具有至少一個微機械傳感器元件的用于車輛中的乘員保護系統(tǒng)的加速度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種加速度傳感器(1)，其具有兩個冗余地設置的微機械傳感器元件(2，3)，其具有冗余的信號路徑，所述冗余的信號路徑分別具有一個A/D轉(zhuǎn)換器(4，5)，為了借助監(jiān)視裝置(8，9，10)合理性驗證所述加速度傳感器(1)的輸出信號(14，15)，根據(jù)本發(fā)明提出，所述監(jiān)視裝置(8，9，10)包括集成在所述分析處理單元中的用于傳感器元件(2，3)的等效電路(8)和冗余的另一A/D轉(zhuǎn)換器(9)，所述另一A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)所有A/D轉(zhuǎn)換器(4，5，9)的共同運行參數(shù)轉(zhuǎn)換所述等效電路的固定的、與加速度無關的輸出信號。由此可以基于兩個A/D轉(zhuǎn)換器(4，5)的干擾探測安全氣囊的誤觸發(fā)。
【專利說明】具有至少一個微機械傳感器元件的用于車輛中的乘員保護系統(tǒng)的加速度傳感器

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于車輛中的乘員保護系統(tǒng)的加速度傳感器，其具有用于加速度采集的至少一個微機械傳感器元件并且具有電子分析處理單元，所述分析處理單元對于每一個傳感器元件具有一個冗余的信號路徑，所述信號路徑分別具有一個A/D轉(zhuǎn)換器，其中為了合理性驗證加速度傳感器的輸出信號設有用于監(jiān)視至少一個A/D轉(zhuǎn)換器的對于功能性而言重要相關的參數(shù)的裝置。

【背景技術】
[0002]例如由DE 103 06 707 B4已知一種根據(jù)所述分類的加速度傳感器。
[0003]普遍已知的是，為了在碰撞時保護車輛乘員借助車輛中的不同位置處的加速度傳感器來檢測加速度值并且根據(jù)所檢測的加速度值借助控制設備觸發(fā)約束裝置——如安全氣囊和安全帶。然而，必須在干擾方面監(jiān)視所述保護系統(tǒng)，因為尤其在行駛期間約束裝置的由干擾決定的、不期望的觸發(fā)可能隨之帶來車輛成員和其他人員的危害。所述誤觸發(fā)的原因可能已經(jīng)在加速度傳感器的層面上出現(xiàn)一例如電磁入射、熱負載或者傳感器的供電電壓的干擾。
[0004]為了防止已經(jīng)在加速度傳感器的層面上發(fā)生安全氣囊的誤觸發(fā)，通常在傳感器中設置兩個冗余的微機械傳感器元件(MEMS:MicroElectro-Mechanical Systems:微機電系統(tǒng))，它們相互進行合理性驗證。然而，當由兩個傳感器元件輸出的信號借助共同使用的傳感器自身的A/D轉(zhuǎn)換器讀取到控制設備的微控制器中時，在A/D轉(zhuǎn)換器的干擾時盡管傳感器元件冗余仍發(fā)生誤觸發(fā)。為了防止這些，以上描述的根據(jù)分類的現(xiàn)有技術提出，將加速度傳感器中的冗余擴展到整個信號路徑上，從而對于每一個傳感器元件提供一個自身的A/D轉(zhuǎn)換器。因為A/D轉(zhuǎn)換器對其周圍環(huán)境條件或者運行條件——例如供電電壓波動、溫度或老化敏感地做出反應，所以還需要在特定極限保持方面(例如在欠壓或EMV干擾(EMV:電磁兼容性)方面)監(jiān)視共同用于兩個A/D轉(zhuǎn)換器的、對于功能性而言重要相關的參數(shù)。偏離所述極限(盡管不存在加速度)可能在兩個信號路徑中導致共模信號并且因此導致有錯誤的加速度信號。然而，例如對于欠壓識別、EMV識別、用于A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓和電流識別而言，這種冗余在A/D轉(zhuǎn)換器的供電方案中的實現(xiàn)或者所需的監(jiān)視裝置或者監(jiān)視器的實現(xiàn)是成本耗費并且芯片面積耗費的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的任務是，實現(xiàn)一種開始所述類型的改善的、尤其簡化的加速度傳感器。
[0006]本發(fā)明的任務通過根據(jù)權利要求1所述的加速度傳感器來解決。由從屬權利要求和說明書得到本發(fā)明的其他有利構型。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的加速度傳感器中，監(jiān)視裝置包括集成在分析處理單元中的用于傳感器元件的等效電路和冗余的另一 A/D轉(zhuǎn)換器，所述冗余的另一 A/D轉(zhuǎn)換器對對于功能性而言重要相關的參數(shù)的變化做出與至少一個A/D轉(zhuǎn)換器(4，5)相同方向的反應。所述另一A/D轉(zhuǎn)換器(9)轉(zhuǎn)換等效電路的固定的、與加速度無關的輸出信號，其中用于確定所有A/D轉(zhuǎn)換器的對于功能性而言重要相關的參數(shù)的變化的所述另一 A/D轉(zhuǎn)換器(9)的數(shù)字輸出信號的值借助比較器(13)與預給定的、固定的極限(12)進行比較。
