DE10242128B4

DE10242128B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung

Info

Publication number: DE10242128B4
Application number: DE10242128.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Willig; Dirk Foerstner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: DE10242128A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung mit einem ersten Sensor (1) und einem zweiten Sensor (2), welche die gleiche Messgröße (x) erfassen, bei dem ein zu überwachendes Signal (Δy), das aus den Sensorsignalen (y1, y2), der beiden Sensoren (1, 2) gebildet ist, mit einem vorgegebenen Grenzwert (Δygrenz) verglichen wird, um die Funktion der Sensoren (1, 2) zu überprüfen, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (Δygrenz) eine Funktion eines Mittelwertsignals (yM) der beiden Sensorsignale (y1, y2), eines vorgegebenen Nullpunktfehlers (N) und eines vorgegebenen Empfindlichkeitsfehlers (S) der beiden Sensorsignale (y1, y2) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung mit wenigstens zwei Sensoren, welche die gleiche Messgröße messen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
In vielen Überwachungs- und Regelsystemen ist die Funktion der eingesetzten Sensoren von wesentlicher Bedeutung. Insbesondere Sensoren, deren Ausfall ein beträchtliches Sicherheitsrisiko mit sich bringt, werden daher ständig überwacht.
Eine Möglichkeit besteht darin, die sicherheitskritischen Sensoren durch sogenannte „analytische Redundanz” zu überwachen. Dabei wird das Sensorsignal des zu überprüfenden Sensors mit dem Ergebnis einer Modellrechnung verglichen, in der das Sensorsignal auf der Grundlage von Sensorsignalen anderer Sensoren abgeschätzt wird.
Eine andere Möglichkeit zur Überprüfung sicherheitskritischer Sensoren besteht darin, eine redundante Sensoranordnung mit wenigstens zwei Sensoren vorzusehen, die die gleiche Messgröße messen. EP 0 913 746 A2 und DE 199 36 439 A1 beschreiben derartige Systeme. Ein Sensorfehler wird in diesem Fall üblicherweise dann erkannt, wenn die Messwerte der beiden Sensoren zu weit voneinander abweichen oder z. B. unerwartet hohe Signalsprünge auftreten. Zur Sensorüberwachung wird daher i. d. R. ein Differenzsignal (Differenz der beiden Sensorsignale), sowie ein Differenz-Ableitungs-Signal (Differenz der zeitlichen Ableitungen der beiden Sensorsignale) berechnet und überprüft, ob die Differenzen innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen. Diese Grenzwerte sind dabei feste Maximalwerte, die von der Toleranz und dem Messbereich der Sensoren abhängig sind (je größer die Sensortoleranz und je größer der Messbereich, desto höher der Grenzwert). Bei zwei Sensoren, deren Signale sich nur geringfügig unterscheiden oder identisch sind, bedarf es daher einer relativ großen Verstimmung eines der Sensoren, bis das Differenzsignal den vorgegebenen hohen Grenzwert überschritten hat. Ein Sensorfehler kann somit erst relativ spät erkannt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung zu schaffen, mit der ein Sensorfehler früher erkannt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie 7 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, in einer redundanten Sensoranordnung mit einem ersten und einem zweiten Sensor ein Signal, wie z. B. ein Differenzsignal oder ein Differenz-Veränderungs-Signal, das aus den Sensorsignalen der beiden Sensoren gebildet ist, mit einem variablen Grenzwert zu vergleichen, der ebenfalls eine Funktion der beiden Sensorsignale ist. Der variable Grenzwert ist i. d. R. kleiner als ein Maximalwert, wie er im Stand der Technik ermittelt wird. Somit kann bereits bei einer geringen Sensorverstimmung ein Sensorfehler erkannt werden.
