DE10139044A1

DE10139044A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Ereignisses innerhalb eines ermittelten Sensorsignalverlaufs

Info

Publication number: DE10139044A1
Application number: DE2001139044
Authority: DE
Inventors: Andre Sell
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-02-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem ein Ereignis innerhalb eines mit einer ersten Auflösung in Abhängigkeit mindestens einer ersten Größe ermittelten Sensorsignalverlaufs (SV) betimmt werden soll. Dazu wird der Sensorsignalverlauf erster Auflösung (SV¶1¶) mit einem vorab bestimmten Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung (SV¶2¶) überlagert, wobei die Abweichung zwischen den beiden Sensorsignalverläufen minimal gehalten wird. Dadurch, dass die zweite Auflösung viel höher ist als die erste Auflösung, kann aus dem zusammengesetzen Sensorsignalverlauf das Ereignis (6) mit höherer Genauigkeit bestimmt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Ereignisses innerhalb eines mit einer ersten Auflösung in Abhängigkeit mindestens einer ersten Größe ermittelten Sensorsignalverlaufs, sowie eine Verwendung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Ereignis durch einen bestimmten Wert mindestens einer zweiten Größe festgelegt ist. Zu diesem Ereignis soll der korrespondierende Wert der ersten Größe bestimmt werden. Dabei werden allerdings die Wertepaare nicht kontinuierlich aufgezeichnet, sondern diskret. Meistens ist aber die Auflösung der diskret aufgezeichneten Punkte so schlecht - beispielsweise um Kosten, Aufwand oder Zeitbedarf gering zu halten -, dass das Ereignis nur mit einem sehr großen Fehler bestimmt werden kann. Der Fehler berechnet sich dabei aus dem Kehrwert der Auflösung mit der die Werte aufgezeichnet werden.

Dieses Problem stellt sich vor allem in der Sensorik, insbesondere bei Zahnsensoren, wo beispielsweise Spannungsverläufe über der Zeit erfasst werden müssen. Ein Zahnsensor wird hauptsächlich dazu verwendet, die Stellung eines beweglichen Teils zu erfassen. Da insbesondere in Fahrzeugen eine Vielzahl dieser Sensoren vorhanden ist, würde eine kontinuierliche oder hoch aufgelöste Überwachung der beweglichen Teile eine immense Rechenleistung erfordern. Trotzdem sollte die Bestimmung eines Ereignisses möglichst genau durchgeführt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welches ein Bestimmen eines Ereignisses aus einem mit einer ersten Auflösung aufgenommenen Sensorsignalverlauf ermöglicht, wobei der Fehler kleiner sein soll als der Kehrwert der Auflösung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Darüber hinaus wird diese Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass, bedingt durch die Eigenschaften der Messtechnik, sich das Sensorsignal in einer beschreibbaren Weise ändert. So muss beispielsweise ein Sensorsignal nicht ein exaktes Rechtecksignal sein, sondern kann einem beliebigen, beschreibbaren Verlauf folgen. Dieser Sensorsignalverlauf kann vorab bestimmt werden, wodurch eine Schablone des zu erwartenden Sensorsignalverlaufs entsteht. Dazu ist allerdings erforderlich, dass der vorab bestimmte Sensorsignalverlauf in einer zweiten, höheren Auflösung bestimmt wird, damit ein möglichst genauer Sensorsignalverlauf ermittelt werden kann. Der vorab bestimmte Sensorsignalverlauf kann dann einer auswertenden Person zugänglich gemacht werden und/oder in einem Auswerteprogramm abgespeichert werden. Daraufhin kann der vorab beschriebene Sensorsignalverlauf mit dem Muster der Abtastpunkte des mit der ersten Auflösung aufgenommenen Sensorsignalverlaufs überlagert werden. Wird dabei darauf geachtet, dass die Abweichung der Abtastpunkte von dem vorab bestimmten Sensorsignalverlauf möglichst gering ist, kann aus dem resultierenden, zusammengesetzten Sensorsignalverlauf das Ereignis durch Ablesen oder Berechnung bestimmt werden. Dabei ist nun der Fehler kleiner als der Kehrwert der ersten Auflösung, da der zusammengesetzte Sensorsignalverlauf mindestens eine Auflösung in der Größenordnung der zweiten Auflösung besitzt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung - also der höheren Auflösung - durch Voraberzeugung von n-Tupeln beschrieben, die beispielsweise die Zeit mit der Spannung des Sensors in Relation setzen. Durch diese n-Tupel kann vorteilhafterweise eine auswertende Person und/oder ein Auswerteprogramm den hochaufgelösten Sensorsignalverlauf sehr schnell und einfach darstellen.

In einem anderen besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung nicht durch n-Tupel, sondern durch eine Formel beschrieben. Das Ermitteln der Formel kann beispielsweise durch Beschreiben des Sensorsignalverlaufs zweiter Auflösung mit einem angenäherten Polynom erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass aufgrund der Messapparatur der Sensorsignalverlauf einer festgelegten Formel folgt. Dies hat den großen Vorteil, dass der Zeitpunkt des Ereignisses exakt berechnet werden kann und zusätzliche Fehler, die durch Ungenauigkeiten einer Aufnahmetechnik entstehen würden, vermieden werden können.

Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Sensorsignalverlauf erster Auflösung über einen ersten Bereich und der Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung über einen zweiten Bereich ermittelt wird, wobei der zweite Bereich einen Teilbereich des ersten Bereichs bildet. Bevorzugt ist dieses Ausführungsbeispiel vor allem deshalb, da nicht der ganze Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung abgespeichert werden muss, sondern nur der interessante Teilbereich, währenddessen der Schwellenwertdurchgang erfolgt. Dieser Teilbereich beansprucht beispielsweise in einem Computer einen geringeren Speicherplatz. Alternativ wird hierdurch ermöglicht, den Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung bei vorgegebenem Speicherplatz mit höherer Auflösung aufzunehmen und abzuspeichern.

Erfolgt, wie in einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Überlagerung der Sensorsignalverläufe graphisch und/oder durch formelmäßige Berechnung, kann damit die Bestimmung des zusammengesetzten Sensorsignalverlaufs besonders einfach durchgeführt werden.

Ebenfalls bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Bestimmung des Wertes der ersten Größe, der mit dem Ereignis korrespondiert, graphisch und/oder durch formelmäßige Berechnung erfolgt. Dadurch kann beispielsweise sehr schnell der Wert der ersten Größe an weitere Geräte zu einer weiteren Auswertung gegeben werden.

Vor allem bei der Verwendung von Spannungssensoren, beispielsweise Hall- oder Induktivsensoren, ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft. Gerade Spannungssensoren folgen einem über die Messtechnik beschreibbaren Verlauf und lassen deshalb die Ausführung der Verfahrensschritte besonders einfach werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Fahrzeugsensorik, insbesondere bei der Verwendung von Zahnsensoren.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 2 ein Flussdiagramm des in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugzeichen gekennzeichnet. Außerdem gilt, dass in Fig. 1 in der Zeitskala die Zahlen 0-6 Abtastzeitpunkte markieren, zu denen die Spannung abgelesen wird. Denkbar sind natürlich alle Arten von Sensoren und ersten und zweiten Größen. Das gewählte Ausführungsbeispiel soll nur zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Es ist beispielsweise auch ein Kennfeld realisierbar, in dem der Verlauf einer Größe in Abhängigkeit zweier oder mehrerer weiterer Größen aufgezeichnet wird.
Vorliegendes, in Fig. 1 schematisch beschriebenes Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren dar, bei dem ein Zeitpunkt, zu dem ein Sensorsignal einen bestimmten Spannungsschwellenwert über- oder unterschreitet, bestimmt werden soll. In dem hier gewählten Ausführungsbeispiel liegt der Schwellenwert bei 6 Volt. Der Spannungssensor erfasst dabei die Stellung von beweglichen Teilen. Dazu sind beispielsweise auf Kurbelwelle, Nockenwelle oder ähnlichen Bauteilen, Zähne, Aussparungen oder andere Markierungen angebracht, die eine feste Position haben. Diese Markierungen werden, zum Beispiel, von einem Induktiv- oder Hallsensor erfasst, wobei eine geeignete Messtechnik die an dem Sensor vorliegende Spannung misst. Bewegt sich das bewegliche Teil in gleichbleibender Weise an dem Sensor vorbei, ändert sich die Spannung des Sensors iterativ. Das Ereignis - Markierung passiert den Sensor - erfolgt also immerzu einem ganz bestimmten Spannungswert. Dieser Spannungswert bildet demnach den Schwellenwert.
Die mit 1 gekennzeichnete Kurve in Graphik I der Fig. 1 stellt einen solchen vorab bestimmten, hochaufgelösten Sensorsignalverlauf dar. Dieser Sensorsignalverlauf kann kontinuierlich durch eine Formel beschrieben sein oder aber mit einer hohen Auflösung aufgenommen worden sein.
Grafik II der Fig. 1 zeigt einen typischen Sensorsignalverlauf erster Auflösung, wobei das Sensorsignal nur zu bestimmten, zeitlich gleich weit voneinander entfernten Abtastpunkten aufgezeichnet wird. Die Punkte 2, 3 und 4 in Graphik II stellen solche Abtastpunkte dar. Dabei sieht man deutlich, dass der Zeitpunkt, zu dem der Schwellenwert 6 Volt erreicht wird, nicht exakt bestimmbar ist. Es ist nur möglich die Aussage zu machen, dass der Schwellenwert im Zeitintervall zwischen 2 und 3 erreicht wird.
Graphik III der Fig. 1 zeigt, wie eine Überlagerung der Abtastpunkte 2, 3 und 4 mit dem vorab beschriebenen Sensorsignalverlauf 1 gemäß Graphik I erfolgen kann.
Dabei wird der vorab beschriebene Sensorsignalverlauf 1 schablonenmäßig über die Abtastzeitpunkte 2, 3 und 4 gelegt.
Erfolgt die Überlagerung derart, dass die Abtastpunkte 2, 3 und 4 minimal von dem Kurvenverlauf des Sensorsignalverlaufs 1 abweichen, kann man einen zusammengesetzten Sensorsignalverlauf 5 bestimmen. Graphik IV zeigt einen solchen zusammengesetzten Sensorsignalverlauf 5. Aus ihm ist es möglich, durch Berechnung oder graphisches Ablesen den Schwellenwertdurchgangszeitpunkt 6 zu bestimmen. Dies kann beispielsweise durch Berechnung erfolgen, falls der vorgegebene Sensorsignalverlauf 1 durch eine Formel beschreibbar ist. Dabei wird durch Umkehrfunktionsbildung der exakte Zeitpunkt für den Schwellenwert 6 Volt berechnet. Eine andere Möglichkeit ist die hier dargestellte optische Abschätzung. Dazu wird der zum Schwellenwert 6 Volt gehörende Zeitpunkt auf der Skala abgelesen. In diesem Fall lässt sich der Zeitpunkt als der Wert 2, 2 ablesen. Im Gegensatz dazu würde man aus Grafik II nur bestimmen können, dass der Zeitpunkt des Schwellenwertdurchgangs im Intervall zwischen 2 und 3 liegen würde.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm des in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Schritte I bis IV korrespondieren mit den Graphiken I bis IV von Fig. 1. Dabei wird vorab in dem mit I gekennzeichneten Schritt ein Sensorsignalverlauf SV₂ zweiter Auflösung A₂ bestimmt. Der Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung SV₂ wird in einem Auswerteprogramm abgespeichert oder als Schablone bereitgestellt und steht während des eigentlichen Sensorbetriebs zur Verfügung. Während des Sensorbetriebs wird ein Sensorsignalverlauf SV₁ mit der ersten Auflösung A₁ aufgezeichnet, siehe Schritt II. Dabei ist die erste Auflösung geringer als die zweite Auflösung. Zum Bestimmen eines Ereignisses wird in Schritt III der Signalverlauf erster Auflösung SV₁ und der vorab bestimmte Signalverlauf zweiter Auflösung SV₂ überlagert. Ist die Abweichung zwischen den beiden Signalverläufen minimal, kann in Schritt IV das Ereignis abgelesen werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung eines Ereignisses innerhalb eines mit einer ersten Auflösung in Abhängigkeit mindestens einer ersten Größe ermittelten Sensorsignalverlaufs (SV), folgende Schritte umfassend:

