DE102021201327B4

DE102021201327B4 - Sensoreinheit

Info

Publication number: DE102021201327B4
Application number: DE102021201327.9A
Authority: DE
Inventors: Achim Reuther; Ludwig Schifferl
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2041-02-13
Also published as: DE102021201327A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit (100), die eine Messeinheit (110), die dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft zu messen, eine mit der Messeinheit (110) verbundene Steuerungseinheit (120), die dazu ausgebildet ist, von der Messeinheit (110) Messsignale zu empfangen und an die Messeinheit (110) Steuerungssignale zu senden, und einen an der Messeinheit (110) derart angebrachten Mikrocontroller (130) aufweist, dass der Mikrocontroller (130) nicht zerstörungsfrei von der Messeinheit (110) getrennt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit, insbesondere eine Sensoreinheit mit einer Erkennung einer Manipulation.
Sensoreinheiten bestehen üblicherweise aus einer Messeinheit, die dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft zu messen und ein die physikalische Eigenschaft anzeigendes elektrisches Messsignal zu erzeugen, wie beispielsweise ein Stromsignal, Spannungssignal oder Widerstandssignal, und einer mit der Messeinheit verbundene Steuerungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die von der Messeinheit erzeugten Messsignale zu empfangen und zu verarbeiten und an die Messeinheit Steuerungssignale zu senden. Die Sensoreinheit wiederum kann mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden sein, die die von der Sensoreinheit aufbereitenden Sensorsignale weiterverarbeitet.
Vermehrt treten jedoch Sensormanipulationen auf, bei denen beispielsweise die originale Messeinheit mit einer anderen Messeinheit ausgetauscht wird, die unter Umständen nicht die Messgenauigkeit aufweist wie die originale Messeinheit. Auch das Ersetzen der originalen Messeinheit mit einem elektrischen Bauteil tritt vermehrt auf, welches jedoch lediglich zufriedenstellende Messignale liefert, die aber nicht die zu messende physikalische Eigenschaft anzeigt. Solche Manipulationen gilt es zu erkennen, da mit diesen auch das Messsignal manipuliert und verfälscht ist.
Die EP 3 581 894 A1 offenbart ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Erfassung eines Manipulationsversuches an einem Sensor eines Fahrzeuges. Dabei wird ein erstes Messsignal eingelesen, das repräsentativ für einen mit dem Sensor erfassten Messwert der ersten Messgröße ist. Ferner wird ermittelt, ob das erste Messsignal außerhalb eines vorgegebenen Nutzbereichs liegt. Wird dabei ermittelt, dass das erste Messsignal außerhalb eines vorgegebenen Nutzbereichs liegt, so wird ein Ausgangssignal ausgegeben, das repräsentativ für einen Manipulationsversuch ist.
Die JP 2011 - 24 354 A beschreibt ein Steuerungsverfahren für einen Motor-Generator. Insbesondere soll dabei erkannt werden, ob ein Drehzahlsensor mit der ECU verbunden ist oder nicht. Dabei wird eine Verbindungsunterbrechung erkannt, wenn ein Erfassungssignal des Drehzahlsensors nicht mehr empfangen werden kann. Zudem ist darin offenbart, dass eine Verbindungsunterbrechung erkannt wird, wenn die ECU ein Pulssignal vom Drehzahlsensor empfängt, das kein kontinuierliches Signal zu vorbestimmten Intervallen ist.
Aus der US 2014 / 0 028 463 A1 ist ein System und Verfahren zum Erkennen eines Sensoraustauschs bekannt. Dabei kann die Abwesenheit oder Verbindungsunterbrechung eines Stromsensors von einer Steuerung durch die Rohdaten der angelegten Eingangsspannung ermittelt werden, die aufgrund des Fehlers zufällig oder irregulär sein kann.
Die CN 111 044 684 A zeigt ein System zur Alterungserkennung eines NOx-Sensors. Dabei wird das Signal des NOx-Sensors während vorbestimmter Betriebsbedingungen mit einem Referenzsignal verglichen und bei Abweichen auf eine Alterung geschlossen.
Die DE 10 2019 101 581 A1 bezieht sich im Allgemeinen auf ein Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) und genauer auf ein Bestätigen von Datenübertragungen in einem TPMS.
Die DE 10 2018 220 141 A1 offenbart einen Partikelsensor mit einem Trägersubstrat, einer Korona-Entladungs-Elektrode, einer Masse-Elektrode und wenigstens einer Mess-Elektrode, welche Elektroden anhaftend auf dem Trägersubstrat angeordnet sind.
Aus der DE 10 2010 047 378 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung von Betriebsparametern einer Gleichstromquelle bekannt, die mit wenigstens einer weiteren Gleichstromquelle in einer Reihenschaltung verbunden ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Manipulation, wie beispielsweise ein Austausch der originalen Messeinheit, einer Sensoreinheit zuverlässig zu erkennen und eine entsprechende Warnung auszugeben.
Diese Aufgabe wird mit einer Sensoreinheit gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, eine Sensoreinheit, die aus einer Messeinheit und einer mit der Messeinheit verbundenen Steuerungseinheit besteht, ferner mit einem Mikrocontroller auszustatten, der an der Messeinheit derart angebracht ist, dass der Mikrocontroller nicht zerstörungsfrei von der Messeinheit getrennt werden kann. Sollte die Messeinheit unbefugter und unerlaubter Weise ausgetauscht werden wollen, ist dies nicht ohne Zerstörung des Mikrocontrollers bzw. der Messeinheit möglich. Jedoch sind beide Komponenten zum ordnungsgemäßen Betreiben der Sensoreinheit notwendig. Beispielsweise kann der Mikrocontroller hierzu ein definiertes Protokoll zur Identifikation aufweisen und bei jeder Inbetriebnahme der Sensoreinheit der Steuerungseinheit bereitstellen. Erst wenn die Steuerungseinheit erkennt, dass der korrekte Mikrocontroller und die zugeordnete Messeinheit angebracht sind und mit der Steuerungseinheit verbunden sind, kann die Sensoreinheit ordnungsgemäß betrieben werden. Das vom Mikrocontroller bereitgestellte Identifizierungsprotokoll ist vorprogrammiertes Signal, das zur eindeutigen Kennzeichnung der Sensoreinheit gemäß einem definierten Übertragungsprotokoll dient. Die Steuerungseinheit kann somit überprüfen, ob die erwartete Sensoreinheit angebracht und mit ihr verbunden ist. Zum Vorbeugen von Manipulation kann das Identifizierungsprotokoll mit einer digitalen Signatur eindeutig signiert sein.