Das Grenzwert überwachte Signal ist vorzugsweise ein Differenzsignal, d. h. ein aus der Differenz der beiden Sensorsignale gebildetes Signal, oder ein Differenz-Veränderungs-Signal, d. h. ein Signal, welches die zeitliche Veränderung des Differenzsignals darstellt. Wahlweise können auch andere aus den Sensorsignalen gebildete Signale zur Grenzwertüberwachung herangezogen werden.
Im Falle eines Differenzsignals wird das Differenzsignal mit einem entsprechenden variablen Grenzwert und im Falle eines Differenz-Veränderungs-Signals wird das Differenz-Veränderungs-Signal mit einem entsprechenden anderen variablen Grenzwert verglichen. Überschreitet das Grenzwert überwachte Signal den jeweils vorgegebenen Grenzwert, wird ein Sensorfehler in einem der Sensoren angenommen.
Der variable Grenzwert ist vorzugsweise eine Funktion eines Mittelwertsignals, das aus den beiden Sensorsignalen gebildet wird. Das Mittelwertsignal ist z. B. das arithmetische Mittel der beiden Sensorsignale.
Der variable Grenzwert wird regelmäßig auf der Grundlage der Sensorsignale neu berechnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorzugsweise auch die Sensorüberwachung redundant durchgeführt, wobei vorzugsweise sowohl eine Differenzüberwachung (Grenzwertüberwachung des Differenzsignals) als auch eine Dynamiküberwachung (Grenzwertüberwachung des Differenz-Veränderungs-Signals) durchgeführt wird. Dabei ist der Grenzwert wenigstens einer der beiden Signalüberwachungen variabel und eine Funktion der beiden Sensorsignale, vorzugsweise eine Funktion eines Mittelwertsignals.
Ein Überwachungssystem zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung mit einem ersten Sensor und einem zweiten Sensor, welche die gleiche Messgröße erfassen, umfaßt eine Einheit zur Erzeugung eines Grenzwert überwachten Signals, das aus den Sensorsignalen der beiden Sensoren gebildet ist, sowie eine Einheit zur Überwachung dieses Signals, die das Signal mit einem Grenzwert vergleicht, der eine Funktion der beiden Sensorsignale ist. Der variable Grenzwert wird vorzugsweise regelmäßig in einer entsprechenden Einheit neu berechnet.
Die Einheit zur Erzeugung des Grenzwert überwachten Signals ist vorzugsweise eine Einheit zur Differenzbildung, die ein Differenzsignal aus den beiden Sensorsignalen berechnet. In diesem Fall ist die Einheit zur Signalüberwachung eine Einheit zur Differenzüberwachung, die das Differenzsignal mit dem vorgegebenen variablen Grenzwert vergleicht und überprüft, ob ein Sensorfehler vorliegt.
Wahlweise kann die Einheit zur Erzeugung des Grenzwert überwachten Signals auch eine Einheit zur Erzeugung eines Differenz-Veränderungs-Signals sein, die aus dem zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Differenzsignal ein Differenz-Veränderungs-Signal berechnet. Die Überwachungseinheit ist in diesem Fall eine Einheit zur Überwachung des Differenz-Veränderungs-Signals, die das Signal mit einem entsprechenden variablen Grenzwert vergleicht, der eine Funktion der beiden Sensorsignale ist. Bei Überschreiten des Grenzwertes wird wiederum auf einen Sensorfehler erkannt. Eine Anordnung, welche die Einheit zur Erzeugung des Differenz-Veränderungs-Signals und die Einheit zur Überwachung des Differenz-Veränderungs-Signals umfasst, wird im folgenden als Einheit zur Dynamiküberwachung bezeichnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das System zur Überwachung der redundanten Sensoranordnung wenigstens zwei Überwachungseinheiten, die ein aus den Sensorsignalen abgeleitetes Signal, vorzugsweise das Differenzsignal, redundant überwachen. Das aus den Sensorsignalen abgeleitete Differenzsignal wird beispielsweise mittels einer Einheit zur Differenzüberwachung, sowie mittels einer Einheit zur Dynamiküberwachung überwacht. Dabei erkennt die Einheit zur Differenzüberwachung einen Sensorfehler, wenn das Differenzsignal einen zugehörigen Grenzwert überschreitet, und die Einheit zur Dynamiküberwachung einen Sensorfehler, wenn die zeitliche Änderung des Differenzsignals den vorgegebenen zweiten variablen Grenzwert überschreitet.
