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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d. h. ein Verfahren zum
Testen eines Sensors durch ein gezieltes Stören der Erfassung
der zu messenden Größe und Auswerten des daraus
resultierenden Ausgangssignals des Sensors.
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Ein solches Verfahren wird beispielsweise verwendet, um die
ordnungsgemäße Funktion eines Drehratensensors zu testen.
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Drehratensensoren dienen zu Erfassung der Drehbewegung eines
Gegenstandes pro Zeiteinheit (°/s) und werden beispielsweise
in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um zu erkennen, ob das
Kraftfahrzeug etwa bei einer zu schnellen Kurvenfahrt außer
Kontrolle zu geraten (auszubrechen oder ins Schleudern zu
kommen) droht, damit sofort geeignete Gegenmaßnahmen (in der
Regel ein automatisches Abbremsen einzelner Räder)
eingeleitet werden können.
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Dies ist ein sehr wichtiger Sicherheitsaspekt. Deshalb, und
weil ein ohne tatsächlichen Anlaß erfolgendes Abbremsen
einzelner Räder, beispielsweise das Abbremsen bei schneller
Geradeausfahrt, verheerende Auswirkungen haben kann, ist es
von sehr großer Bedeutung, daß der Sensor stets ordnungsgemäß
funktioniert und gegebenenfalls abgeschaltet oder ignoriert
wird.
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Solche Drehratensensoren werden daher während des Betriebes
ständig getestet. Dies geschieht dadurch, daß man die
Erfassung der eigentlich zu messenden Größe gezielt stört und das
daraus resultierende Ausgangssignal des Sensors auswertet.
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Eine bekannte Vorgehensweise wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Die Fig. 1 zeigt zwei
verschiedene Ausgangssignale eines Drehratensensors, und zwar zum
einen das Signal, das der Sensor ausgeben würde, wenn die
Messung nicht gestört werden würde (durch Quadrate
gekennzeichnete Kurve A), und zum anderen das Signal, das der
Sensor ausgibt, wenn die Messung zu Testzwecken gestört wird
(durch Dreiecke gekennzeichnete Kurve B); das durch die Kurve
A dargestellte Signal wird im folgenden als reales
Fahrsignal, das durch die Kurve B dargestellte Signal gemessenes
Signal bezeichnet.
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Im betrachteten Beispiel wird die Messung alle 42
Zeiteinheiten (beispielsweise alle 21 ms) gestört. Die Störungen
bewirken, daß das vom Sensor eigentlich zu messende Signal (Kurve
A) durch einen Offset überlagert wird, wobei dieser Offset
abwechselnd einen Ausschlag des Sensorsignals nach oben
(Störung bei t = 0) und nach unten (Störung bei t = 42) bewirken.
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Die Überprüfung des Sensors erfolgt nun dadurch, daß zu einem
bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise bei t = 24 und bei t = 66
(allgemein: bei T = n.42 + 24; n = 0, 1, 2, . . .) überprüft wird, ob
die Differenz zwischen dem zum betreffenden Zeitpunkt
ausgegebenen Sensorsignal und dem zuletzt ermittelten realen
Fahrsignal innerhalb eines bestimmten Wertebereiches
(Drehratenbereiches) liegt.
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Ist dies der Fall, kann davon ausgegangen werden, daß der
Sensor ordnungsgemäß arbeitet; ist dies nicht der Fall, muß
davon ausgegangen werden, daß der Sensor nicht fehlerfrei
arbeitet.
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Durch eine solche Überprüfung kann auch während des normalen
Einsatzes des Sensors die ordnungsgemäße Funktion desselben
kontrolliert werden.
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Nachteilig hieran ist allerdings, daß der Sensor immer nur
dann zur Erfassung der von ihm eigentlich zu erfassenden
Größe verwendet werden kann, wenn das von ihm ausgegebene
Signal B gerade nicht durch eine Störung beeinflußt ist, also
dem realen Fahrsignal A entspricht. Dies ist im betrachteten
Beispiel etwa bei t = 40 und t = 82 und weiter im Abstand von
jeweils 42 Zeiteinheiten möglich.