[0008]本發(fā)明所基于的構思在于，實現(xiàn)冗余的監(jiān)視信號路徑，其監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器或安全A/D轉(zhuǎn)換器對干擾作出與信號A/D轉(zhuǎn)換器相同方向的反應，所述干擾同樣地涉及所有A/D轉(zhuǎn)換器的對于功能性而言重要相關的參數(shù)。但在監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號上施加的干擾可以容易地探測到(與在信號A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號的情況下不同)，因為其可能不源于真實的加速度信號而是根據(jù)監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器的固定的、與加速度無關的輸入信號直接映射干擾，所述輸入信號由等效電路生成，所述等效電路拷貝或者模仿真實的微機械傳感器元件的特性(更準確地說:其靜止狀態(tài))。只要在監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號中出現(xiàn)這種干擾或者只要超過可預給定的公差閾值，則隨后不再將信號A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號評估為“合理的”而評估為“有錯誤的”。
[0009]本發(fā)明的加速度傳感器具有以下優(yōu)點:通過簡單的方式——基本上通過在分析處理單元中實現(xiàn)另一個結(jié)構相同的A/D轉(zhuǎn)換器一實現(xiàn)供電或者監(jiān)視方面的冗余，或者在預給定的極限的保持方面合理性驗證A/D轉(zhuǎn)換器的共同情況。由此可以節(jié)省由研發(fā)開銷導致的成本并且節(jié)省分析處理單元的ASIC上的面積。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一擴展方案，加速度傳感器或者提供合理性檢驗的結(jié)果連同用于外部評估的分析處理信號或者防止加速度傳感器的內(nèi)部評估為“有錯誤”的輸出信號的輸出。因此有利地可選地可以在外部的控制設備中或者在加速度傳感器自身中進行合理性的評估。
[0011]在本發(fā)明的視為特別有利的另一種擴展方案中，在分析處理單元中集成有用于傳感器元件的至少一個另外的等效電路，其分別生成與所述等效電路不同的、固定的輸出信號，從而用于檢驗監(jiān)視裝置的功能性的另一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號可通過從所述等效電路至另一等效電路的切換變化。通過這種方式，可以連續(xù)檢驗對于功能性而言重要相關的參數(shù)自身的監(jiān)視或者監(jiān)視器的功能性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]以下根據(jù)實施例進一步描述本發(fā)明。附圖示出:
[0013]圖1示出示意圖，其闡明對于正常情形根據(jù)本發(fā)明的加速度傳感器的一種實施的組件和功能；
[0014]圖2以相同的示圖示出對于故障情形的闡述。

【具體實施方式】
[0015]以下實施例從安全氣囊出發(fā)，借助具有集成在所謂的45度應用中的兩個傳感器元件的單個加速度傳感器來合理性驗證所述安全氣囊的觸發(fā)。在此，在碰撞的情形中借助兩個微機械元件(MEMS)(其設置在加速度傳感器的第一芯片上)測量加速度并且然后由ASIC(加速度傳感器的第二芯片)上的分離的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換所述加速度。來自兩個分離的MEMS通道的所述數(shù)字加速度信息傳輸給安全氣囊控制設備用于處理，并且在評估所述數(shù)字加速度信息之后可以點火安全氣囊。為了不由于ASIC上的單個故障導致傳感器的兩個通道的輸出端上的共模信號或者差模信號，以自身已知的方式通過空間上分離的A/D轉(zhuǎn)換器來引導ASIC上的加速度信息。