Ergibt die Überwachung in einer der Überwachungseinheiten einen Sensorfehler, so wird auf einen Sensorfehler erkannt. Die Ausgänge der Überwachungseinheiten sind zu diesem Zweck vorzugsweise logisch verknüpft.
Wahlweise kann auch jedes andere beliebige Signal überwacht werden, das sich aus den Sensorsignalen der beiden Sensoren ableitet. In diesem Fall ist jeweils ein entsprechender variabler Grenzwert zu berechnen, der eine Funktion der beiden Sensorsignale ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Sensors mit einer einfachen Überwachungseinheit;
2 ein Blockschaltbild eines Sensors mit einer redundanten Überwachungseinheit;
3 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Differenzüberwachung;
4 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Dynamiküberwachung;
5 eine graphische Darstellung von Sensorabweichungen, die mit einer Überwachungseinheit gemäß dem Stand der Technik erfaßt werden können;
6 eine graphische Darstellung der Sensorabweichungen, die mit einer Überwachungseinheit gemäß der Erfindung erfaßt werden können; und
7 eine Darstellung des Grenzwerts eines Differenzsignals in Abhängigkeit von der Messgröße x.
1 zeigt eine redundante Sensoranordnung mit einem ersten Sensor 1 und einem zweiten Sensor 2, sowie eine an den Sensoren 1, 2 angeschlossene Überwachungseinheit 10. Die wesentlichen Elemente der Überwachungseinheit sind eine Einheit 5 zur Mittelwertbildung, eine Einheit 6 zur Differenzbildung sowie eine Einheit 7 zur Differenzüberwachung. Die Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnen Filter zur Filterung von Störsignalen aus den Sensorsignalen. Die Überwachungseinheit 10 arbeitet dabei nach folgendem Grundprinzip:
Die Einheit 6 zur Differenzbildung erzeugt aus den Sensorsignalen y1, y2 zunächst ein Differenzsignal Δy. Das Differenzsignal Δy wird von der Einheit 7 zur Differenzüberwachung Grenzwert überwacht, d. h. mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen, um eine Fehlfunktion der Sensoren 1, 2 feststellen zu können.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt nun darin, dass der maximale Grenzwert für die Abweichung der Sensorsignale y1, y2 voneinander nicht mit einem konstanten Grenzwert, sondern mit einem variablen Grenzwert verglichen wird, der eine Funktion der Sensorsignale ist.
Der Grenzwert wird in diesem Ausführungsbeispiel auf der Grundlage eines Mittelwertsignals yM berechnet, das von der Einheit 5 zur Mittelwertbildung aus den beiden Sensorsignalen y1, y2 erzeugt und der Einheit 7 zur Differenzüberwachung zugeführt wird. Der so berechnete Grenzwert ist daher meist kleiner als ein Maximalwert. Die Sensorüberwachung 10 spricht somit früher an.
Der von der Einheit 7 zur Differenzüberwachung erkannte Sensorzustand wird als Signalstatus (Status) an eine nachfolgende Auswerteeinheit ausgegeben.
Die wesentlichen Grundsätze des hier angewendeten Überwachungsverfahrens werden im folgenden nochmals mathematisch dargestellt.
