DE102004010665B4

DE102004010665B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objektes

Info

Publication number: DE102004010665B4
Application number: DE200410010665
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: DE102004010665A1; US20080062004A1; US20050246142A1; US8942949B2; US7310593B2

Abstract

Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objektes, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (101) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten basierend auf Reifendruckmesswerten, wobei die Meßwerte Informationen bezüglich des Zustandsparameters des zu überwachenden Objekts aufweisen, wobei der Zustandsparameter eine Fahrsituation eines Fahrzeugs ist, und wobei die Fahrsituation einen Ruhezustand und einen Fahrzustand umfasst; einer Einrichtung zum Ermitteln und Bereitstellen eines Vergleichsparameters basierend auf den von der Einrichtung zum Bereitstellen bereitgestellten Messwerten; einer Vergleichseinrichtung (103) zum Vergleichen der Meßwerte mit dem vorgebbaren Vergleichsparameter, wobei die Vergleichseinrichtung (103) ausgebildet ist, um ein erstes Vergleichssignal auszugeben, wenn eine vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb eines Meßintervalls den Vergleichsparameter unterschreitet, und um ein zweites Vergleichssignal auszugeben, wenn die vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb des Meßintervalls den Vergleichsparameter erreicht oder überschreitet, wobei das erste Vergleichssignal und das zweite Vergleichssignal auf den Zustandsparameter hinweisen, wobei das Meßintervall durch eine Messwertanzahl bestimmt ist; und einer Einrichtung zum Bestimmen der Meßwertanzahl, die ausgebildet ist, um die Meßwertanzahl unter Verwendung einer maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit zu bestimmen, wobei die maximal zulässige Fehlerwahrscheinlichkeit eine maximal zulässige Wahrscheinlichkeit einer Fehlentscheidung über das erste oder das zweite Vergleichssignal aus einer Mehrzahl von Vergleichen angibt, wobei der Wert 'n' die Meßwertanzahl innerhalb des Meßintervalls und der Wert 'm' die vorgebbare Anzahl der Meßwerte ist, wobei sich die Ferhlerwahrscheinlichkeit ergibt als pe(m aus n) = pe1 n/(1 – pe1)m-n, wobei pe1 die Fehlerwahrscheinlichkeit eines Wertes ist; wobei die Einrichtung (101) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten einen Meßsensor umfasst, wobei der Meßsensor einen Reifendrucksensor aufweist, wobei der Meßsensor im Ruhezustand eine erste Meßrate und im Fahrzustand eine zweite Meßrate aufweist, wobei die erste Meßrate niedriger als die zweite Meßrate ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Ermittlung eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objektes, wobei der Zustandsparameter einen physikalischen Zustand des Objektes angibt.
Bei einer Ermittlung eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objektes stellt sich oft die Frage nach einer Zuverlässigkeit, mit der der Zustandsparameter ermittelt worden ist. Der Zustandsparameter, der auf einen physikalischen Zustand des zu überwachenden Objektes hinweist, wird häufig auf der Basis eines Vergleichs von Meßdaten mit einem Schwellwert ermittelt. Sind die Meßdaten beispielsweise verrauscht, so kann es bei der Ermittlung des Zustandsparameters zu Fehlentscheidungen kommen, so daß eine mögliche weiterführende Entscheidungskette auf der Basis des fehlerhaft ermittelten Zustandsparameters ebenfalls fehlerhaft ist.
Handelt es sich bei dem zu überwachenden Objekt beispielsweise um ein Fahrzeug, so kann der Zustandsparameter beispielsweise eine Fahrsituation des Fahrzeugs sein, wobei die Fahrsituation beispielsweise einen Fahrzustand und einen Ruhezustand umfaßt.
Eine Ermittlung einer Fahrsituation eines Fahrzeugs ist für eine Vielzahl von sicherheitsrelevanten Aspekten von großer Bedeutung. Beispielsweise bei einer Reifendrucküberwachung kann ein Fahrzeugführer abhängig von der ermittelten Fahrsituation (Zustandsparameter) stets über den momentanen Druck informiert werden, so daß er bei einem Druckabfall sofort reagieren kann und das Fahrzeug beispielsweise anhalten kann. Zu einer Messung und Überwachung des Reifendrucks in einem Fahrzeugreifen kommen üblicherweise batteriebetriebene Drucksensoren zum Einsatz, die aus dem Reifeninneren und vorzugsweise an der Felge, ihre Meßwerte über eine Sendeeinheit an eine außerhalb des Reifens angeordnete Zentraleinheit, beispielsweise einen Bordcomputer, übermitteln. Aufgrund des notwendigen Batteriebetriebs des Drucksensors sowie der Sendeeinheit ist die Lebensdauer von derartigen Sensoranordnungen begrenzt. Diese Problematik ist jedoch nicht nur mit den bereits erwähnten Reifendrucksensoren anzutreffen, bei denen eine Zeitsteuerung für Messung und Übertragung nach Druck- oder Beschleunigungskriterien verändert ausgeführt werden, sondern auch für beliebige batteriebetriebene Sensorsysteme, wie beispielsweise separat aufstellbare Temperaturmeßgeräte, relevant.
Aufgrund der durch einen Batteriebetrieb begrenzten Lebensdauer gilt es, die Entscheidung mit möglichst wenigen Meßzyklen zu treffen. Da für Entscheidungen häufig Entscheidungssicherheiten gefordert sind, die höher sein sollen als die Genauigkeit einer Einzelmessung mit dem Sensor, werden üblicherweise Mittelwertbildungen einer Reihe von wiederholten Messungen herangezogen oder die Messungen mit einer größeren Häufigkeit als erforderlich vorgenommen und tiefpaßgefiltert. Beide Ansätze vergrößern jedoch den Energieverbrauch im ersten Fall proportional zu einer Anzahl der Meßwiederholungen und im zweiten Fall proportional zu einer Überabtastung. Gleichzeitig sollen Entscheidungen frühestmöglich getroffen werden, wenn die Kriterien erfüllt werden, woraus sich eine Mindesthäufigkeit von Messungen und auch eine Mindestbandbreite von Tiefpässen zur Rauschfilterung ergibt.
Die bisher im Stand der Technik eingesetzten Reifendrucksensoranordnungen zum Überwachen des Reifendrucks eines Fahrzeugreifens weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So ist es mit den bisher bekannten batteriebetriebenen Reifendrucksensoranordnungen nicht möglich, über die gesamte Lebensdauer der Reifendrucksensoranordnung, die in der Größenordnung von beispielsweise 10 Jahren liegt, kontinuierliche Messungen der Reifendruckmeßwerte vorzunehmen. Übliche Reifendrucksensoranordnungen weisen dafür einen zu hohen Leistungsverbrauch auf, der die Lebensdauer der batteriebetriebenen Reifendrucksensoranordnungen begrenzt, so daß nicht über die gesamte angestrebte Lebensdauer des Sensorsystems eine kontinuierliche Messung der physikalischen Zustandsgrößen wie Druck und Temperatur mit einer ausreichend hohen Meßwiederholungsrate erfolgen kann. Eine ausreichende Meßwiederholungsrate wird dabei durch den Zeitabstand festgelegt, während dem eine Änderung des Reifendrucks erkannt werden soll, so daß gilt, je kürzer der Zeitabstand zwischen der Erfassung der einzelnen Reifendruckmeßwerte und deren Übermittlung an eine Auswerteelektronik ist, um so höher ist die Sicherheit, ausreichend früh eine gefährliche Änderung des Reifendrucks erkennen zu können, die auf einen kritischen Zustand des Reifens hinweisen.
