DE10119600A1 - Einrichtung und Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors

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Abstract

Um einer alterungsbedingten Messwertverfälschung entgegenzuwirken, werden mit der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors allgemein, insbesondere eines Kraftsensors und insbesondere eines Gurtkraftsensors (5) vorgeschlagen, die auf einfache Weise ein zuverlässiges Kalibrieren des Sensors ermöglichen. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Klibrieren eines Sensors umfasst dazu Mittel zum Erkennen mindestens eines definierten Zustands des Sensors. Nur dann, wenn sich der Sensor in einem so erkannten, definierten Zustand befindet, wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine entsprechende Messwerteinstellung des Sensors vorgenommen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors ganz allgemein und insbesondere eines Kraftsensors und eines Gurt­ kraftsensors.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Sensoren aus dem Bereich der Kraftfahrzeugtechnik näher erläutert, ist aber nicht auf diese Sensoren beschränkt sondern kann auch in Verbindung mit Sensoren aus anderen Anwendungsgebie­ ten realisiert werden.
Das Auslösen von Rückhaltemitteln in einem Kraftfahrzeug erfolgt in der Regel in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie z. B. der Schwere des Aufpralls sowie der Position und des Gewichts der Insassen. In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, auch die jeweilige Gurtkraft zu berücksichtigen, was nachfolgend an­ hand eines Beispiels näher erläutert wird.
Es ist bekannt, zum Zünden eines mehrstufigen Airbags und zum Auslösen von Gurtstraffern Informationen über das Profil der einzelnen Insassen zu erfassen, die Rückschlüsse auf deren Gewicht zulassen. Dazu wird in der Regel ein Kraft­ sensor bzw. eine Kraftsensoranordnung verwendet, die im Sitz verbaut ist und beispielsweise in Form einer Sensormatte mit druckempfindlichen Sensorzellen realisiert ist. Die Sensorzellen sind in einer Matrix angeordnet und können einzeln angesteuert werden, so dass sich die Druckverteilung im Sitz in Form einer Wer­ tematrix erfassen lässt. Je schwerer eine Person ist, um so stärker wird das Sitz­ material eingedrückt und um so größer ist die Anzahl der aktivierten Sensorzellen. Außerdem ist der von einer Sensorzelle erfasste Druckwert per se natürlich abhängig von der jeweiligen Druckbeaufschlagung. Bei der Auswertung der von den einzelnen Sensorzellen der Sensormatte erfassten Druckdaten wird neben den einzelnen Druckwerten also auch die Anzahl der aktivierten Sensorzellen berück­ sichtigt. Die Auswertung erfolgt durch ein ebenfalls im Sitz verbautes Steuergerät. Das Ergebnis der Auswertung wird dem Airbagsteuergerät übermittelt, so dass die individuelle Sitzbelegung beim Auslösen der Rückhaltemittel berücksichtigt wer­ den kann. Dieses Verfahren ist weitgehend unabhängig von äußeren Bedingun­ gen, wie Kälte oder Verschleiß. Dennoch sollte die Kraftsensoranordnung in re­ gelmäßigen Zeitintervallen kalibriert werden, um konstante Messergebnisse bei einer gegebenen Gewichtskraft zu gewährleisten.
Ein Kindersitz lässt sich in der Regel anhand seines nicht menschenähnlichen Sitzprofils erkennen. Wird ein Kindersitz aber mit einer starken Gurtkraft von bei­ spielsweise 150 N angeschnallt, so wird er so stark in den Sitz gedrückt, dass sein Sitzprofil verfälscht wird und er schwerer erscheint als er tatsächlich ist.
Allerdings kann eine Gurtkraft von über 30 N beim Anschnallen von Personen praktisch nicht auf Dauer angelegt werden, da der Gurt in der Regel nachgibt. Eine derart hohe Gurtkraft wäre zudem so unbequem, dass sie von einer Person nicht beibehalten würde. Es kann daher mit ziemlicher Sicherheit davon ausge­ gangen werden, dass keine Person sondern ein Kindersitz oder ein anderer Ge­ genstand angeschnallt ist, wenn die Gurtkraft einen bestimmten Schwellwert über­ steigt. Mit Hilfe der Information der anliegenden Gurtkraft kann also zumindest in gewissem Umfang bereits eine Belegungserkennung vorgenommen werden.
Voraussetzung dafür, dass die vom Gurt ausgeübte Kraft bei der Auswertung der Druckdaten berücksichtigt werden kann, ist die Verwendung eines Gurtkraftsen­ sors. Allerdings muss dazu ein auf Dauer bzw. über die Lebensdauer des Kraft­ fahrzeugs konstanter Messwert des Gurtkraftsensors bei gegebener Gurtkraft ge­ währleistet sein. Dies erweist sich in Praxis insbesondere bei statischen Gurtkraft­ sensoren als problematisch, da hier häufig eine zeitliche Drift der Messwerte auf­ tritt.