Die Sensorkennlinien der Sensoren 1, 2 sind üblicherweise fehlerbehaftet und weichen somit vom tatsächlichen Wert der zu messenden Größe x ab. Dabei gilt:
Sensor 1: y1 = x + n1 + x·s1
Sensor 2: y2 = x + n2 + x·s2
Wie zu erkennen ist, haben diese Sensorsignale y1, y2 einen Nullpunktfehler (Offset) n1, n2 sowie einen Empfindlichkeitsfehler s1, s2. Die Abweichungen liegen dabei innerhalb vorgegebener zulässiger Grenzen. Erst bei Überschreiten dieser Grenzen, soll ein Sensorfehler erkannt werden. Dabei gilt:
Nullpunktfehler: –N ≤ n1 ≤ +N, –N ≤ n2 ≤ +N
Empfindlichkeitsfehler: –S ≤ s1 ≤ +S, –S ≤ s2 ≤ +S
Für den Messbereich wird angenommen: –xmax ≤ x ≤ +xmax
Die Einheit 6 zur Differenzbildung berechnet nun ein Differenzsignal Δy nach folgender Beziehung: Δy = y2 – y1 = n2 – n1 + x·s2 – x·s1
Bei maximalen Sensorabweichungen n1, n2 bzw. s1, s2 hat der Betrag des Differenzsignals Δy folgenden zulässigen Wert: |Δy| ≤ 2·N + 2·S·|x| (1)
Der rechts dieser Ungleichung stehende Wert kann nicht direkt als Grenzwert für die Überwachung des Differenzsignals Δy benutzt werden, da der tatsächliche physikalische Wert der Messgröße x nicht bekannt ist. Daher muß der Wert x in geeigneter Weise abgeschätzt werden.
Im Stand der Technik erfolgt dies nach der Worst-Case-Abschätzung mit: |x| = xmax
Gemäß der Abbildung von 1 wird die Messgröße x dagegen auf der Grundlage des Mittelwertes yM der Sensorsignale y1, y2 abgeschätzt. Dabei gilt: yM = 0,5·(y1 + y2) = x + 0,5·(n1 + n2 + x·s1 + x·s2) und nach x umgestellt: x = yM – 0,5·(n1 + n2 + x·s1 + x·s2)
Daraus folgt bei maximalen Sensorabweichungen N, S: |x| ≤ |yM| + N + |x|·S
Die Auflösung dieser impliziten Ungleichung nach x führt zu: |x| ≤ (|yM| + N)/(1 – S) (2)
Setzt man diese Abschätzung (2) für die Messgröße x in die vorstehend genannte Grenzbetrachtung (1) des Differenzsignals Δy ein, so erhalt man für den Grenzwert Δy_grenz folgende Aussage: |Δy| ≤ 2·N + 2·S·((|yM| + N)/(1 – S)) = Δy_grenz (3)
Wie zu erkennen ist, ist dieser Grenzwert Δy_grenz abhängig vom Mittelwert yM der Sensorsignale y1, y2 und somit variabel.
Wird dagegen ein maximaler konstanter Wert für die Messgröße x verwendet, so ergibt sich für das Differenzsignal Δy folgende Grenzbetrachtung: |Δy| ≤ 2·N + 2·S·xmax = Δy_grenz = konstant
Die Einheit 7 zur Differenzüberwachung vergleicht das Differenzsignal Δy gemäß der Erfindung mit dem variablen Grenzwert. In günstigen Differenzsituationen kann ein Sensorfehler sehr schnell, bei nur geringen Veränderungen eines Sensorsignals erkannt werden.
Die 5 und 6 zeigen die Fehlererkennbarkeit von Abweichungen des zweiten Sensors bei einem vorgegebenen Fehler (n1, s1) des ersten Sensors 1. Dargestellt sind also Paare (s2, n2), die von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung gemäß der Erfindung als fehlerhaft erkannt werden. Dabei zeigt 5 detektierbare Abweichungen des zweiten Sensors mit fixen Grenzwerten mit einer Abschätzung x = xmax (Stand der Technik) und 6 eine Darstellung der detektierbaren Abweichungen für den zweiten Sensor unter Verwendung eines variablen Grenzwertes, der auf der Grundlage des Mittelwertsignals berechnet wurde, jeweils für verschiedene Differenzsituationen.