Der Leistungsverbrauch von bekannten Reifendrucksensoranordnungen wird darüber hinaus durch die zugeordnete Sensoreinheit bestimmt, die zu einer Übertragung der einzelnen Reifendruckmeßwerte an die Zentraleinheit dient, die die weitere Verarbeitung der übermittelten Reifendruck- bzw. Reifentemperaturwerte übernimmt. Bei den bisher gebräuchlichsten Reifendrucksensoranordnungen wird also die Meßhäufigkeit zur Erfassung der Reifendruckmeßwerte und die Übertragungshäufigkeit zur Übermittlung der Reifendruckmeßwerte abhängig von den über einen zusätzlichen Beschleunigungssensor oder einen zusätzlichen Bewegungsschalter erfaßten Fahrzustand des Fahrzeugs vorgenommen.
Bei den im Stand der Technik bekannten Reifendrucksensoranordnungen ist es ferner erforderlich, um frühestmöglich Druckänderungen des Reifendrucks zu erfassen, die auf eine Beschädigung des Reifens hinweisen, abhängig vom erfaßten Fahrzustand des Fahrzeugs eine im wesentlichen kontinuierliche Messung der Druck- und Temperaturwerte in dem Reifen vorzunehmen, und diese an die Zentraleinheit über eine Hochfrequenzfunkstrecke zu übertragen. Die relativ hohe Einschalthäufigkeit der Sendeeinheit bei den bekannten Reifendrucksensoranordnungen führt daher zu einer relativ hohen, mittleren Leistungsaufnahme der batteriebetriebenen Anordnung, was zur Folge hat, daß die angestrebte Lebensdauer von z. B. 10 Jahren nicht erreicht werden kann.
Die WO 03/080371 A2 beschreibt beispielsweise ein Reifendrucküberwachungssystem, bei dem zum Überwachen eines Reifendrucks in einem Reifen eines Fahrzeugs zeitlich aufeinanderfolgende Reifendruckmeßwerte durch eine Sendeeinheit erfaßt werden. Zumindest ein Teil der Reifendruckmeßwerte wird mit einer veränderlichen Häufigkeit zu einer Empfangseinheit übertragen, wobei die Häufigkeit mittels einer Steuereinheit von den erfaßten Reifendruckmeßwerten abgeleitet wird.
Der oben beschriebene Ansatz gemäß dem Stand der Technik nutzt aus, daß sich in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs dynamische Lastumverteilungen ergeben, die zu einer Veränderung des Drucks in den Reifen führen. Beispielsweise werden in einer Kurve die äußeren Räder stärker belastet und folglich steigt der Druck in diesen Reifen an, während er in den Reifen bei kurveninneren entlasteten Rädern sinkt. Das gleiche geschieht beim Bremsen oder Beschleunigen zwischen den Rädern der Hinterachse und der Vorderachse. Dabei werden die Sende- und die Meßabstände des Reifendrucksensorsystems aus dem gemessenen Reifendruck selbst bestimmt. Zum Umschalten zwischen einem Fahrbetrieb und einem Stillstand werden Umschaltschwellen eingesetzt, die sowohl im Stillstand als auch im dynamischen Fahrbetrieb adaptiert werden, so daß beispielsweise statistische Druckverhältnisse im Reifen, wie sie z. B. beim Parken auftreten, und dynamische Fahrverhältnisse stets berücksichtigt werden.
Bei der Ermittlung des Zustandsparameters, beispielsweise der bereits erwähnten Fahrsituation des Fahrzeugs, ist dies insbesondere für batteriebetriebene Sensorsysteme von Bedeutung, bei denen die Meßwerte beispielsweise nur in dem Fahrzustand übermittelt werden. Hierbei führt eine fälschliche Entscheidung zum Senden von Meßdaten zu einem belastenden Sendevorgang mit einem hohen Stromverbrauch, während eine fälschliche Entscheidung zum Nichtsenden lediglich eine kurze Verzögerung des Sendevorgangs bedingt.
Werden beispielsweise Systeme verwendet, die zusätzlich einen Beschleunigungssensor einsetzen, um den Fahrzustand des Fahrzeugs zu ermitteln, so kann im Stillstand die Meßrate und insbesondere die Zahl der stark stromverbrauchenden HF-Übertragungen im Vergleich zum Fahrbetrieb deutlich reduziert werden. Der Beschleunigungssensor ist hingegen ständig auszuwerten, um festzustellen, wann der Fahrzustand sich ändert und daher die Meß- und Übertragungsraten geändert werden müssen. Für eine Häufigkeit der Überprüfung des Beschleunigungssensors gilt, daß er wenigsten so oft überprüft werden muß, daß eine Zeit eingehalten wird, die zum Erkennen des Wechsels des Fahrzustands zur Verfügung steht.
Bei einfachen mechanischen Beschleunigungssensoren, in denen eine Masse von der Beschleunigung gegen eine z. B. von einer Feder definierten Gegenkraft verschoben wird und an einem bestimmten Punkt ihres Weges einen Kontakt schließt, stellt die Überwachung dieses Schalters keinen signifikanten Stromverbrauch dar, weil ein Störabstand des Schaltsignals so hoch ist, daß er durch einen einfachen Schmitt-Trigger am Eingang kontinuierlich überwacht werden kann. Derartige Schalter werden jedoch aus Zuverlässigkeitsgründen durch mikromechanische Beschleunigungssensoren ersetzt, deren Signale mit Hilfe von Verstärkern und/oder A/D-Wandlern (A/D = Analog/Digital) ausgelesen werden müssen. Dabei gilt, daß ein Energieverbrauch der Auswerteschaltung mit zunehmenden Anforderungen an die Genauigkeit steigt. Als Beispiele für die Ursachen sind eine Verlängerung der Meßdauer zur Meßwiederholung und Mittelung, eine Erhöhung der Abtastfrequenz und nachgeschaltete Tiefpaßfilterung, eine Erhöhung des Stromverbrauchs für eine rauschärmere Eingangsstufe, oder eine Verlängerung der Meßzeit für einen Meßwert mit einer Eingangsschaltung mit geringerer Bandbreite zu nennen.
Wird beispielsweise Gasdruck anstelle der Beschleunigung überwacht, so werden die Meßdaten weiter verwertet und aus dem Reifen heraus zu einem Empfänger im Fahrzeug gesendet. Ein großer Teil der Daten wird jedoch auch hier lediglich zu einer Herleitung der Entscheidungen gemessen. Für eine Genauigkeit, mit der diese Entscheidung getroffen werden kann, gelten die gleichen Einflüsse, die zuvor schon für den Beschleunigungssensor beschrieben wurden.
Die DE 43 03 583 A1 bezieht sich auf ein Ventil mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines drahtlos übermittelbaren Druckabnahme-Anzeigesignals für Fahrzeugreifen. Das Ventil weist eine Einrichtung zur Erzeugung eines drahtlos übermittelbaren Druckabnahme-Anzeigesignals für Fahrzeugreifen auf. Die Signalerzeugungseinrichtung umfasst eine Druckerfassungseinrichtung mit einen Absolutdruck-Sensor, der mit dem Reifendruck beaufschlagt ist und der ein dem Reifendruck entsprechendes elektrisches Drucksignal erzeugt, einem elektronischen Speicher, in dem ein ausgewähltes elektrisches Drucksignal oder ein davon abgeleitetes Signal dauerhaft gespeichert werden kann, einem Mikroprozessor mit einer Arithmetikeinheit, die ein neu erzeugtes elektrisches Drucksignal mit dem ausgewählten gespeicherten Drucksignal vergleicht, ein Vergleichssignal erzeugt, einen Bezug des Vergleichssignals zu einem vorgegebenen Schwellenwert herstellt, und eine Aktivierung des Senders veranlasst, wenn ein vorgegebener Abstand zwischen Schwellenwert und Vergleichssignal über- oder unterschritten ist, und ferner einer Aktivierungseinrichtung, deren Betätigung die Bildung und Speicherung des ausgewählten elektrischen Drucksignals veranlasst.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Konzept zur energieeffizienten und zuverlässigen Ermittlung eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objekts zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters gemäß Anspruch 1 oder durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustandsparameters gemäß Anspruch 34 oder durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 35 gelöst.