Folglich ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Sensoreinheit offenbart, die eine Messeinheit, die dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft zu messen, eine mit der Messeinheit verbundene Steuerungseinheit, die dazu ausgewählt ist, von der Messeinheit Messsignale zu empfangen und an die Messeinheit Steuerungssignale zu senden, und ein an der Messeinheit derart angebrachter Mikrocontroller aufweist, dass der Mikrocontroller nicht zerstörungsfrei von der Messeinheit getrennt werden kann. Beispielsweise kann dies mechanisch durch das Gehäuse oder einem Verguss des Mikrocontrollers mit der Messeinheit erfolgen. Der Mikrocontroller enthält ein vorbestimmtes Identifizierungsprotokoll, das der Mikrocontroller der Steuerungseinheit zur Identifikation der Messeinheit zur Verfügung stellen kann. Vorzugsweise kann das Identifizierungsprotokoll anzeigen, dass der Mikrocontroller mit der ordnungsgemäßen Messeinheit in der Sensoreinheit verbaut ist und folglich einen ordnungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit gewährleisten kann
Da der Mikrocontroller zum ordnungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit zwangsweise vorhanden sein muss, ist ein unbefugter oder unerlaubter Austausch der Messeinheit der Sensoreinheit mit einer anderen, z. B. nicht zertifizierten Messeinheit ohne Zerstörung des Mikrocontrollers nicht möglich. Folglich kann dadurch eine Manipulation der Sensoreinheit vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist der Mikrocontroller mittels Kleben, Schweißen, Löten und/oder Vergießen an der Messeinheit angebracht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit enthält die Steuerungseinheit einen Identifikationsalgorithmus der zum eindeutigen Identifizieren der mit der Steuerungseinheit verbundenen Messeinheit ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit mittels des Identifikationsalgorithmus eine digitale Signatur der Messeinheit identifizieren und somit die Verbindung zur korrekten Einheit bestehend aus Messeinheit und Mikrocontroller erkennen.
In vorteilhafter Weise sind das Identifizierungsprotokoll als auch der Identifizierungsalgorithmus verschlüsselt und nur beim Koppeln der Steuerungseinheit mit dem korrekten Mikrocontroller auslesbar.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet, in einem Flugzeug, einem Landfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Wasserfahrzeug oder einem Gebäude eingesetzt zu werden.
In einer weiteren noch bevorzugteren Ausgestaltung ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet, in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor eingesetzt zu werden. Am bevorzugten ist es, wenn die Sensoreinheit ein Abgassensor zum Erfassen der Stickoxid- und/oder Ammoniakkonzentration im Abgastrakt des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs ist, wobei die Messeinheit ein Substrat ist, vorzugsweise ein yttriumstabilisiertes Zirkonoxid.
In einer derartigen bevorzugten Ausgestaltung bildet das yttriumstabilisierte Zirkonoxid samt der daran angebrachten Elektronik die Messeinheit der Sensoreinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die Sensor-Steuerungseinheit (= sensor control unit SCU), die mit der Messeinheit elektrisch verbunden ist, bildet die Steuerungseinheit der Sensoreinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der einzigen beiliegenden Zeichnung der 1 ersichtlich, die eine schematische Ansicht einer Sensoreinheit zeigt.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Sensoreinheit 100. Die Sensoreinheit 100 der 1 besteht aus einer Messeinheit 110, die mittels einer elektrischen Verbindungsleitung 112 mit einer Steuerungseinheit 120 verbunden ist. Mittels der elektrischen Verbindungsleitung 112 kann die Steuerungseinheit 110 Steuerungssignale an die Messeinheit 110 senden und die Messeinheit 110 wiederum kann die elektrische Verbindungsleitung 112 Messsignale an die Steuerungseinheit 110 zur weiteren Verarbeitung übermitteln.
Die Sensoreinheit 100 der 1 umfasst ferner einen Mikrocontroller 130, der an der Messeinheit 110 angebracht ist. Insbesondere ist der Mikrocontroller 130 derart an der Messeinheit 110 befestigt, dass ein zerstörungsfreies Trennen dieser beiden Komponenten nach einem Befestigen der beiden aneinander nicht mehr möglich ist. Dies kann beispielsweise mittels Kleben, Schweißen, Löten und/oder Vergießen erfolgen.
Der Mikrocontroller 130 ist, wie in der Ausgestaltung der 1 gezeigt, mit der Steuerungseinheit 120 über eine Signalleitung 122 verbunden. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Mikrocontroller 130 mit der Steuerungseinheit 120 mittels der bereits vorhandenen Verbindungsleitung 112 elektrisch verbunden sein.
Der Mikrocontroller 130 enthält ein definiertes Protokoll zur Identifikation von sich und der zugehörigen Messeinheit 110 und kann der Steuerungseinheit 120 bei jeder Inbetriebnahme der Sensoreinheit 100 das definierte Identifikationsprotokoll zum eindeutigen Identifizieren bereitstellen. Bevorzugt handelt es sich bei dem definierten Identifikationsprotokoll um ein verschlüsseltes Protokoll, welches mittels auf der Steuerungseinheit 120 gespeicherten Identifizierungsalgorithmen entschlüsselt und ausgelesen werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 100 ist es somit möglich, einen unerlaubten Austausch der Messeinheit 110 zu erkennen, da der Mikrocontroller 130, der mit der Messeinheit 120 fest verbunden ist, von dieser nicht zerstörungsfrei gelöst werden kann. Insbesondere wird der Mikrocontroller 130 dazu benötigt, die Sensoreinheit 100 ordnungsgemäß betreiben zu können. Folglich kann die Messeinheit 110 nicht ausgetauscht werden, beispielsweise durch einen Emulator.