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Die zeitlichen Abstände, in welchen der Sensor das reale
Fahrtsignal liefert, sind in Anbetracht der Tatsache, daß auf
gegebenenfalls auftretende Gefahrensituationen sofort
reagiert werden soll, relativ groß. Andererseits darf die
Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion des Sensors auch nie
länger unterbrochen werden, wodurch es zu der beschriebenen
Vorgehensweise keine Alternative zu geben scheint.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
derart weiterzubilden, daß auch dann, wenn der Sensor ohne
oder ohne größere Unterbrechungen getestet wird, in sehr
kurzen zeitlichen Abständen ein die zu messende Größe
repräsentierendes Signal zur Verfügung steht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in
Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß
in einer Lernphase die Auswirkungen der Störung auf das vom
Sensor ausgegebene Signal ermittelt wird, und daß während des
Testens des Sensors das von diesem ausgegebene Signal so
verarbeitet wird, daß die durch die Störung verursachte
Veränderung des Sensor-Ausgangssignals beseitigt wird.
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Dadurch kann auch in Phasen, in welchen das vom Sensor
ausgegebene Signal durch die zum Testen des Sensors erfolgenden
Störungen beeinflußt ist, das Signal ermittelt werden, das
der Sensor ohne diese Störungen ausgeben würde.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung, und den Figuren
entnehmbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es
zeigen
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Fig. 1 das Signal, das der Sensor ausgibt, während er
getestet wird, und das Signal, das der Sensor ausgeben
würde, wenn er gerade nicht getestet werden würde,
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Fig. 2 das Signal, das der Sensor ausgibt, während er
getestet wird, und ein auf die nachfolgend beschriebene
Art und Weise daraus ermitteltes bereinigtes Signal,
und ein aus einer Differentiation des bereinigten
Signals erhaltenes weiteres Signal, und
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Fig. 3 eine Anordnung zur Durchführung des im folgenden
beschriebenen Verfahrens.
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Der Sensor, anhand dessen das im folgenden näher beschriebene
Verfahren erläutert wird, ist wiederum der eingangs bereits
erwähnte Drehratensensor. Es sei jedoch bereits an dieser
Stelle darauf hingewiesen, daß es sich prinzipiell auch um
einen beliebigen anderen Sensor handeln könnte.
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Dieser Sensor wird wie bei dem eingangs beschriebenen
herkömmlichen Verfahren während des normalen Betriebes desselben
ununterbrochen getestet, wobei der Test auch wieder durch
eine die Generierung eines Offset im Sensorsignal bewirkende
Störung der Erfassung der eigentlich zu messenden Größe und
Auswerten des daraus resultierenden Ausgangssignals des
Sensors erfolgt.
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Das Ausgangssignal des Sensors, das sich im betrachteten
Beispie 1 hierdurch ergibt, ist durch eine in Fig. 2 mit dem
Bezugszeichen BB bezeichnete Kurve veranschaulicht.
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Die in der Fig. 2 gezeigte Kurve BB resultiert daraus, daß
die Erfassung der eigentlich zu messenden Größe im Abstand
von 42 Zeiteinheiten so gestört wird, daß das eigentlich
auszugebende Sensorsignal von einem Offset überlagert wird. Der
überlagerte Offset ist der selbe Offset wie bei der Kurve B
gemäß Fig. 1. Daß die Kurve BB dennoch einen anderen Verlauf
aufweist als die Kurve B liegt daran, daß sich die realen
Fahrsignale unterscheiden. Das der Kurve BB zugrundeliegende
reale Fahrsignal ist durch eine Kurve AA in Fig. 2
veranschaulicht, wobei die Kurven AA und A erkennbar verschiedene
Verläufe aufweisen. Wenn die eigentlich zu messenden Größen,
d. h. die Kurven A und AA gleich wären, hätten auch die Kurven
B und BB den selben Verlauf. Insoweit stimmen also das
eingangs beschriebene herkömmliche Verfahren und das neue
Verfahren überein.
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Wie später noch genauer verstanden werden wird, besteht keine
Einschränkung darauf, daß die Kurven B und BB bei identischen
Ausgangsbedingungen den selben Verlauf haben. Insbesondere
kann bei dem hier vorgestellten Verfahren ein einen
beliebigen anderen Verlauf der Kurve BB hervorrufender Offset
verwendet werden. An den Offset werden nur relativ geringe
Anforderungen gestellt. Durch den verwendeten Offset muß "nur"
gewährleistet sein, daß die Veränderungen, die das Sensor-
Ausgangssignal dadurch erfährt, qualitativ und quantitativ
jedes Mal gleich sind und auch nicht von der Größe und dem
Verlauf der zu messenden Größe abhängen. Die Veränderungen
sind vorzugsweise insbesondere nicht von der herrschenden
Temperatur und dem Alter des Sensors abhängig, wobei
insbesondere die Temperatureinflüsse, aber auch
Alterungseinflüsse kompensiert werden könnten.