Gemäß einem Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objekts eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten, wobei die Meßwerte Informationen bezüglich des Zustandsparameters des zu überwachenden Objekts aufweisen, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Meßwerte mit einem vorgebbaren Vergleichsparameter, wobei die Vergleichseinrichtung ausgebildet ist, um ein erstes Vergleichssignal auszugeben, wenn eine vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb eines Meßintervalls den Vergleichsparameter unterschreitet, oder um ein zweites Vergleichssignal auszugeben, wenn die vorgebbare Anzahl der Meßwerte den Vergleichsparameter überschreitet oder erreicht, wobei das erste Vergleichssignal oder das zweite Vergleichssignal auf den Zustandsparameter hinweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Fahrsituation eines Fahrzeugs, wobei die Fahrsituation einen Ruhezustand und einen Fahrzustand des Fahrzeugs aufweist, mit einem Drucksensor zum Erfassen von Reifendruckmeßwerten, einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten einer Mehrzahl von Reifendruckmeßwerten, um einen Reifendruck-abhängigen Fahrsituationsparameter zu erhalten, einer Einrichtung zum Ermitteln eines Vergleichsparameters aus dem Reifendruck-abhängigen Fahrsituationsparameter, einer Einrichtung zum Bereitstellen des Vergleichsparameters, wobei die Einrichtung zum Bereitstellen mit der Einrichtung zum Ermitteln gekoppelt ist, um den Vergleichsparameter zu erhalten, einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Reifendruck-abhängigen Fahrsituationsparameters mit dem Vergleichsparameter, um die Fahrsituation zu ermitteln, wobei die Einrichtung zum Bereitstellen des Vergleichsparameters ausgebildet ist, um den Vergleichsparameter der Vergleichseinrichtung bereitzustellen und den Vergleichsparameter bei aufeinanderfolgenden Ermittlungen der Fahrsituation während des Fahrzustands beizubehalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Zustandsparameter auf der Basis eines Vergleichs von Meßwerten mit einem oder mit mehreren Vergleichsparametern (Schwellen) energieeffizient und zuverlässig ermittelt werden kann, wenn zuvor eine Mindestanzahl von Meßwerten bestimmt oder vorgegeben wird, die den vorgebbaren Vergleichsparameter unter- bzw. überschreiten sollen, um eine zuverlässige Entscheidung über den Zustandsparameter bzw. über eine Veränderung des Zustandsparameters zu treffen.
Handelt es sich bei dem Zustandsparameter um eine Fahrsituation eines Fahrzeugs, so kann der Zustandsparameter beispielsweise auf einen Ruhezustand des Fahrzeugs oder einen Fahrzustand des Fahrzeugs hinweisen. Wie bereits erwähnt, wird der Zustandsparameter auf der Basis eines Vergleichsparameters bestimmt. Der Vergleichsparameter wird bevorzugt aus den Meßwerten ermittelt und kann entweder durchgehend, d. h. sowohl im Ruhezustand als auch im Fahrzustand, als auch nur während des Ruhezustands bestimmt oder adaptiert werden, wodurch sich im letzteren Fall eine weitere Senkung des Energieverbrauchs des erfindungsgemäßen Systems ergibt. Eine weitere Senkung des Energieverbrauchs ergibt sich aus der Tatsache, daß erfindungsgemäß nur so viele Vergleiche durchgeführt werden, wie unbedingt erforderlich sind. Wird der im Ruhezustand ermittelte Zustandsparameter mit den Meßwerten verglichen, so läßt sich beispielsweise bei einer Nicht-Überschreitung des Vergleichsparameters durch die Meßwerte feststellen, daß das Fahrzeug sich im Ruhezustand befindet. Bei einer Überschreitung des Vergleichsparameters wird hingegen ein dynamischer Fahrzustand festgestellt. In Abhängigkeit von einem Ausmaß der Überschreitung kann sogar eine Dynamik in dem Fahrzustand eindeutig erfaßt werden, wie beispielsweise eine langsame Fahrt oder eine schnelle Fahrt.
Erfindungsgemäß kann der Vergleichsparameter bei aufeinanderfolgenden Ermittlungen der Fahrsituation insbesondere während des Fahrzustands verwendet werden. Vorzugsweise findet dabei keine weitere Adaption (Nachführung) des Vergleichsparameters statt. Bei einem ermittelten Ruhezustand des Fahrzeugs kann der Vergleichsparameter adaptiert werden, um beispielsweise statistische Meßwertschwankungen im Parkbetrieb erfassen zu können, die überwiegend durch das Rauschen des Sensors und der Schaltungen zur Auswertung des Sensors bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Konzept basiert ferner darauf, daß die in einem Fahrbetrieb zu erwartenden Druckänderungen in einem Reifen typischerweise und bedingt durch eine Dauer von typischen Fahrsituationen eine Dynamik von wenigen Sekunden aufweisen. Derartige Druckänderungen sind im Parkzustand (Ruhezustand) hingegen nicht zu erwarten, da der Druck in einem intakten Reifen im allgemeinen nur aufgrund von Temperaturänderungen schwankt und somit eine weit geringere Dynamik im Bereich von Minuten oder sogar Stunden aufweist. Werden die Druckänderungen geeignet ausgewertet, so läßt sich ohne einen Beschleunigungssensor oder einen andersartigen Rolldetektor eine Entscheidung treffen, in welcher Situation (Fahrsituation) sich das Fahrzeug befindet. Der erfindungsgemäße Vergleichsparameter wird zwischen dem Zustand der quasistatischen Reifenänderungen bei einem geparkten Fahrzeug und der dynamischen Druckänderungen im Fahrbetrieb „eingefroren”, wenn in den dynamischen gewechselt wird. Das Zurücksetzen in den quasi statischen Betriebszustand wird als Umkehrschluß des entgegen gesetzten Umschaltvorgangs ausgeführt, also dann, wenn die Bedingungen für den dynamischen Zustand, die mit der „eingefrorenen” Schwelle überprüft werden, nicht mehr erfüllt sind.
Der erfindungsgemäße Ansatz weist den Vorteil auf, daß der Energieverbrauch weiter reduziert wird, da der Vergleichsparameter nur im Ruhezustand und nicht dauerhaft, d. h. sowohl im Fahrbetrieb als auch im Parkzustand, bestimmt wird. Ein Adaptionsergebnis ist somit vorhersehbar und kann auf seine Plausibilität überprüft werden, da das Ergebnis nicht durch eine Verkehrssituation, Strecken- und Wetterverhältnisse, den Fahrstil und/oder die Stimmung des Fahrers, die Reifentypen und das Fahrzeuggewicht sowie eine Fahrwerksabstimmung beeinflußbar ist. Darüber hinaus kann eine weitere Senkung des Energieverbrauchs und damit eine weitere Erhöhung der Batterielebensdauer erzielt werden, da die Umschaltschwellen nicht ständig, d. h. unabhängig von einer Fahrsituation, wie z. B. Stillstand oder Fahrbetrieb, sondern nur im Parkzustand adaptiert werden, was zu einer Reduktion des Energiebedarfs führt.