Eine für die Fehlerdetektierbarkeit ungünstige Differenzsituation besteht, wenn der Nullpunkts- und Empfindlichkeitsfehler n1, s1 des ersten Sensors 1 Werte annimmt, bei denen das Fehler-erkennungsverfahren erst relativ spät, d. h. bei großer Abweichung für n2, s2 anspricht.
Eine ungünstige Differenzsituation besteht z. B., wenn sich der Sensor 1 am oberen Rand der Spezifikation befindet, mit n1 = N, s2 = S und der Sensor 2 den oberen Rand der Spezifikation überschreitet (Graph a).
Eine für die Fehlerdedektierbarkeit günstige Differenzsituation besteht dagegen, wenn sich der Sensor 1 am unteren Rand der Spezifikation befindet, mit n1 = –N, s1 = –S und der Sensor 2 den oberen Rand der Spezifikation überschreitet (Graph c).
Wie ein Vergleich der 5 und 6 zeigt, kann bei gleichem Empfindlichkeitsfehler s2 (z. B. 5%) ein Nullpunktfehler n2 wesentlich früher, d. h. bei kleineren Werten für n2 erreicht werden.
Der Graph b zeigt eine mittelgünstige Differenzsituation. Dabei ist auch hier (6) eine wesentlich frühere Fehlererkennung gegenüber dem Stand der Technik (5) zu erkennen.
Das Verfahren zur Differenzüberwachung mit variablem Grenzwert wird nochmals anhand von 3 beispielhaft erläutert. Bei einer Wahl der Parameter A, B mit A = 2·N + 2·N·S/(1 – S) und B = 2·S/(1 – S) kann obige Formel (2) wie folgt geschrieben werden: |Δy| ≤ A + B·|yM| = Δy_grenz (4)
3 zeigt das Verfahren zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung in Form eines Blockschaltbildes. Darin wird ein Differenzsignal Δy nach der Betragsbildung in Block 21 gemäß vorstehender Formel (4) mit dem Grenzwert Δy_grenz verglichen. Der Vergleich erfolgt in Block 25.
Der Grenzwert Δy_grenz wird in Block 22 auf der Grundlage eines Mittelwertsignals yM berechnet. Das Mittelwertsignal yM wird in Block 20 zunächst in Betrag genommen und dann in Block 23 mit dem Parameter B multipliziert und in Block 24 wird der Parameter A hinzuaddiert. Das Ergebnis dieser Prozedur ist ein Grenzwert Δy_grenz für das Differenzsignal Δy, der in Block 25 mit dem (betragsmäßigen) Differenzsignal Δy verglichen wird. Das Ergebnis dieses Vergleichs ist ein Statussignal StatusDiff für die Differenzüberwachung, das den Zustand der Sensoranordnung 1, 2 anzeigt. Bei einem Fehler in einem der Sensoren 1, 2 nimmt das Statussignal StatusDiff beispielsweise den Wert logisch 1 an.
7 zeigt den Grenzwert Δy_grenz bei einer Differenzüberwachung über dem Wertebereich der Messgröße x für verschiedene Nullpunkt- und Empfindlichkeitsfehler n2 bzw. s2. Wie zu erkennen ist, sind die Grenzwerte Δy_grenz im unteren und mittleren Messbereich (bis x ≈ 60) kleiner als der maximale, konstante Grenzwert (Kennlinie d, Δy_grenz = 15).
Dabei gilt für die Kennlinie a (sehr fehlerhafte Sensoren): n2 = 8·N, s2 = 8·S, für die Kennlinie b (fehlerhafte Sensoren): n2 = 4·N, s2 = 4·S, die Kennlinie c für ideale Sensoren 1, 2.
Neben der Differenzüberwachung kann beispielsweise auch die Dynamik der Sensorsignale y1, y2 überwacht werden. Eine solche redundante Sensorüberwachung ist in 2 dargestellt.