Claims

Sensoreinheit (100), mit: - einer Messeinheit (110), die dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eigenschaft zu messen, - einer mit der Messeinheit (110) verbundene Steuerungseinheit (120), die dazu ausgebildet ist, von der Messeinheit (110) Messsignale zu empfangen und an die Messeinheit (110) Steuerungssignale zu senden, und - ein an der Messeinheit (110) derart angebrachter Mikrocontroller (130), dass der Mikrocontroller (130) nicht zerstörungsfrei von der Messeinheit (110) getrennt werden kann, wobei der Mikrocontroller (130) ein vorbestimmtes Identifizierungsprotokoll enthält, das der Mikrocontroller (130) der Steuerungseinheit (120) zur Identifikation der Messeinheit (110) zur Verfügung stellt.
Sensoreinheit (100) nach Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller (130) mittels Kleben, Schweißen, Löten und/oder Vergießen an der Messeinheit (110) angebracht ist.
Sensoreinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (120) ein Identifikationsalgorithmus enthält, das zum eindeutigen Identifizieren der mit der Steuerungseinheit (120) verbundenen Messeinheit (110) ausgebildet ist.
Sensoreinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Identifizierungsprotokoll verschlüsselt ist.
Sensoreinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (100) dazu ausgebildet ist, in einem Flugzeug, einem Landfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Wasserfahrzeug oder einem Gebäude eingesetzt zu werden.
Sensoreinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoreinheit (100) dazu ausgebildet ist, in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem Fahrzeug mit eingesetzt zu werden.
Sensoreinheit nach Anspruch 6, wobei die Sensoreinheit (100) ein Abgassensor zum Erfassen der Stickoxid- und/oder Ammoniakkonzentration im Abgastrakt des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs ist, wobei die Messeinheit (110) ein keramikbasiertes Sensorelement aufweist.