Infolge der weiteren Senkung des Energieverbrauchs des erfindungsgemäßen Systems können Messungen des Reifendrucks mit nur einer Batterie über die gesamte Lebensdauer, z. B. in der Größenordnung von 10 Jahren, eines Reifendrucksensorsystems gewährleistet werden. Dies ist ferner darin begründet, daß eine Frequenz von Druckmessungen sowie eine Zeitdauer, die zu einer Druckmessung benötigt wird, gezielt beeinflußt werden können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zur Erfassung der Fahrsituation kein zusätzlicher Beschleunigungssensor oder Bewegungsschalter zu einer Detektion des Fahrzustands des Fahrzeugs verwendet werden muß, dessen Auswertung wiederum zu einem erhöhten Stromverbrauch führt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß die Daten, die auf die Reifendrücke hinweisen, regelmäßig und mit einer Mindesthäufigkeit, z. B. stündlich, an die Zentraleinheit übertragen werden können, um der Zentraleinheit die Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Reifendrucksensors zu ermöglichen. Die Mindesthäufigkeit kann ferner adaptiv eingestellt werden, so daß die Datenübertragung nur dann stattfindet, wenn beispielsweise eine signifikante Druckänderung eintritt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß die Schaltschwelle (der Vergleichsparameter) nur im Parkzustand adaptiert wird. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Schaltschwelle nicht von der Fahrdynamik des Fahrzeugs, vom Fahrstil des Fahrers, von der Fahrbahn und Streckenbeschaffenheit oder von Reifentyp oder Reifendruck abhängig, sondern ändert sich nur abhängig vom Rauschen, das bei einem unbewegten Fahrzeug vorherrscht. Dieser Parameter ist gut vorhersagbar und nur von Schaltungseigenschaften abhängig, wodurch eine Dimensionierung des Systems wesentlich erleichtert wird, was zu einer Kostenreduktion führt. Außerdem kann das erfindungsgemäße System einfacher getestet werden, da die erfindungsgemäße Schaltschwelle sich auch in einem Fertigungstest unter normalem Umgebungsdruck einstellt und damit vor der Auslieferung nachgemessen werden kann.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß nur eine Schaltschwelle (ein Vergleichsparameter) verwendet wird, um zwischen Fahrzustand und Ruhezustand zu unterscheiden. Neben einer Vereinfachung einer Schaltungskomplexität wird dadurch erreicht, daß die erfindungsgemäße Schaltschwelle nicht von individuellen Fahreigenschaften und Fahrzeugtypen sowie Reifentypen abhängt, sondern nur von den Eigenschaften des Sensorsystems, die daher bei einer Herstellung des Sensorsystems bekannt sind und somit zu einer Festlegung von Plausibilitätsprüfungen, z. B. von Minimal- und Maximalgrenzen des Vergleichsparameters, herangezogen werden können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Entscheidung, die selten eintritt und die mit einer hohen Sicherheit getroffen werden soll, aus einem relativ verrauschten Signal abgeleitet werden kann, ohne daß zu einer Rauschfilterung ständig eine erhöhte Anzahl von Messungen erfolgen muß oder daß Schaltungsparameter zu einer Verringerung des Rauschens so eingestellt werden müssen, daß sich beispielsweise ein erhöhter Stromverbrauch ergibt. Die Meßabstände können ferner ohne Berücksichtigung von Randbedingungen, die das Rauschen des Meßsystems vorgibt, an die maximal zulässigen Entscheidungsverzögerungen angepaßt werden und werden nur für wenige Wiederholungsmessungen bei rauschbedingter Überschreitung eines Entscheidungskriteriums temporär verringert, was zu einer weiteren Senkung des Energieverbrauchs führt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein prinzipielles Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objekts;
2 ein prinzipielles Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 ein prinzipielles Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4a–e beispielhafte Verläufe des mittleren Reifendrucks und aus dem ermittelten Reifendruck abgeleitete Parameter, die erfindungsgemäß zur Herleitung eines Zustandsparameters, der eine Fahrsituation eines Fahrzeugs ist, verwendet werden;
5 ein prinzipielles Blockdiagramm zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objekts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 ein Simulationsbild, das eine Herleitung der Zustände „Fahren” oder „Ruhe” verdeutlicht;
7a–c beispielhafte Darstellungen von ermittelten Druckmessungsverläufen zur Ermittlung eines Fahrzustands; und
8 eine beispielhafte Darstellung eines ermittelten Druckmessungsverlaufs zu Ermittlung eines Fahrzustands.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objekts umfaßt eine Einrichtung 101 zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten, wobei die Meßwerte Informationen bezüglich des Zustandsparameters des zu überwachenden Objekts aufweisen. Die Einrichtung 101 zum Bereitstellen hat einen Ausgang, der mit einem Eingang einer Vergleichseinrichtung 103 gekoppelt ist. Die Vergleichseinrichtung 103 weist ferner einen weiteren Eingang 105 auf, an den ein Vergleichsparameter anlegbar ist, sowie einen Ausgang 106 zum Liefern eines ersten Vergleichssignals und/oder eines zweiten Vergleichssignals.
Die in 1 dargestellte Vergleichseinrichtung ist ausgebildet, um die von der Einrichtung 101 zum Bereitstellen gelieferten Meßwerte mit einem vorgebbaren Vergleichsparameter zu vergleichen. Dabei ist die Vergleichseinrichtung 103 ausgebildet, um ein erstes Vergleichssignal auszugeben, wenn eine vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb eines Meßintervalls den Vergleichsparameter unterschreitet, oder um ein zweites Vergleichssignal auszugeben, wenn die vorgebbare Anzahl der Meßwerte den Vergleichsparameter überschreitet oder erreicht, wobei das erste Vergleichssignal oder das zweite Vergleichssignal auf den Zustandsparameter hinweisen.
Die Einrichtung 101 zum Bereitstellen der Mehrzahl von Meßwerten umfaßt eine Sensoreinrichtung, wie beispielsweise einen Reifendrucksensor zum Liefern von Reifendruckmeßwerten oder einen Beschleunigungssensor zum Liefern von Beschleunigungsmeßwerten, wobei die Reifendruckmeßwerte oder die Beschleunigungsmeßwerte die Meßwerte sein können.
Nachfolgend wird aus Beschreibungsvereinfachungsgründen angenommen, daß es sich bei den Meßwerten um Reifendruckmeßwerte handeln kann. An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Meßwerte jedoch auch Beschleunigungsmeßwerte oder auch andere Meßwerte, wie Temperatur der Gasfüllung des Reifens, chemische Zusammensetzung der Gasfüllung usw., sein können, die mittels eines Temperatursensors, eines Chemosensors usw. erhalten werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Einrichtung 101 zum Bereitstellen der Meßwerte eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Mehrzahl von Reifendruckmeßwerten, um ausgewertete Meßwerte zu liefern.
Zur Ermittlung der ausgewerteten Meßwerte umfaßt die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Einrichtung zum Bestimmen eines Mittelwerts aus der Mehrzahl von Meßwerten sowie einen Subtrahierer zum Bestimmen einer Differenz zwischen den Meßwerten und dem Mittelwert, wobei die ausgewerteten Meßwerte die Differenz oder ein Betrag der Differenz sind. Die Einrichtung zum Bestimmen des Mittelwertes kann beispielsweise ein Tiefpaßfilter aufweisen, um den Mittelwert durch eine Tiefpaßfilterung zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die ausgewerteten Meßwerte jedoch alleine aus einer Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Meßwerten bestimmt werden. In diesem Fall umfaßt die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung einen Subtrahierer zum Bestimmen einer Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Meßwerten, wobei die ausgewerteten Meßwerte die Differenz oder ein Betrag der Differenz sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfaßt die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung einen Quadrierer, um die im vorhergehenden erwähnte Differenz zu quadrieren oder um einen Betrag der Differenz zu quadrieren, um eine quadrierte Differenz zu erhalten, wobei die ausgewerteten Meßwerte die quadrierte Differenz sind.
Die Vergleichseinrichtung 103 empfängt von der Einrichtung 101 die Mehrzahl von Meßwerten oder eine Mehrzahl von verarbeiteten Meßwerten oder beides.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandsparameters eine Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters, wobei die Einrichtung zum Ermitteln ausgebildet ist, um den vorgebbaren Vergleichsparameter an die Vergleichseinrichtung 103 zu liefern.