2 zeigt eine Sensoranordnung mit einer redundanten Überwachungseinheit, umfassend einen ersten Sensor 1 und einen zweiten Sensor 2, deren Signale y1, y2 in einer Einheit 5 zur Mittelwertbildung und in einer Einheit 6 zur Differenzbildung zu einem Mittelwertsignal yM bzw. zu einem Differenzsignal Δy verarbeitet werden. Letztere Signale werden sowohl der Einheit 7 zur Differenzüberwachung als auch einer parallel angeordneten Einheit 8 zur Dynamiküberwachung zugeführt.
Die Einheit 8 zur Dynamiküberwachung berechnet ein Differenz-Veränderungssignal ΔΔy, das die zeitliche Veränderung des Differenzsignals Δy darstellt, wobei gilt: ΔΔy = Δy(t2) – Δy(t1) = (y2(t2) – y1(t2)) – (y2(t1) – y1(t1)) (5)
Bei der Berechnung des Differenz-Veränderungssignals sind ferner die zeitlichen Abhängigkeiten der Nullpunkt- und Empfindlichkeitsfehler n1, n2 bzw. s1, s2 zu berücksichtigen. Die Nullpunkt- und Empfindlichkeitsfehler n1, n2 bzw. s1, s2 können in einen zeitvarianten und einen zeitinvarianten Anteil aufgeteilt werden: n(t) = n⁰ + n''(t) mit – N⁰ ≤ n⁰ ≤ +N⁰, –N'' ≤ n''(t) ≤ +N'' s(t) = s⁰ + s''(t) mit –S⁰ ≤ s⁰ ≤ +S⁰, –S'' ≤ s''(t) ≤ +S''
Für die Sensorkennlinien gilt somit: y1(t) = x(t) + n1⁰ + n1''(t) + x·(s1⁰ + s1''(t)) y2(t) = x(t) + n2⁰ + n2''(t) + x·(s2⁰ + s2''(t))
In vorstehende Formel (5) eingesetzt, führt dies auf: ΔΔy = n2''(t2) – n2''(t1) – n1''(t2) + n1''(t) + (x(t2) – x(t1))·(s2⁰ – s1⁰) + x(t2)·(s2''(t2) – s1''(t2)) – x(t1)·(s2''(t1) – s1''(t1))
Für den Grenzwert ΔΔy_grenz des Differenz-Veränderungssignals gilt somit: |ΔΔy| ≤ 4·N'' + 2·S⁰·|x(t2) – x(t1)| + 2·S''·(|x(t2)| + |x(t1)|) =: a + Δb + Δc = ΔΔy_grenz
Dabei sind die Parameter a, b, c Abkürzungen für die Summanden der vorstehenden Beziehung. Die Terme Δb und Δc müssen wiederum abgeschätzt werden, da sie die unbekannten physikalischen Werte x(t1) und x(t2) enthalten. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten I–IV: Δb – I: Δb ≤ 4·S⁰·xmax (Worst-Case-Abschätzung) Δb – II: Δb ≤ 2·S⁰·α·|t2 – t1| wobei α eine Abschätzung für den maximalen Gradienten von x ist, mit |dx(t)/dt| ≤ α Δb – III: Δb ≤ 2·S⁰·(2·N'' + |yM(t2) – yM(t1)|)/(1 – 2·S) Δb – IV: Δb ≤ 2·S⁰·(2·N'' + |yM(t2)| + |yM(t1)|)/(1 – 2·S)
Die Abschätzung Δb – IV ist aus Δb – III abgeleitet, mit einer maximalen Abschätzung des Terms |yM(t2) – yM(t1)|.
Die Grenzwert-Abschätzung von Δb – I liefert einen konstanten, Worst-Case-Grenzwert. Die Abschätzung Δb – II ist dann zweckmäßig, wenn α bekannt und die Zeitdifferenz |t2 – t1| klein ist. Ist α unbekannt, so kann alternativ Δb – III herangezogen werden. Die Abschätzung Δb – IV ist ebenfalls als Alternative zu Δb – II zu sehen, wenn α unbekannt ist und nur Betragswerte für yM bekannt sind.
