传感器冗余控制原理

问题描述

精选答案

原理：

冗余，最主要是为了能够区分出传感器是否给出了不真实信号，而设计了多路传感器进行互相校验。这个和数字通讯中的冗余校验码有类似的地方。举个具体的例子，比如我们车辆上用的电子油门踏板传感器，是对安全非常重要的一个传感器，若它给出了错误信号，是非常危险的。并且，这个传感器的失效，不是能够仅通过它的信号来100%诊断出来的，例如明明你只踩了10%油门，但是它给出了80%开度的信号，这时候它其实已经错误了，但是它的信号范围还是符合正常范围的，而控制器并不能够判定这个信号不对，若按照错误信号给车辆80%加速，则非常危险。

那么这时候怎么办呢？很多人首先想到的是把这个传感器设计得更可靠一些。当然，这是需要做的，但是仍避免不了失效的产生。更重要的是，它失效的时候我们的控制器不知道。

这时候我们可以通过冗余设计的思路来解决这个问题。即我们可以设置两路传感器PPS1和PPS2，并且它们之间是有关联的，比如我们特意设计这两路信号符合关系式：PPS1=PPS2*2对于油门踏板的任意一个位置，两路信号都符合上述关系，即对于任意一个真实踏板位置，两路信号可以通过上述关系相互校验。那么根据概率的思想，若这两路传感器任意一个发生失效的概率为A，那么两路同时失效的概率为A^2，即两路同时出错的概率是很小的。那么一路出错，一路正常，则上述关系式显然就不成立了。而两路同时出错，又恰好符合上式的概率就更小了。

那么基本上可以得出这样一个结论：若两路信号不符合上述关系式，则必有一路信号出错了。如果我们把这两路信号只看成一个传感器，那么我们会有个结论：传感器出错了！这就是我们要的。即我们几乎能够100%判定出传感器出错了。

基本上，传感器冗余设计的理念和思想就是要获得上面的结论。但需要强调的一点是：不符合校验，则两路信号都不能够相信。因为这两路实际上是合成了一个相互校验的传感器，而我们并不能够轻易区分出那一路出错了。