Die Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters ist beispielsweise ausgebildet, um einen Mittelwert der ausgewerteten Meßwerte zu bestimmen, wobei der Mittelwert der ausgewerteten Meßwerte der vorgebbare Vergleichsparameter ist. Zum Bestimmen des Mittelwerts umfaßt die Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters beispielsweise ein Tiefpaßfilter, um den Mittelwert der Meßwerte durch eine Tiefpaßfilterung derselben zu bestimmen. Die Grenzfrequenz des Filters zum Bestimmen des Vergleichsparameters kann sich von der Grenzfrequenz des Filters zum Verarbeiten der Messwerte in der Einrichtung zum Bereitstellen der Messwerte unterscheiden. Typischerweise ist die Grenzfrequenz des Filters zum Bestimmen des Vergleichsparameters geringer.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters ausgebildet sein, um ein Vielfaches des Vergleichsparameters oder um einen Bruchteil des Vergleichsparameters als den vorgebbaren Vergleichsparameter auszugeben. Beispielsweise wird dabei ein Mittelwert der Meßwerte (bzw. der verarbeiteten Meßwerte) mit einem Faktor multipliziert, so daß ein Vielfaches des Mittelwertes als der Vergleichsparameter an die Vergleichseinrichtung 103 geliefert wird. Analog hierzu kann die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters ausgebildet sein, um einen Bruchteil des ermittelten Vergleichsparameters als den Vergleichsparameter auszugeben. Dabei wird beispielsweise der ermittelte Mittelwert der Meßwerte mit einem Faktor multiplikativ bewertet, wobei der Faktor kleiner als 1 ist. Auf diese Weise können durch eine Staffelung der Vielfachen sowie der Bruchteile des vorgebbaren Vergleichsparameters, die als Schaltgrenzen definiert sind, zusätzliche Zustände definiert werden, wie z. B. Ruhezustand, Fahrzustand mit einer geringen Dynamik, Fahrzustand mit einer hohen Dynamik und Alarmzustand, beispielsweise bei einem unerwartet starken Druckabfall.
Erfindungsgemäß ist die Vergleichseinrichtung 103 ausgebildet, um den Vergleichsparameter, der beispielsweise in einem Ruhezustand eines Fahrzeugs ermittelt wird, bei aufeinanderfolgenden Ermittlungen der Fahrsituation während des Fahrzustands zu verwenden. Um eine weitere Leistungsverbrauchsreduktion zu erzielen, wird der Vergleichsparameter erfindungsgemäß nur dann bestimmt, wenn beispielsweise das erste Vergleichssignal den Ruhezustand anzeigt. Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters kann daher steuerbar sein, so daß der Vergleichsparameter bevorzugt nur dann ermittelt wird, wenn beispielsweise der Ruhezustand ermittelt worden ist, und daß eine Adaption des Vergleichsparameters unterbrochen wird, wenn beispielsweise das zweite Vergleichssignal den Fahrzustand anzeigt. Zum Steuern der Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters wird erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung eingesetzt, die ausgebildet ist, um ein erstes Steuersignal zu erzeugen, ansprechend auf welches die Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters den Vergleichsparameter ermittelt, und um ein zweites Steuersignal zu erzeugen, ansprechend auf welches die Einrichtung 109 zum Ermitteln des Vergleichsparameters eine Ermittelung, d. h. eine Adaption, des Vergleichsparameters unterbricht.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, um das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal aus dem ersten oder aus dem zweiten Vergleichssignal abzuleiten. Zeigt beispielsweise das erste Vergleichssignal einen Ruhezustand an, und zeigt das zweite Vergleichssignal beispielsweise einen Fahrzustand an, so wird das erste Steuersignal beispielsweise dann erzeugt, wenn ein Ruhezustand angezeigt wird. Analog wird das zweite Steuersignal erzeugt, wenn Fahrzustand angezeigt wird. Prinzipiell ist die Steuereinrichtung ausgebildet, um das erste Steuersignal auszugeben, wenn das erste und/oder das zweite Vergleichssignal den Ruhezustand anzeigt, und um das zweite Steuersignal auszugeben, wenn das erste und/oder das zweite Vergleichssignal den Fahrzustand anzeigt, da eine Zuordnung des anzuzeigenden Fahrzustands zu dem ersten oder zu dem zweiten Vergleichssignal getroffen werden kann. Beispielsweise kann beim Auftreten des zweiten Steuersignals (Fahrzustand) die Adaption des Vergleichsparameters gestoppt werden während sie beim Vorliegen des ersten Steuersignals (Parkzustand) durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters auch direkt auf der Basis des ersten Vergleichssignals oder des zweiten Vergleichssignals gesteuert werden. Hierzu kann beispielsweise der Ausgang 106 der Vergleichseinrichtung zu der Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters zurückgekoppelt werden, um deren Operation zu steuern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die Einrichtung 101 zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten einen Meßsensor, wobei der Meßsensor beispielsweise ein Reifendrucksensor oder ein Beschleunigungssensor ist. Für den Fall, daß der Zustandsparameter eine Fahrsituation des Fahrzeugs ist, die einen Ruhezustand und einen Fahrzustand umfaßt, weist der erfindungsgemäße Meßsensor im Ruhezustand eine erste Meßrate auf und im Fahrzustand eine zweite Meßrate auf, wobei die erste Meßrate und die zweite Meßrate unterschiedlich sind. Da beispielsweise in einem Ruhezustand die Druckveränderungen geringer sind als in einem Fahrzustand, so ist die erste Meßrate bevorzugt geringer als die zweite Meßrate, wodurch eine weitere Senkung des Energieverbrauchs erzielt wird. So kann beispielsweise ein Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen im Ruhezustand beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegen. Demgegenüber wird im Fahrzustand die Meßrate erhöht, so daß die zweite Meßrate beispielsweise in einem Bereich 0,1 Sekunden bis 1 Sekunde liegt.
Eine Steuerung des Drucksensors hinsichtlich der Meßrate kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem jeweilig angezeigten Fahrzustand erfolgen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandsparameters kann hierzu beispielsweise eine weitere Steuereinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um aus dem ersten Vergleichssignal oder aus dem zweiten Vergleichssignal ein Drucksensoransteuersignal abzuleiten, auf dessen Basis die jeweilige Meßrate eingestellt wird.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandsparameters einen Sender zum Aussenden des ersten Vergleichssignals und/oder des zweiten Vergleichssignals beispielsweise an eine in dem Fahrzeug angeordnete Zentraleinheit, die beispielsweise auf der Basis des empfangenen ersten und/zweiten Vergleichssignals den Fahrer über den momentanen Druckverlauf informiert. Der Sende kann beispielsweise ein Funksender sein, so daß eine Kommunikation zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln der Fahrsituation und der Zentraleinheit drahtlos stattfinden kann.
Erfindungsgemäß kann der Gasdruck in den Reifen in Zeitabständen gemessen werden, die beispielsweise kürzer sind als der Zeitraum, der zu einer Erkennung des Übergangs zwischen beispielsweise einem Ruhezustand und einem Fahrzustand angestrebt wird. Aus den aufeinanderfolgenden Druckmessungen wird durch eine Filterung ein Mittelwert des Druckverlaufs gebildet. Der Mittelwert kann beispielsweise ein Kurzzeitmittelwert sein, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zu dessen Bestimmung einige wenige Druckmeßwerte herangezogen werden. Von jedem Meßwert wird dann eine Differenz zum Mittelwert gebildet, wobei die Differenzen dann quadriert werden. Die Quadrate der Differenzen werden erfindungsgemäß wiederum gefiltert, um einen Mittelwert der Abweichungsquadrate zu bestimmen. Bei dem Mittelwert der Abweichungsquadrate kann es sich wieder um einen Kurzzeitmittelwert handeln. Die Grenzfrequenz des Filters zum Bestimmen des Mittelwerts der Abweichungsquadrate kann sich von der Grenzfrequenz des Filters zum Bestimmen des Mittelwerts der Druckmesswerte für die Differenzbildung unterscheiden. Typischerweise ist die Grenzfrequenz des Filters zum Bestimmen des Mittelwerts der Abweichungsquadrate, der als Vergleichsparameters verwendet wird, geringer.
