4050之间流动的AC电流。 
第四实施例和第二实施例之间的区别是一个或多个集成电容器4050（尽管在图中仅示出了一个）与WOC并联连接，WOC的电感器和集成电容器形成由内部驱动器器件4060激发的谐振电路，内部驱动器器件4060的启用输入连接到WOC激励元件4040。这允许以很低的来自电源的DC电流消耗在WOC中创建定义频率的高AC电流。 
执行传感器输出的评价的装置 
为实现有效的输出信号的评价（即输出信号匹配预期信号→传感器运行比对输出信号不匹配预期信号→传感器失效），需要提供将信号产生模块与信号评价模块同步的装置（除了两者都在ECU内实现的上面第一实施例）。本公开包括三个不同的实施例：
a）非实时同步
在这种方法中，ECU仅触发WOC激励的开始。芯片内部激励的规范用于定义用于ECU比较的限制。这种方法能用于上面第二实施例至第四实施例中。例如，对于对应图4的第四实施例，预期输出信号的最小和最大频率以及振幅是已知的并且在uC SW中用作接受限制。然而，这种很简单的方法限制失效检测的灵敏性和从实际应用信号滤出测试信号的能力。
b）实时同步到ECU 
这种解决方案要求从传感器到ECU的额外信号，该额外信号提供实时信息到ECU。这个信息用于将信号评价与WOC激励同步。这在图5-6中示意性地示出。这种方法可被用在上面第二实施例到第四实施例中。
c）与芯片上评价实时同步 
这种方法类似于（b），只是实际信号和预期信号之间的比较在传感器IC内完成，而不是在ECU上完成。这意味着同步信号不需要提供到ECU而是仅用作传感器内部信号。这在图7中示意性地示出。这种方法可被用在上面第二实施例到第四实施例中。图4的实施例可例如以下列方式来实施：通过将WOC的LC振荡器的振荡频率反馈到评估模块中，使用测试信号的实时同步评价，从而允许传感器信号中的AC分量的同步解调。这通过放宽对控制器ADC的高采样频率的要求来放宽用于在控制器侧检测振荡的努力。
尽管在此描述和图示了特定的实施例，本领域普通技术人员将理解在不脱离本实用新型的范围的情况下，多种可替换和/或等同的实施方式可以用来替换所示出并描述的特定实施例。例如，在一个实施例中的（一个或多个）特征能够用在另一个实施例中，除非不合逻辑。本申请旨在覆盖对此处讨论的特定实施例的任何调整或改变。因此，本实用新型旨在仅由权利要求及其等价物限制。 

Claims (11)

1. 一种用于磁自测试的系统，特征在于所述系统包含：
包括控制器的电子控制单元ECU；
电耦合到ECU的仅一个传感器，其中所述传感器包含感测元件、电耦合到所述感测元件和所述控制器的信号调节元件、和布置得与所述感测元件相邻的芯片上导线WOC器件；
WOC激励元件，提供于所述ECU或所述传感器中以驱动WOC器件创建WOC磁场，
其中所述系统配置为通过所述控制器或在所述传感器中的额外信号评价元件将由所述WOC磁场引起的预期传感器输出信号与实际传感器输出信号比较以识别所述传感器是否仍正在正确地运行。
2. 根据权利要求1的系统，特征在于所述WOC激励元件提供于ECU中并且从控制器接收命令信号以驱动所述WOC器件。
3. 根据权利要求1的系统，特征在于所述WOC激励元件提供于所述传感器中并且从所述控制器接收命令信号以驱动WOC器件。
4. 根据权利要求1的系统，特征在于所述传感器进一步包含集成能量存储器件，所述能量存储器件由外部电源供电并电耦合到提供于传感器中的所述WOC激励元件以避免在磁自测试期间所述传感器的高电流消耗峰值。
5. 根据权利要求4的系统，特征在于所述能量存储器件是一个或多个串联或并联连接的电容器。
6. 根据权利要求1的系统，特征在于所述传感器进一步包含与所述WOC器件并联的一个或多个集成电容器，其中所述WOC器件的电感器和集成电容器形成由内部驱动器器件激发的谐振电路，所述内部驱动器器件的启用输入连接到所述WOC激励元件。
7. 根据权利要求6的系统，特征在于所述内部驱动器器件是放大器。
8. 根据权利要求6的系统，特征在于所述WOC激励元件和所述控制器配置为未被实时同步且不需要从WOC激励元件到控制器发送的同步信号。
9. 根据权利要求6的系统，特征在于所述WOC激励元件配置为发送同步信号到所述控制器以便达到所述WOC激励元件和所述控制器之间的实时同步。
10. 根据权利要求6的系统，特征在于所述WOC激励元件配置为发送同步信号到额外信号评价元件而不是到所述控制器以便达到所述WOC激励元件和所述额外信号评价元件之间的实时同步。
11. 根据权利要求8、9和10之一的系统，其中所述同步信号从所述谐振电路或所述内部驱动器器件导出，并且额外信号评价元件包含传感器输出信号的同步解调。
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