Vorteile der Erfindung
Um einer alterungsbedingten Messwertverfälschung entgegenzuwirken, werden mit der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors ganz allgemein und insbesondere eines Kraftsensors und eines Gurtkraftsensors vorgeschlagen, die auf einfache Weise ein zuverlässiges Kali­ brieren des Sensors ermöglichen.
Dazu umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung Mittel zum Erkennen mindestens eines definierten Zustands des Sensors. Eine Messwertkorrektur zum Kalibrieren des Sensors wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nur dann vor­ genommen, wenn sich der Sensor in einem definierten Zustand befindet, der die­ sem definierten Zustand entsprechende Messwert des Sensors also bekannt ist.
Von besonderem Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße Einrichtung und das er­ findungsgemäße Verfahren unabhängig von der technischen Ausführung des Sensors eingesetzt werden können.
So kann beispielsweise ein dynamisch sensierender Beschleunigungssensor oder auch ein Nieder-g-Beschleunigungssensor mit hoher Auflösung, der die Beschleu­ nigung eines Fahrzeugs messen soll, erfindungsgemäß auf den Null-Beschleuni­ gungswert kalibriert werden, wenn das Fahrzeug steht. Dieser Zustand lässt sich einfach anhand der Raddrehzahl Null und/oder dem ausgeschalteten Motor er­ kennen.
Als weiteres Beispiel für die Realisierung der erfindungsgemäßen Einrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an dieser Stelle die Kalibrierung eines Gierratensensors genannt. Durch Berechnung der Fahrzeugdrehbewegung aus zwei von verschiedenen Sendern ausgesandten GPS-Satellitennavigationssigna­ len kann ein Sollzustand des Gierratensensors bestimmt werden.
Auch ein Spannungsmesser, wie er beispielsweise zur Messung der Bordnetz­ spannung eines Kraftfahrzeugs oder bei der Messung des Widerstands eines Tankstand-Messgeräts eingesetzt wird, lässt sich einfach erfindungsgemäß kalibrieren, indem eine Bandgap-Spannungsquelle als Referenz verwendet wird. Diese Referenzquellen sind sehr genau und können gut auf einem ASIC integriert werden.
Bei einem Kraftsensor erfolgt die Messwerteinstellung in einer besonders vorteil­ haften Variante der Erfindung im unbelasteten Zustand des Kraftsensors, da sich dieser Zustand relativ einfach zuverlässig erkennen lässt.
Wird der Kraftsensor zum Erfassen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen einge­ setzt, so lässt sich der unbelastete Zustand einfach anhand der Sitzbelegung bestimmen. Wenn der Sitz nicht belegt ist, muss sich der entsprechende Kraftsen­ sor im unbelasteten Zustand befinden. Die Sitzbelegung kann einfach mit Hilfe einer Fahrzeuginnenraumkamera erfasst werden.
Handelt es sich bei dem Kraftsensor um einen Gurtkraftsensor, so kann der un­ belastete Zustand einfach über den Gurtschlosszustand erkannt werden, da sich ein funktionsfähiger Gurtkraftsensor bei geöffnetem Gurtschloss mit Sicherheit im unbelasteten Zustand befindet. Die Überwachung des Gurtschlosszustands kann beispielsweise mit Hilfe eines in das Gurtschloss integrierten Gurtschlossschalters erfolgen. Der Kalibriervorgang könnte also in einfacher Weise durch ein entspre­ chendes Signal des Gurtschlossschalters initiiert werden.
Die mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Kalibrierung eines Sensors, sollte in häufigeren Zeitintervallen wiederholt werden, um auf Dauer zuverlässige Messergebnisse zu gewährleisten. Nur dann können die von einem Kraftsensor zum Erfassen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen und von einem Gurtkraft­ sensor gewonnenen Informationen für eine adaptive Auslösung der entsprechen­ den Rückhaltemittel genutzt werden.
Zeichnung
Wie bereits voranstehend erwähnt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 7 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung verwiesen.
Die einzige Figur zeigt eine mögliche Anordnung eines Gurtkraftsensors mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Kalibrieren in einem Kraftfahrzeug.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der einzigen Figur sind ein Fahrzeugsitz 1 und der zugehörige Sicherheitsgurt 2 mit Gurthalterungen 3 und einem Gurtschloss 4 dargestellt, wie sie in einem hier nicht dargestellten Kraftfahrzeug angeordnet sein könnten.
Der Fahrzeugsitz 1 ist im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer Sen­ sormatte ausgestattet, wie sie eingangs beschrieben worden ist. Es könnten aber auch andere Mittel zur Gewichtsbestimmung vorgesehen sein. Zur Ergänzung der mit Hilfe der Sensormatte gewonnenen Informationen über die Sitzbelegung ist ein Gurtkraftsensor 5 vorgesehen, der hier im Gurtschloss 4 integriert ist. Der Gurt­ kraftsensor könnte aber beispielsweise auch seitlich am Gurtschloss, zwischen dem Gurtschloss und dessen Verankerung im Fahrzeug angeordnet sein.