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Wie beim eingangs beschriebenen herkömmlichen Verfahren, wird
basierend auf dem durch den Offset veränderten Signal (Kurve
B bzw. BB) ermittelt, ob der Sensor ordnungsgemäß arbeitet.
Dies geschieht bei dem hier vorgestellten Verfahren
allerdings anders als bei dem eingangs beschriebenen herkömmlichen
Verfahren.
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Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird von dem vom Sensor
ausgegebenen Signal BB der jeweils überlagerte Offset
subtrahiert, und wird überprüft, ob das daraus resultierende
bereinigte Signal ein die zu messende Größe repräsentierendes
Signal sein kann.
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Der vom Sensorsignal AA subtrahierte Offset wird in einer
Lernphase ermittelt und gespeichert.
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Die Lernphase wird in einer Phase durchgeführt, in welcher
der zeitliche Verlauf der eigentlich zu erfassenden Größe
bekannt ist. Diese Phase ist vorzugsweise eine Phase, in
welcher der Sensor ohne Beaufschlagung mit einem Offset einen
bekannten konstanten Wert liefern müßte, wobei dieser Wert
vorzugsweise null ist. Bei einem Drehratensensor ist dies
beispielsweise eine Phase, in welcher er bzw. das System, in
welches er eingebaut ist, nicht bewegt wird. In einem solchen
Zust and wird die Erfassung der eigentlich zu erfassenden
Größe auf die auch später im normalen Betrieb des Sensors
praktizierte Art und Weise gestört, und quantitativ die
Abweichung des daraufhin vom Sensor ausgegebenen Signals von
dem Signal ermittelt, welches der Sensor ausgegeben hätte,
wenn er nicht gestört worden wäre. Im betrachteten Beispiel
wird die Differenz zwischen den genannten Signalen
vorzeichen - und betragsmäßig ermittelt. Diese Ermittlung findet zu
einem oder mehreren bestimmten Zeitpunkten nach der
Aktivierung des Offset statt, im betrachteten Beispiel alle zwei
Zeiteinheiten, also nach jeder ms. Die dabei ermittelten
Abweichungen werden gespeichert.
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Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die
ermittelten Abweichungen nicht zwangsläufig die genannte
Differenz sein muß. Es muß "nur" gewährleistet sein, daß sich
aus dem vom Sensor ausgegebenen Signal und den ermittelten
Abweichungen das reale Fahrsignal, d. h. das Signal ermitteln
läßt, das der Sensor ausgeben würde, wenn die Messung ohne
Offset durchgeführt worden wäre.
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Ferner besteht keine zwingende Notwendigkeit, die
Abweichungen zu den genannten Zeitpunkten zu ermitteln. Prinzipiell
können die Abweichungen an beliebig vielen und beliebig
festgelegten Zeitpunkten ermittelt werden.
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Falls wie im betrachteten Beispiel abwechselnd verschiedene
Störungen erfolgen, die verschiedene Offsets hervorrufen,
werden die Abweichungen für jede der verschiedenen Störungen
ermittelt.
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Die ermittelten und gespeicherten Abweichungen werden
verwendet, um dann, wenn der Sensor im normalen Betrieb zu
Testzwecken gestört wird, das Signal zu ermitteln, das der Sensor
ausgeben würde, wenn er nicht gestört werden würde. Dies
geschieht im betrachteten Beispiel dadurch, daß von dem vom
Sensor ausgegebenen Signal die in der Testphase ermittelten
Abweichungen subtrahiert oder hinzuaddiert werden. Hierfür
werden zu denjenigen Zeitpunkten, für welche die Abweichungen
bekannt sind, die aktuellen Werte des vom Sensor ausgegebenen
Signals ermittelt, und von diesen Werten werden die jeweils
zugeordneten Abweichungen subtrahiert (oder hinzuaddiert).
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Das Ergebnis dieser Korrektur ist ein bereinigtes Signal, das
der Sensor ausgeben würde, wenn die Messung ohne Störung
durchgeführt werden würde, also das durch die Kurve AA in
Fig. 2 veranschaulichte reale Fahrsignal. Damit stehen bei
dem beschriebenen Verfahren auch während des Testens des
Sensors die zu messende Größe repräsentierende Signale zur
Verfügung, und zwar (abhängig von den in der Testphase
ermittelten Abweichungen) beliebig viele und in beliebigen zeitlichen
Abständen aufeinanderfolgende Signale.