Es wird beispielsweise von einem Ruhezustand in den Fahrzustand gewechselt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Messungen eine vorgegebene Anzahl von Überschreitungen des aktuellen Differenzquadrates über ein vorgegebenes Vielfaches des Kurzzeitmittelwertes der Differenz der Quadrate, z. B. 5, auftritt. Bei dieser Umschaltung wird eine Filterung der Differenzquadrate angehalten und der letzte Kurzzeitmittelwert der Differenzquadrate wird als Vergleichsparameter beibehalten. Es wird hingegen von einem Fahrzustand in einen Ruhezustand gewechselt, wenn innerhalb von einer vorgegebenen Anzahl von Messungen die Umschaltbedingung vom Ruhezustand in den Fahrzustand nicht erfüllt wird. Nach dem Zurückschalten in den Ruhezustand wird die Filterung der Differenzquadrate zu einer Adaption der Schaltschwelle (Vergleichsparameter) wieder aktiviert. Dabei wird ausgenutzt, daß sich in einem Parkbetrieb die Schaltungs- und Umgebungsparameter, die das Adaptionsverhalten beeinflussen, nicht wesentlich ändern, so lange beispielsweise der gleiche Drucksensor verwendet wird, wodurch eine sensortypische Plausibilitätsprüfung möglich ist. Die vorgegebene Anzahl von Messungen zum Umschalten vom Parkzustand in den Fahrzustand und umgekehrt sind nicht notwendigerweise gleich. Typisch ist die Anzahl der Messungen für das Umschalten vom Fahrzustand in den Parkzustand deutlich größer als die Anzahl der Messungen für das Umschalten vom Parkzustand in den Fahrzustand.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können zusätzlich zum aktuellen Reifendruck weitere Informationen geliefert werden, die nur berechnet werden können, wenn in konstanten Zeitabständen gemessen wird. Beispielhaft hierfür sind tiefpaßgefilterte Druckwerte oder gleitende Mittelwerte, eine Abweichung der Messung vom Vorgängerwert oder von einem tiefpaßgefilterten oder gemittelten Wert oder Maßzahlen für Gradienten oder Varianten der Meßwerte über einen Beobachtungszeitraum von beispielsweise einer Minute.
Erfindungsgemäß können die Meßzeiten im Fahrzustand anders sein als im Ruhezustand. Wie es bereits erwähnt worden ist, kann dies einfach gesteuert werden, weil eine Adaption der Schaltschwellen (Vergleichsparameter) nur noch in einem der beiden Zustände durchgeführt wird. Wie es bereits erwähnt worden ist, kann die Druckdifferenz direkt aus zwei aufeinanderfolgenden Druckmessungen gewonnen werden, ohne daß ein Mittelwert (beispielsweise ein Kurzzeitmittelwert) gebildet werden muß. Analog können anstelle der Differenzquadrate auch Differenzbeträge verwendet werden, die als das erste Vergleichssignal oder als das zweite Vergleichssignal ausgegeben werden. Das Vielfache des Kurzzeitmittelwertes wird beispielsweise dazu durch einen Maximalwert begrenzt, um sicherzustellen, daß hohe Druckabweichungen, die in einem Ruhezustand nicht plausibel sind, immer zu einem Wechsel in den Fahrzustand führen. Das Vielfache des Kurzzeitmittelwertes wird beispielsweise durch einen Minimalwert begrenzt, um sicherzustellen, daß Druckabweichungen, die für einen Fahrzustand eindeutig zu gering sind, nicht zum unnötigen Wechsel in den Fahrzustand führen können. Der eingefrorene Wert des Kurzzeitmittelwerts und der Differenzquadrate (Vergleichsparameter) wird durch eine Temperaturkompensation an die Proportionalität des thermischen Rauschens angepaßt. Das thermische Rauschen ist der wesentliche Anteil, der im Ruhezustand Meßdifferenzen verursachen kann. Die Temperaturkompensation wird dabei zur absoluten Temperatur angepaßt. Dies bedeutet, daß bei einem Temperaturanstieg die Schaltschwelle (Vergleichsparameter) durch den Wechsel vom Ruhezustand in den Fahrzustand definiert ist, ebenfalls angehoben wird, um die Schaltbedingung von der Temperatur unabhängig zu machen.
Handelt es sich bei dem Zustandsparameter beispielsweise um die bereits erwähnte Fahrsituation eines Fahrzeugs, die einen Ruhezustand und einen Fahrzustand umfaßt, so wurde bereits erwähnt, daß, um Energie zu sparen, der vorgebbare Vergleichsparameter bevorzugt im wesentlichen nur im Ruhezustand ermittelt oder verwendet wird. Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandsparameters eine Einrichtung zum Bereitstellen des vorgebbaren Vergleichsparameters, die als Schnittstelle zwischen der Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters und der Vergleichseinrichtung eingesetzt wird. Dabei ist die Einrichtung zum Bereitstellen ausgebildet, um den vorgebbaren Vergleichsparameter (Vergleichsparameter) auf dessen Momentanwert beizubehalten, wenn das erste Vergleichssignal oder wenn das zweite Vergleichssignal einen Wechsel zwischen dem Ruhezustand und dem Fahrzustand anzeigen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß beispielsweise bei einer Deaktivierung der Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters derselbe nicht verloren geht.
Um eine Entscheidung über das erste Vergleichssignal oder über das zweite Vergleichssignal zu treffen, ist die erfindungsgemäße Vergleichseinrichtung ausgebildet, um eine Mehrzahl von Vergleichen innerhalb des Meßintervalls durchzuführen, wobei das erste Vergleichssignal erzeugt wird, wenn die vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb des Meßintervalls den Vergleichsparameter unterschreitet, und wobei das zweite Vergleichssignal von der Vergleichseinrichtung erzeugt wird, wenn die vorgebbare Anzahl der Meßwerte den Vergleichsparameter erreicht oder überschreitet. Das Meßintervall wird somit durch eine Meßwertanzahl, d. h. durch die Mehrzahl von Meßwerten innerhalb des Meßintervalls, bestimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters eine Einrichtung zum Bestimmen der Meßwertanzahl. Die Einrichtung zum Bestimmen der Meßwertanzahl ist beispielsweise ausgebildet, um die Meßwertanzahl unter Verwendung einer maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit zu bestimmen, wobei die maximal zulässige Fehlerwahrscheinlichkeit eine maximal zulässige Wahrscheinlichkeit einer Fehlentscheidung über das erste Vergleichssignal oder über das zweite Vergleichssignal aus der Mehrzahl von Vergleichen angibt, wobei die Mehrzahl von Vergleichen gleich oder kleiner der Meßwertanzahl ist. Vorzugsweise ist die Einrichtung zum Bestimmen der Meßwertanzahl so ausgebildet, um die Meßwertanzahl n unter Verwendung der folgenden Gleichung zu bestimmen: n = log(p_e1)/log(p_emax), wobei log(p_e1) den Logarithmus einer Fehlerwahrscheinlichkeit p_e1 eines Meßwertes ist, und wobei log(p_emax) den Logarithmus der maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit p_emax ist.
Hierbei wird ausgenutzt, daß das Signal von beispielsweise einem Druck- oder einem Beschleunigungssensor im Reifen eines geparkten Fahrzeugs lediglich sehr langsamen Schwankungen durch eine Änderung der Temperatur und dem systembedingten Rauschen der Meßanordnung unterliegt. Für das Rauschen kann in den meisten Fällen vorausgesetzt werden, daß es sich um bandbegrenztes weißes Rauschen handelt. Die Meßraten in den Systemen werden aufgrund der Notwendigkeit, Energie zu sparen, immer im Bereich von einigen Hertz (Hz) liegen, wobei die Bandbreite des weißen Rauschens daher um viele Zenerpotenzen höher zu erwarten ist. In dieser Konstellation wird das Rauschen massiv unterabgetastet und fast die gesamte Rauschenergie liegt im Frequenzbereichen weit oberhalb der Nyquist-Frequenz des Abtastsystems. Unter diesen Voraussetzungen können zwei aufeinander folgende Messungen als in guter Näherung unkorreliert betrachtet werden.