[0016]為了在有錯誤的信號的生成方面監(jiān)視兩個信號A/D轉(zhuǎn)換器的共同的周圍環(huán)境條件或者輸入?yún)?shù)，為了監(jiān)視根據(jù)本發(fā)明使用信號A/D轉(zhuǎn)換器的直接拷貝、即第三A/D轉(zhuǎn)換器，其在空間上與第一和第二 A/D轉(zhuǎn)換器分離地同樣實現(xiàn)在ASIC上。由此確保所述監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器對周圍環(huán)境變化或者運行參數(shù)變化的反應與受干擾的信號A/D轉(zhuǎn)換器施加在其相應的輸入信號中的變化具有相同方向。在此，第三監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換(當然在加速度方面)MEMS元件的在ASIC上以等效電路的形式保存的拷貝的保持不變的、然而取決于對于功能性而言重要相關的參數(shù)的信號。因為用于加速度采集的微機械傳感器元件通常具有以表面微機械產(chǎn)生的不可運動的和可運動的梳狀結(jié)構，所述梳狀結(jié)構共同構成具有取決于加速度的可變的電容的電容器，所以用于“傳感器元件拷貝”的等效電路優(yōu)選具有與靜止狀態(tài)中的原微機械傳感器元件相同的(然而不可變的)電容C。此外，等效電路可以具有電阻R，所述電阻R如此確定大小，使得監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器具有與真實傳感器元件中的阻抗相同的阻抗。
[0017]然后，將第三A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端上的所轉(zhuǎn)換的值與一個固定的極限進行比較。如果例如出現(xiàn)所有A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓的失效，則這在信號A/D轉(zhuǎn)換器中導致共模加速度，由于缺少加速度在信號A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端上沒有信號。因為監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器位于相同的參考上，所以其在輸出信號中示出跳躍。所述跳躍可能超過先前設置的公差極限并且因此不合理性驗證信號A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字加速度信息，而是標記為“有錯誤”。因此，不發(fā)生安全氣囊的誤觸發(fā)。此外，除共同使用的參考電壓的失效以外，可以監(jiān)視信號A/D轉(zhuǎn)換器的以下其他重要共同參數(shù):
[0018]-供電上的尖峰和噪聲，例如由EMV引起
[0019]-由溫度或老化引起的信號A/D轉(zhuǎn)換器的靈敏度變化
[0020]-共同使用的所有電壓和電流
[0021]在圖1中示出正常情形，在所述正常情形中存在加速度。在圖1的左側(cè)部分中以在加速度傳感器I的外部表示的小的加速度示圖18的形式說明真實存在的加速度。在第一微機械傳感器元件2中生成、在所屬的分配給所述MEMS通道或者信號路徑的第一 A/D轉(zhuǎn)換器4中轉(zhuǎn)換以及由裝置6數(shù)字地準備(濾波或者接口功能)所屬的加速度信號。同樣示出了具有第二傳感器元件3、所屬的第二 A/D轉(zhuǎn)換器5和用于數(shù)字信號處理的裝置7的冗余構型的第二 MEMS通道或者第二信號路徑。在示出的情形中，傳感器I的兩個通道以正確的方式生成相同的、經(jīng)合理性驗證的輸出信號14和15(比較分別在圖1的右側(cè)部分中說明的數(shù)字數(shù)據(jù)字)。在此所假設的正常情形(加速度；沒有干擾)中，等效電路8生成設置的、與加速度無關的標準值，所述標準值由監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)換并且由裝置10、尤其比較器13檢查所屬的輸出信號11是否位于預給定的公差極限12內(nèi)。這在此是這種情形，因為根據(jù)假設沒有干擾，即不存在不正常的或者改變的、對于功能性而言重要相關的參數(shù)，第三A/D轉(zhuǎn)換器可能對所述參數(shù)作出反應。三個A/D轉(zhuǎn)換器4、5和9通常有利地構造為自身已知的所謂的三角積分調(diào)制器(Sigma-Delta調(diào)制器)。
[0022]隨后，數(shù)字輸出信號14和15與監(jiān)視信號11共同傳輸給外部的控制設備。在那里，在單元20中可以根據(jù)監(jiān)視信號11將兩個輸出信號14和15評估為“合理的”，而在另一個單元19中必要時仍對兩個輸出信號14和15相互進行合理性驗證。然而，也可以在傳感器內(nèi)部進行根據(jù)監(jiān)視信號11的評估，從而加速度傳感器I完全僅僅發(fā)出經(jīng)合理性驗證的輸出信號14和15。