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Basierend auf dem bereinigten Signal AA kann auch getestet
werden, ob der Sensor ordnungsgemäß arbeitet. Hierzu wird das
bereinigte Signal AA nach der Zeit differenziert und
überprüft, ob das Ergebnis dieser Differentiation einen
vorgegebenen positiven oder einen vorgegebenen negativen Grenzwert
überschreitet. Das Ergebnis der erwähnten Differentiation
repräsentiert die Drehratenänderung pro Zeiteinheit und ist
in der Fig. 2 durch die mit dem Bezugszeichen CC bezeichnete
Kurve dargestellt.
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Wenn und so lange das Signal CC keinen der erwähnten
Grenzwerte überschreitet, kann davon ausgegangen werden, daß der
Sensor ordnungsgemäß arbeitet; wenn das Signal CC einen der
Grenzwerte überschreitet, ist dies ein Anzeichen dafür, daß
der Sensor nicht ordnungsgemäß arbeitet.
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Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Gegenstand, dessen
Drehrate durch den Sensor ermittelt werden soll, die Drehrate
pro Zeiteinheit nur in einem bestimmten Ausmaß verändern
kann, wobei dieses Ausmaß im allgemeinen um so geringer ist,
je größer und/oder schwerer der Gegenstand ist, dessen
Drehrate es zu ermitteln gilt. Beispielsweise kann ein
Kraftfahrzeug seine Drehrate selbst in Ausnahmesituationen maximal
um einen bestimmten Umfang pro Zeiteinheit verändern. Zeigt
die Kurve CC nun aber eine Drehratenänderung an, die größer
ist, als der durch Versuche ermittelte oder geschätzte
maximale Wert, so läßt sich daraus schlußfolgern, daß der Sensor
einen falschen Wert liefert.
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Es wäre auch denkbar, das Signal CC einer anderen
Verarbeitung, beispielsweise einer Integration, zu unterziehen, und
die Feststellung, ob der Sensor ordnungsgemäß arbeitet oder
nicht, vom Ergebnis dieser Verarbeitung abhängig zu machen.
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Ob der Sensor ordnungsgemäß arbeitet, kann aber auch wie
bisher direkt aus dem von Sensor ausgegebenen Signal BB
ermittelt werden, beispielsweise indem ermittelt wird, ob sich
die momentane Amplitude dieses Signal zu vorgegebenen
Zeitpunkten innerhalb eines bestimmten Bereiches befindet. Es
wäre auch denkbar, das Signal BB erst auf eine bestimmte Art
zu verarbeiten, beispielsweise zu differenzieren oder zu
integrieren, und zu überprüfen, ob das daraus resultierende
Signal oder Ergebnis bestimmte Bedingungen erfüllt.
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Es können auch gleichzeitig, nacheinander oder abwechselnd
verschiedene Überprüfungen durchgeführt werden.
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Unabhängig von der Art und Weise, auf die überprüft wird, ob
der Sensor ordnungsgemäß arbeitet oder nicht, stehen aber
stets das zu messende Signal (Kurve AA) repräsentierende
Werte zur Verfügung.
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In Fig. 3 ist eine Anordnung gezeigt, durch welche sich das
vorstehend beschriebene Verfahren realisieren läßt.
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Die gezeigte Anordnung enthält einen Sensor 1, eine
Sensorsignalempfangseinrichtung 2, eine Teststeuereinrichtung 3,
eine Abweichungsermittlungseinrichtung 4, eine
Abweichungsspeichereinrichtung 5, eine Fehlererkennungseinrichtung 6,
eine Auswahleinrichtung 7, einen Subtrahierer 8 und einen
Taktgenerator 9.
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Der Sensor 1 ist der zu testende Sensor. Er erfaßt die zu
ermittelnde Meßgröße und gibt ein dieser entsprechendes
analoges Signal aus, und enthält darüber hinaus Mittel, die auf
Veranlassung der Teststeuereinrichtung 3 für die Störung der
Erfassung der zu messenden Größe (für die Offsetgenerierung)
sorgen.
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Die Sensorsignalempfangseinrichtung 2 empfängt das vom Sensor
1 ausgegebene Signal und leitet es an den Subtrahierer 8 und
an die Abweichungsermittlungseinrichtung 4, und an die
Fehlererkennungseinrichtung 6 weiter.