Für den Parameter Δc lassen sich beispielsweise folgende Abschätzungen ansetzen: Δc – I: Δc ≤ 4·S''·xmax (Worst-Case-Abschätzung) Δc – II: Δc ≤ 2·S''·(2·N + |yM(t2)| + |yM(t1)|/(1 – S)
Die Kombination Δb – I und Δc – I führt auf folgenden konstanten Grenzwert ΔΔy_grenz ΔΔy_grenz = 4·N'' + 4·S·xmax
Eine Kombination Δb – II und Δc – II liefert dagegen einen variablen Grenzwert ΔΔy_grenz: ΔΔy_grenz = 4·N'' + 2·S⁰ + α·|t2 – t1| + 2·S''·(2·N + |yM(t2)| + |yM(t1)|)/(1 – S)
Dies kann mit den Parametern C und D auch als ΔΔy_grenz = C + D·(|yM(t2)| + |yM(t1)|) geschrieben werden, mit C = 4·N'' + 2·S⁰·α·|t2 – t1| + 4·S''·N/(1 – S) D = 2·S''/(1 – S)
Das Verfahren der Dynamiküberwachung ist nochmals in 4 mittels eines Blockschaltbildes dargestellt. Der eigentliche Vergleich des Differenz-Veränderungssignals ΔΔy (bzw. des Betrags) mit dem Grenzwert ΔΔy_grenz erfolgt in einem Block 34, der als Ergebnis den Funktionszustand der Sensoren 1 und 2 durch ein Signal StatusDyn anzeigt.
Das Differenz-Veränderungssignal ΔΔy wird aus dem Differenzsignal Δy durch eine Δt-Verzögerung (Δt = t2 – t1) in Block 27 sowie durch eine Differenzbildung (Block 32) erzeugt. In Block 33 erfolgt schließlich die Betragsbildung des Differenz-Veränderungssignals ΔΔy.
Der Grenzwert ΔΔy_grenz wird in der Einheit 35 zur Grenzwertbildung ermittelt, wobei zunächst das Mittelwertsignal yM in Betrag genommen wird (Block 26) und mit einem um Δt verzogerten Mittelwertsignal yM(t2) summiert wird (Blöcke 28, 29). Die Summe der Mittelwertsignale yM wird dann in Block 30 mit dem Parameter D multipliziert und in Block 31 der Parameter C hinzuaddiert. Das Ergebnis ist der Grenzwert ΔΔy_grenz.
Die Δt-Verzogerungen (Block 28 und 27) puffern die Eingangssignale und geben sie um Δt = |t2 – t1| zeitversetzt aus.
Der Vergleicher 34 liefert als Ergebnis ein Statussignal z. B. statusdyn = 1 für |ΔΔy| > ΔΔy_grenz und einen Wert logisch Null für |ΔΔy| < ΔΔy_grenz.