a) Vorab Beschreiben eines Sensorsignalverlaufs (SV₂) in Abhängigkeit der mindestens einen ersten Größe mit einer zweiten Auflösung, wobei die zweite Auflösung höher ist als die erste Auflösung;

b) Ermitteln des Sensorsignalverlaufs (SV₁) in Abhängigkeit der mindestens einen ersten Größe mit der ersten Auflösung unter Bildung von Abtastpunkten (2; 3; 4), die den Wert des Sensorsignals in Abhängigkeit der mindestens einen ersten Größe wiedergeben;

c) Vorgeben eines gesuchten Ereignisses (6) in Form eines bestimmten Wertes des Sensorsignals in Abhängigkeit der mindestens einen ersten Größe;

d) Überlagern des ermittelten Sensorsignalverlaufs erster Auflösung (SV₁) mit dem vorab beschriebenen Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung (SV₂) derart, dass die Abweichung zwischen Sensorsignalverlauf erster Auflösung und Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung minimal ist, um einen zusammengesetzten Sensorsignalverlauf (5) zu erhalten;

e) Bestimmen der mit dem bestimmten Wert des Sensorsignals korrespondierenden mindestens einen ersten Größe aus dem zusammengesetzten Sensorsignalverlauf (5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a. der Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung (SV₂) durch Vorab- Erzeugung von n-Tupeln beschrieben wird, die die mindestens eine erste Größe mit den Werten des Sensorsignals in Relation setzen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorsignalverlauf erster Auflösung (SV₁) in Schritt b. über einen ersten Bereich ermittelt wird und der Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung (SV₂) in Schritt a. über einen zweiten Bereich, wobei der zweite Bereich einen Teilbereich des ersten Bereichs bildet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a. der Sensorsignalverlauf zweiter Auflösung (SV₂) durch eine Formel, insbesondere erhalten durch Interpolation von Abtastpunkten, vorab beschrieben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d. die Überlagerung der Sensorsignalverläufe zur Bestimmung des zusammengesetzten Sensorsignalverlaufs (5) graphisch und/oder durch formelmäßige Berechnung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e. die Bestimmung der mindestens einen ersten Größe graphisch und/pder durch formelmäßige Berechnung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e. die mindestens eine erste Größe die Zeit ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b. die Abtastpunkte zu zeitlich gleich weit entfernten Zeitpunkten ermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorsignalverlauf ein Spannungsverlauf eines Spannungssensors ist.

10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der Fahrzeugsensorik, insbesondere bei Zahnsensoren.

11. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.