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Die Abweichungsermittlungseinrichtung 4 ermittelt in der
Lernphase die Abweichung zwischen dem ihr von der
Sensorsignalempfangseinrichtung 2 zugeführten Sensor-Ausgangssignal
und dem Ausgangssignal des Sensors, das dieser bei den
herrschenden Bedingungen ohne eine Störung der Erfassung der zu
messenden Größe ausgeben würde. Das ermittelte Ergebnis (die
die ermittelte Abweichung repräsentierende Daten werden an
die Abweichungsspeichereinrichtung 5 ausgegeben.
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Die Abweichungsspeichereinrichtung 5 speichert die ihr von
der Abweichungsermittlungseinrichtung 4 zugeführten Daten und
gibt sie bei Bedarf an die Fehlererkennungseinrichtung 6 und
an die Auswahleinrichtung 7 aus.
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Die Auswahleinrichtung 7 erhält das Ausgangssignal der
Abweichungsspeichereinrichtung 5 und den Wert 0 zugeführt, und
legt fest, welches dieser Signale dem Subtrahierer 8
zugeführt wird.
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Der Subtrahierer 8 subtrahiert das ihm von der
Auswahleinrichtung 7 zugeführte Signal von dem ihm von der
Sensorsignalempfangseinrichtung 2 zugeführten Signal. Das
Ausgangssignal ist das die Größe der durch den Sensor 1 zu messenden
Größe repräsentierende Signal (das bereinigte Signal, bzw.
das reale Fahrsignal; Kurve AA).
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Die Fehlererkennungseinrichtung 6 erhält die Ausgangssignale
der Sensorsignalempfangseinrichtung 2 und der
Abweichungsspeichereinrichtung 5, bildet die Differenz zwischen diesen
Signalen, differenziert das daraus resultierende Ergebnis
nach der Zeit, und überprüft, ob das Ergebnis der
Differentiation innerhalb zulässiger Grenzen liegt, wobei dann, wenn
dies nicht der Fall ist, ein Signal ausgegeben wird, durch
welches signalisiert wird, daß der Sensor nicht ordnungsgemäß
arbeitet.
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Die Teststeuereinrichtung 3 steuert die
Abweichungsermittlungseinrichtung 4, die Abweichungsspeichereinrichtung 5, die
Fehlererkennungseinrichtung 6, die Auswahleinrichtung 7, und
den Taktgenerator 9, und veranlaßt bei Bedarf die zum Testen
des Sensors 1 erforderliche Störung.
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Durch Teststeuereinrichtung 3 kann dadurch sowohl die in der
Lernphase durchzuführende Ermittlung der Auswirkung der
Störung auf das vom Sensor 1 ausgegebene Signal, als auch den
normalen Betrieb der Anordnung steuern.
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In der Lernphase veranlaßt die Teststeuereinrichtung 3 die
Generierung der auch im normalen Betrieb zum Testen des
Sensors verwendeten Störung und sorgt dann dafür, daß die
Abweichungsermittlungseinrichtung 4 die Auswirkung der Störung auf
das vom Sensor ausgegebene Signal ermittelt, und daß die die
ermittelte Auswirkung repräsentierenden Daten in der
Abweichungsspeichereinrichtung 5 gespeichert werden. Durch die
Aktivierung und Deaktivierung des mit der
Abweichungsermittlungseinrichtung 4 und der Abweichungsspeichereinrichtung 5
verbundenen Taktgenerators 9 gibt die Teststeuereinrichtung
darüber hinaus vor, zu welchen Zeitpunkten (bezogen auf den
Beginn der Störung) die Auswirkung ermittelt und gespeichert
werden soll.
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Im normalen Betrieb der Anordnung sorgt die
Teststeuereinrichtung 3 dafür,
- - daß in kurzen zeitlichen Abständen Störungen generiert
werden,
- - daß aus der Abweichungsspeichereinrichtung 5 immer genau
diejenigen Daten ausgegeben werden, die die Abweichungen
enthalten, welche in der Testphase zu den jeweiligen
Zeitpunkten ermittelt wurden, und
- - daß die Auswahleinrichtung 7 das ihr von der
Abweichungsspeichereinrichtung 5 zugeführte Signal zum Subtrahierer 8
weiterleitet.
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Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren
ermöglichen es unabhängig von den Einzelheiten der
praktischen Realisierung, daß auch dann, wenn der Sensor ohne oder
ohne größere Unterbrechung getestet wird, in beliebig kurzen
Zeitlich Abständen ein die zu messende Größe
repräsentierendes Signal zur Verfügung steht.