In diesem Fall gilt, daß die Wahrscheinlichkeit einer mehrmaligen zufälligen Überschreitung einer Schwelle, d. h. beispielsweise die (fälschliche) Erkennung eines Fahrzustands obwohl das Fahrzeug noch geparkt ist, für unkorrelierte Zufallsereignisse gleich dem Produkt der Einzelwahrscheinlichkeiten ist. Wird das System so dimensioniert, daß die Schaltschwelle (Vergleichsparameter) bei einigen Vielfachen der Standardabweichung liegt, so ergibt sich beispielsweise für eine Schaltschwelle bei einem Dreifachen einer Standardabweichung unter einer Annahme eines Gauss'schen Zufallsprozesses eine Wahrscheinlichkeit von 0,3%, daß ein Meßwert aufgrund des Rauschens über die Schwelle fällt und somit eine Fehlentscheidung auslösen würde. Die Wahrscheinlichkeit, daß dies dreimal hintereinander geschieht, liegt unter Zugrundelegung der Annahme, daß die Einzelmessungen unkorreliert sind, bei beispielsweise (0,3%)^3 = 27 ppm.
Das erfindungsgemäße System verfügt über eine Schaltschwelle (Vergleichsparameter), bei deren Über- bzw. Unterschreitungen eine Aktion ausgelöst wird, z. B. die Übertragung von Meßdaten nach außen oder ein Wechsel eines systeminternen Zustands, der z. B. wiederum eine Erhöhung einer Abtastrate zur Folge hat. Diese Schaltschwelle kann adaptiv ermittelt werden oder durch einen Timer zeitabhängig verändert werden. Das durch das Sensorsystem, das beispielsweise den Drucksensor umfaßt, verursachte Rauschen und seine Charakteristik ist bekannt, womit sich eine Fehlerwahrscheinlichkeit (p_e1) für die Einzelmessung ergibt. Um eine Entscheidung mit der vorgegebenen maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit (p_emax) zu treffen, wird eine Wiederholungsanzahl berechnet, die sich als aufgerundeter ganzzahliger Quotient der Logarithmen der beiden Fehlerwahrscheinlichkeiten ergibt. Bei der Wiederholungsanzahl handelt es sich um eine Anzahl der Vergleichswiederholungen, die durch die bereits erwähnte Meßwertanzahl vorgegeben wird. Wenn ein Entscheidungskriterium erfüllt ist, wird eine Entscheidung wiederholt. Fällt die Entscheidung bei der Wiederholung nicht gleich aus, so wird die Entscheidung verworfen und Wiederholungen werden abgebrochen. Fällt die Entscheidung bei der Wiederholung gleich aus, so wird die Wiederholung fortgesetzt, bis n Wiederholungen mit gleichem Resultat vorliegen, und erst dann wird die Entscheidung über den Zustandsparameter endgültig getroffen. Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die n-fach Entscheidung ist dann: p_{e(m aus n)} = p_e1 ⁿ
Die Wiederholungen erfolgen nur, wenn aufgrund eines einzelnen Entscheidungsversuchs eine Entscheidung, z. B. ein Wechsel vom Parkzustand in den Fahrzustand im Falle eines Reifendrucksensors, getroffen würde. Wenn dieser Versuch bereits aufzeigt, daß wahrscheinlich keine Entscheidung erfolgen würde, so kann man auf die Wiederholungen verzichten und sich die energieverbrauchsintensiven weiteren Messungen sparen.
Es müssen jedoch nicht alle Wiederholungen gleich ausfallen, damit die Entscheidung getroffen wird, sondern es wird erfindungsgemäß eine Quote definiert, daß der Wert 'm' aus n Entscheidungsversuchen positiv ausfallen müssen. Dabei ist der Wert 'n' beispielsweise die Meßwertanzahl innerhalb des Meßintervalls und der Wert 'm' die vorgebbare Anzahl der Meßwerte. Die Fehlerwahrscheinlichkeit ergibt sich dann als: p_{e(m aus n)} = p_e1 ⁿ/(1 – p_e1)^m-n
Diese Variante ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Signal, über das entschieden werden soll, ebenfalls zufällig ist und zeitweise auf einen Wert abfallen kann, der nicht zu einer Entscheidung führen würde. Beispielsweise kann die Entscheidung, ob ein Fahrzeug fährt oder nicht, aufgrund des Reifendrucks oder aufgrund einer Messung der Zentrifugalkraft mit einem Beschleunigungssensor, auch wenn das Fahrzeug bereits losgefahren ist, immer wieder durch kurze Halteunterbrechungen falsch ausfallen, obwohl das Fahrzeug nicht wieder geparkt wurde. Parken bedeutet hier in diesem Zusammenhang ein länger zeitiges Abstellen des Fahrzeugs.
Erfindungsgemäß können auch mehrere Schwellen definiert werden, die unterschiedlich oft auftreten müssen, um zu einer Entscheidung zu führen. Beispielsweise muß dabei eine erste Schwelle bei einer dreifachen Standardabweichung zehnmal eintreten, eine zweite Schwelle bei vierfacher Standardabweichung fünfmal eintreten, eine dritte Schwelle bei fünffacher Standardabweichung zweimal eintreten, und die Entscheidung wird erst dann endgültig getroffen, wenn innerhalb eines definierten Zeitfensters eine der den unterschiedlichen Schaltschwellen zugeordneten Kriterien erfüllt wird.
Erfindungsgemäß können jedoch unterschiedliche Schwellen eingeführt werden, wobei einer jeden Schwelle Punkte zugeordnet werden. Hierbei liefert beispielsweise eine erste Schwelle bei dreifacher Standardabweichung einen Punkt, eine zweite Schwelle bei vierfacher Standardabweichung zwei Punkte, eine dritte Schwelle bei fünffacher Standardabweichung vier Punkte. Die Punkte werden über ein definiertes Zeitfenster aufsummiert und die Entscheidung wird erst dann wirklich getroffen, wenn eine definierte Mindestpunktanzahl erreicht wird.
Die Zeitabstände der Wiederholungsmessungen müssen nicht im gleichen Raster liegen, wie die Messungen vor der Schwellwertüberschreitung, sondern können schneller erfolgen, um eine Abtastrate zu gewährleisten, die zum einen zwar noch immer deutlich unterhalb der Bandbreite des überlagerten Rauschens liegt, aber das zu detektierende Signale, z. B. fahrtbedingte Druckänderungen, möglichst überabtastet, d. h. schneller als die durch das Shannon'sche Abtasttheorem definierte Nyquistrate. Bei einer Nichterfüllung des Wiederholkriteriums wird wieder auf die alte für den Parkzustand definierte Abtastrate zurückgeschaltet. Bei einer Erfüllung des Wiederholkriteriums kann die erhöhte Abtastrate beibehalten werden oder auf eine andere für den Fahrzustand definierte Abtastrate gewechselt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandsparameters eine Einrichtung zum Bestimmen der vorgebbaren Anzahl. Die Einrichtung zum Bestimmen der vorgebbaren Anzahl ist bevorzugt ausgebildet, um die vorgebbare Anzahl in Abhängigkeit von einer Standardabweichung der Meßwerte zu bestimmen, wie es bereits beschrieben worden ist.