[0023]在圖2中以與圖1中相同的示圖示出故障情形，在所述故障情形中不存在加速度，因此通過干擾(更準確地說:在圖2中說明的電壓波動16)觸發(fā)信號A/D轉(zhuǎn)換器4和5的輸出端上的信號。如示出的那樣，所述電壓波動16通過供電連接端17以相同的方式施加在所有A/D轉(zhuǎn)換器4、5和9上。因為傳感器I的兩個通道2、4、6和3、5、7以相同的方式受到影響，所以相對合理性驗證得出觸發(fā)情形。因為由于干擾16同樣經(jīng)受相同干擾16的監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換器9的輸出信號11同時超過其固定的極限12(如圖2中可看到的那樣)，所以可在內(nèi)部或外部實施的合理性檢驗然而以正確的方式得出:事實上不存在觸發(fā)情形。
[0024]事實上，即使當附加地也存在真實的加速度從而在所述情形中由干擾16掩蔽真實的輸出信號14、15時，也根據(jù)干擾存在的假設類似地進行評估(即:沒有觸發(fā)情形！)。
[0025]在分析處理單元中，可以有利地集成有用于傳感器元件的至少一個另外的等效電路，其分別生成與所述等效電路8不同的固定的輸出信號。因此，另一 A/D轉(zhuǎn)換器9的輸出信號可通過從等效電路8至另一等效電路的切換變化，由此能夠進行監(jiān)視裝置8、9、13的功能性的檢驗。借助另一等效電路近似感應出可選擇的干擾，所述干擾僅僅作用于冗余的監(jiān)視信號路徑。
【權利要求】
1.一種用于車輛中的乘員保護系統(tǒng)的加速度傳感器(I)，所述加速度傳感器具有用于加速度采集的至少一個微機械傳感器元件(2，3)并且具有電子分析處理單元，所述電子分析處理單元對于每一個傳感器元件(2，3)具有一個冗余的信號路徑，所述冗余的信號路徑分別具有一個A/D轉(zhuǎn)換器(4，5)，其中，為了合理性驗證所述加速度傳感器(I)的輸出信號(14，15)，設有用于監(jiān)視所述至少一個A/D轉(zhuǎn)換器(4，5)的對于所述功能性而言重要相關的參數(shù)的裝置(8，9，10)， 其特征在于， 所述監(jiān)視裝置(8，9，10)包括集成在所述分析處理單元中的用于傳感器元件(2，3)的等效電路⑶和冗余的另一A/D轉(zhuǎn)換器(9)，所述另一A/D轉(zhuǎn)換器對對于所述功能性而言重要相關的參數(shù)的變化作出與所述至少一個A/D轉(zhuǎn)換器(4，5)相同方向的反應，所述另一A/D轉(zhuǎn)換器(9)轉(zhuǎn)換所述等效電路的固定的、與加速度無關的輸出信號，其中，為了確定所有A/D轉(zhuǎn)換器的對于所述功能性而言重要相關的參數(shù)的變化，所述另一A/D轉(zhuǎn)換器(9)的數(shù)字輸出信號的值借助比較器(13)與預給定的、固定的極限(12)進行比較。
2.根據(jù)權利要求1所述的加速度傳感器(I)，其特征在于，所述加速度傳感器(I)提供所述合理性驗證的結(jié)果連同所述輸出信號(14，15)用于外部評估，或者防止所述加速度傳感器⑴的內(nèi)部評估為“有錯誤”的輸出信號(14，15)的輸出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的加速度傳感器(I)，其特征在于，在所述分析處理單元中集成有用于傳感器元件(2，3)的至少一個另外的等效電路，所述至少一個另外的等效電路分別生成與所述等效電路(8)不同的、固定的輸出信號，為了檢驗所述監(jiān)視裝置(8，9，13)的功能性，所述另外的A/D轉(zhuǎn)換器(9)的輸入信號能夠通過從所述等效電路(8)至另一等電路的切換變化。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的加速度傳感器(I)，其特征在于，所述加速度傳感器(I)構造為雙通道傳感器，其兩個冗余設置的傳感器元件(2，3)具有不同的傳感方向。
5.根據(jù)權利要求4所述的加速度傳感器(I)，其特征在于，所述雙通道傳感器具有V形布置的兩個傳感器元件(2，3)，它們尤其分別相對于對稱軸線旋轉(zhuǎn)正/負45°。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的加速度傳感器(I)，其特征在于，所述微機械傳感器元件(2，3)在第一芯片中實現(xiàn)，而所述分析處理單元在構造為ASIC的第二芯片中實現(xiàn)。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的加速度傳感器，其特征在于，所述三個A/D轉(zhuǎn)換器(4，5，9)分別構造為三角積分調(diào)制器。
【文檔編號】B60R21/013GK104204816SQ201380015222
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月12日 優(yōu)先權日:2012年3月20日
【發(fā)明者】T·武赫特 申請人:羅伯特·博世有限公司