Das Gurtschloss 4 ist außerdem mit einem Gurtschlossschalter 6 ausgestattet, mit dem der jeweilige Gurtschlosszustand erfasst wird, d. h. ob das Gurtschloss geöff­ net oder geschlossen ist. Da sich der Gurtkraftsensor 5 bei geöffnetem Gurt­ schloss 4 im unbelasteten Zustand befindet, kann dieser Zustand mit Hilfe des Gurtschlossschalters 6 sicher erkannt werden.
Das Signal des Gurtschlossschalters 6 wird zusammen mit dem Signal des Gurt­ kraftsensors 5 einem hier nicht dargestellten Steuergerät zugeführt, das ebenfalls im Fahrzeugsitz 1 angeordnet sein kann. Die beiden Signale werden dann im Rahmen der Insassenklassifizierung ausgewertet.
In bestimmten auf den Gurtkraftsensor 5 abgestimmten Zeitintervallen wird der Gurtkraftsensor kalibriert, um einer alterungsbedingten Messwertverfälschung bei­ spielsweise durch einen zeitlich veränderlichen Offset der Sensorkennlinie entge­ genzuwirken. Dazu wird der Messwert des Gurtkraftsensors 5 auf Null eingestellt, wenn sich der Gurtkraftsensor 5 im unbelasteten Zustand befindet, also wenn das Gurtschloss 4 geöffnet ist.
Sollte dieser Kalibriervorgang durch Schließen des Gurtschlosses 4 unterbrochen werden, so muss der Kalibriervorgang zum nächstmöglichen Zeitpunkt wiederholt werden. Das Zeitintervall zwischen den einzelnen Kalibriervorgängen sollte also kürzer als unbedingt erforderlich gewählt werden.
Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Kalibrierung des Gurt­ kraftsensors nicht unbedingt im unbelasteten Zustand durch Einstellung des Null­ werts erfolgen muss. Für die Erfindung wesentlich ist lediglich, dass sich der Gurt­ kraftsensor bei der Kalibrierung in irgendeinem definierten Zustand befindet, so dass der diesem definierten Zustand entsprechende Messwert eingestellt werden kann. Voraussetzung dafür sind Mittel zum Erkennen eines solchen definierten Zustands. Diese müssen nicht zwangsläufig in Form eines Gurtschlossschalters realisiert sein.

Claims (13)

1. Einrichtung zum Kalibrieren eines Sensors (5), gekennzeichnet durch Mittel zum Erkennen mindestens eines defi­ nierten Zustands des Sensors (5).
2. Einrichtung zum Kalibrieren eines Kraftsensors nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch Mittel zum Erkennen des unbelasteten Zustands des Kraftsensors.
3. Einrichtung zum Kalibrieren eines Kraftsensors bzw. einer Kraftsensoranordnung zum Erfassen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erkennen des unbe­ lasteten Zustands des Kraftsensors bzw. der Kraftsensoranordnung Mittel zum Erfassen der Sitzbelegung umfassen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen der Sitzbelegung eine Fahrzeuginnenraumkamera umfassen.
5. Einrichtung zum Kalibrieren eines Gurtkraftsensors nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erkennen des unbelasteten Zustands des Gurtkraftsensors (5) Mittel zum Erfassen des Gurtschlosszustands umfassen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen des Gurtschlosszustands mindestens einen Gurtschlossschalter (6) um­ fassen.
7. Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe geeigneter Mittel erkannt wird, wann sich der Sensor in einem definierten Zustand befindet und dass nur dann, wenn sich der Sensor in einem definierten Zustand befindet, eine diesem Zustand entsprechende Messwerteinstellung des Sensors vorgenommen wird.
8. Verfahren zum Kalibrieren eines Kraftsensors nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe geeigneter Mittel erkannt wird, wann sich der Kraft­ sensor im unbelasteten Zustand befindet.
9. Verfahren zum Kalibrieren eines Kraftsensors bzw. einer Kraftsensoranord­ nung zum Erfassen des Gewichts eines Fahrzeuginsassen nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, dass die Sitzbelegung erfasst wird und dass aufgrund der Sitzbelegung erkannt wird, wann sich der Kraftsensor bzw. die Kraftsensoranord­ nung im unbelasteten Zustand befindet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzbele­ gung mit Hilfe einer Innenraumkamera erfasst wird.
11. Verfahren zum Kalibrieren eines Gurtkraftsensors nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, dass der Zustand des Gurtschlosses (4) erfasst wird und dass aufgrund des Zustands des Gurtschlosses (4) erkannt wird, wann sich der . Gurtkraftsensor (5) im unbelasteten Zustand befindet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Gurtschlosses (4) mit Hilfe eines Gurtschlossschalters (6) erfasst wird.
13 Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 12 zum wiederholten Kalibrie­ ren eines Sensors, vorzugsweise in regelmäßigen Zeitintervallen.
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