Bezugszeichenliste

1: erster Sensor
2: zweiter Sensor
3: Filter
4: Filter
5: Einheit zur Mittelwertbildung
6: Einheit zur Grenzwertbildung
7: Einheit zur Differenzüberwachung
8: Einheit zur Dynamiküberwachung
9: ODER-Verknüpfung
20: Block zur Betragsbildung
21: Block zur Betragsbildung
22: Einheit zur Grenzwertbildung
23: Multiplikation
24: Addition
25: Vergleichsblock
26: Block zur Betragsbildung
27: Block zur Δt-Verzögerung
28: Block zur Δt-Verzögerung
29: Addition
30: Multiplikation
31: Addition
32: Subtraktion
33: Block zur Betragsbildung
34: Vergleichsblock
y1, y2: Sensorsignale
yM: Mittelwertsignal
Δy: Differenzsignal
statusdif: Statussignal
statusdyn: Statussignal
Δy_grenz: Grenzwert für die Differenzüberwachung
ΔΔy_grenz: Grenzwert für die Dynamiküberwachung
Δy: Differenzsignal
ΔΔy: Differenz-Veränderungssignal

Claims

Verfahren zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung mit einem ersten Sensor (1) und einem zweiten Sensor (2), welche die gleiche Messgröße (x) erfassen, bei dem ein zu überwachendes Signal (Δy), das aus den Sensorsignalen (y1, y2), der beiden Sensoren (1, 2) gebildet ist, mit einem vorgegebenen Grenzwert (Δy_grenz) verglichen wird, um die Funktion der Sensoren (1, 2) zu überprüfen, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (Δy_grenz) eine Funktion eines Mittelwertsignals (yM) der beiden Sensorsignale (y1, y2), eines vorgegebenen Nullpunktfehlers (N) und eines vorgegebenen Empfindlichkeitsfehlers (S) der beiden Sensorsignale (y1, y2) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grenzwert überwachte Signal ein Differenzsignal (Δy) der beiden Sensorsignale (y1, y2) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grenzwert überwachte Signal ein Differenz-Veränderungssignal (ΔΔy) ist, welches die zeitliche Änderung eines Differenzsignals (Δy) dar-stellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Grenzwert überwachtes Signal (ΔΔy) aus den Sensorsignalen (y1, y2) gebildet wird, das mit einem zweiten Grenzwert (ΔΔy_grenz) verglichen wird, um die Funktion der Sensoren (1, 2) redundant zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Grenzwert (ΔΔy_grenz) eine Funktion eines Signals (yM) ist, das sich aus den beiden Sensorsignalen (y1, y2) ableitet.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Grenzwert überwachte Signal ein Differenzsignal (Δy), das zweite Grenzwert überwachte Signal ein Differenz-Veränderungssignal (ΔΔy), und der erste und/oder zweite Grenzwert eine Funktion eines Mittelwertsignals (yM) der beiden Sensorsignale (y1, y2) ist.
Vorrichtung zur Überwachung einer redundanten Sensoranordnung mit einem ersten Sensor (1) und einem zweiten Sensor (2), welche die gleiche Messgröße (x) erfassen, die eine Einheit (6) zur Erzeugung eines zu überwachenden Signals (Δy) aus den Sensorsignalen (y1, y2) der beiden Sensoren (1, 2), sowie eine Einheit zur Überwachung des Signals (Δy) aufweist, die das Signal (Δy) mit einem vorgegebenen Grenzwert (Δy_grenz) vergleicht, um die Funktion der Sensoren (1, 2) zu überwachen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (7) zur Überwachung des Signals (Δy) einen Grenzwert (Δy_grenz) berechnet, der eine Funktion eines Mittelwerts (yM) der beiden Sensorsignale (y1, y2), eines vorgegebenen Nullpunktfehlers (N) und eines vorgegebenen Empfindlichkeitsfehlers (S) der beiden Sensorsignale (y1, y2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (6) zur Erzeugung des Grenzwert überwachten Signals ein Differenzsignal (Δy) aus den Sensorsignalen (y1, y2) der beiden Sensoren berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (7) zur Überprüfung des zu überwachenden Signals eine Einheit (7) zur Differenzüberwachung ist und ferner eine Einheit (8) zur Dynamiküberwachung vorgesehen ist, die ein Differenz-Veränderungs-Signal (ΔΔy) berechnet und dieses mit einem zweiten Grenzwert (ΔΔy_grenz) vergleicht, um die Funktion der Sensoren (1, 2) zu überprüfen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (8) zur Dynamiküberwachung einen zweiten Grenzwert (ΔΔy_grenz) berechnet, der eine Funktion der beiden Sensorsignale (y1, y2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Grenzwert (ΔΔy_grenz) eine Funktion eines Mittelwertsignals (yM) der beiden Sensorsignale (y1, y2) ist.