Die vorgebbare Anzahl umfaßt beispielsweise eine erste vorgebbare Anzahl und eine zweite vorgebbare Anzahl, wobei die Einrichtung zum Bestimmen aus der vorgebbaren Anzahl ausgebildet ist, um die erste vorgebbare Anzahl in Abhängigkeit von einer ersten Standardabweichung der Meßwerte zu bestimmen, und um die zweite vorgebbare Anzahl in Abhängigkeit von einer zweiten Standardabweichung der Meßwerte zu bestimmen, wobei der ersten Standardabweichung ein erster Gewichtungspunkt zugeordnet ist, und wobei der zweiten Standardabweichung ein zweiter Gewichtungspunkt zugeordnet ist, wie es bereits beschrieben worden ist. Dabei ist die erfindungsgemäße Vergleichseinrichtung ausgebildet, um eine Mehrzahl von Vergleichen durchzuführen, wobei jedem Vergleich der erste oder der zweite Gewichtungspunkt zugeordnet wird, und um das erste Vergleichssignal oder um das zweite Vergleichssignal auf der Basis der Summe der Gewichtungspunkte zu erzeugen, wie es bereits erwähnt worden ist. Vorzugsweise weist der erste Vergleichsparameter dabei auf den Ruhezustand des Fahrzeugs hin, wobei der zweite Vergleichsparameter auf den Fahrzustand des Fahrzeugs hinweist. Dies gilt für den Fall, daß der Zustandsparameter eine Fahrsituation des Fahrzeugs ist, die den Ruhezustand und den Fahrzustand umfaßt.
In 2 ist ein Schaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objektes gemäß einer weiteren Ausgestaltung dargestellt.
Die Vorrichtung umfaßt einen Sensor 201, der mit einem Bandpaßfilter 203 gekoppelt ist. Ein Ausgangssignal des Bandpaßfilters 203 wird verzweigt, wobei beide Anteile einem Multiplizierer 205 zugeführt werden. Der Multiplizierer 205 hat einen Ausgang 207, der mit einem ersten Eingang 209 einer Verarbeitungseinrichtung 211, die ein Prozessor sein kann, gekoppelt. Die Verarbeitungseinrichtung 211 umfaßt ferner einen zweiten Eingang 213, einen ersten Ausgang 215 sowie einen zweiten Ausgang 217.
Der Ausgang 207 des Multiplizierers 205 ist ferner mit einem ersten Eingang 219 eines Tiefpaßfilters 221 gekoppelt. Das Tiefpaßfilter weist ferner einen zweiten Eingang 223 auf, der mit dem ersten Ausgang 215 der Verarbeitungseinrichtung 211 gekoppelt ist.
Der Drucksensor 201 (Sensor) ist ausgebildet, um Reifendruckmeßdaten aufzunehmen und um die Reifendruckmeßwerte an den Bandpaß 203 weiterzuleiten. Das Drucksignal (Reifendruckmeßwerte), wird dann bandpaßgefiltert, um den Frequenzbereich, in dem durch den Fahrbetrieb bedingte Änderungen des Reifendrucks erwartet werden, möglichst gut aus dem höherfrequenten Rauschen und aus den niederfrequenten Umgebungstemperaturbedingten Druckänderungen herauszufiltern. Das Ausgangssignal des Bandpasses wird dann mit Hilfe des Multiplizierers 205 quadriert. Das quadrierte Ausgangssignal des Bandpasses stellt dabei ein Maß für eine aktuelle Größe der Druckänderungen im relevanten Frequenzbereich dar und wird im weiteren als Kurzzeitvarianzmaß bezeichnet. Das quadrierte Signal wird im Parkzustand (static) nochmals tiefpaßgefiltert, um einen Langzeitmittelwert des Kurzzeitvarianzmaßes zu erhalten. Im weiteren wird dieser Wert als Langzeitvarianzmaß bezeichnet.
Im Fahrzustand (Dynamik) wird die Tiefpaßfilterung unterbrochen und das Langzeitvarianzmaß bleibt beispielsweise konstant auf dem letzten Wert vor dem Wechsel in dem Parkbetrieb ermittelten Wert oder auf einem der unmittelbar darauffolgenden Werte.
Die Verarbeitungseinrichtung 211 übernimmt dabei die Aufgabe, eine Entscheidung über einen Wechsel vom Parkbetrieb in den Fahrbetrieb und umgekehrt zu treffen. Dabei hat die Verarbeitungseinrichtung 211 beispielsweise einen Aufbau, wie er prinzipiell in 3 dargestellt ist.
In 3 ist eine mögliche Realisierung der in 2 dargestellten Verarbeitungseinrichtung 211 gezeigt. Die Verarbeitungseinrichtung umfaßt zunächst drei Verstärker 301, deren Eingänge mit dem zweiten Eingang 213 gekoppelt ist. Die Ausgänge der Verstärker 301 sind jeweils mit einem ersten Eingang eines jeweiligen Subtrahierers 303 verbunden. Der erste Eingang 209 ist hingegen mit dem jeweiligen zweiten Eingang des jeweiligen Subtrahierers 303 gekoppelt. Jeder der Subtrahierer 303 weist einen Ausgang auf, der jeweils über einen Vorzeichenentscheider 305 sowie einen Begrenzer 307 mit einem Verstärker 309 gekoppelt ist. Jeder der Verstärker 309 weist einen Ausgang auf, wobei die Ausgänge der Verstärker 309 einem Summierer 311 zugeführt sind. Der Summierer 311 weist einen Ausgang 313 auf, der mit einem ersten Eingang eines Integrierers 315 gekoppelt ist. Der Integrierer hat zwei Ausgänge, wobei der erste Ausgang des Integrierers mit einem Begrenzer 317 gekoppelt ist. Der Begrenzer 317 hat einen Ausgang 319, der mit einem Verzögerungsglied 321 gekoppelt ist. Der Ausgang 319 ist ferner mit einem UND-Verknüpfungsblock 323 gekoppelt. Der UND-Verknüpfungsblock 323 weist ferner einen weiteren Eingang auf, mit dem ein Ausgang eines Schrittzählers 325 gekoppelt ist. Der UND-Verknüpfungsblock 323 weist ferner einen Ausgang auf, der mit einem S-Eingang eines S-R-Flip-Flops 327 gekoppelt ist. Das Flip-Flop 327 hat zwei Ausgänge, die mit den Ausgängen 215 und 217 der Verarbeitungseinrichtung 211 gekoppelt sind.
Ein Ausgang des Verzögerungsglieds 321 ist mit einem ODER-Verknüpfungsblock 329 gekoppelt. Ein Ausgang des ODER-Verknüpfungsblocks 329 ist mit dem zweiten Eingang des Integrators 315 verbunden. Der ODER-Verknüpfungsblock 329 weist ferner einen weiteren Eingang auf, der mit einem Ausgang eines Verzögerungsglieds 331 gekoppelt ist. Das Verzögerungsglied 331 weist einen Eingang auf, mit dem ein Ausgang eines Begrenzers 317 gekoppelt ist. Der Begrenzer 317 umfaßt einen Eingang, mit dem ein Ausgang eines Integrators 333 gekoppelt ist. Ein erster Eingang des Integrators 333 ist mit einem Block 335 zum Liefern einer Konstanten verbunden. Ein zweiter Eingang des Integrierers 333 ist mit dem zweiten Eingang des Integrierers 315 und mit dem Ausgang des ODER-Verknüpfungsblocks 329 verbunden.
Der Ausgang des Verzögerungsglieds 321 ist mit einem Eingang eines ODER-Verknüpfungsglieds 335 gekoppelt. Das ODER-Verknüpfungsglied 335 hat einen Ausgang, der mit einem zweiten Eingang eines Integrators 337 gekoppelt ist. Ein erster Eingang des Integrators 337 ist mit einem Block 339 zum Liefern eines konstanten Wertes gekoppelt. Der Integrierer 337 hat einen Ausgang, der mit einem Eingang eines Begrenzers 317 gekoppelt ist. Der Begrenzer 317 hat einen Ausgang, der mit einem Ausgang eines Verzögerungsglieds 341 verbunden ist. Das Verzögerungsglied 341 hat einen Ausgang, der mit einem zweiten Ausgang des ODER-Verknüpfungsglieds 335 gekoppelt ist. Der Ausgang des Verzögerungsglieds 341 ist ferner mit einem R-Eingang des Flip-Flops 327 verbunden.
In 3 ist ferner eine Signalabgriffsfläche 343 dargestellt, über die ein Ausgang des Summierers 311 anliegendes Signal abgegriffen werden kann. Darüber hinaus ist in 3 eine Abgriffsfläche 345 dargestellt, über die ein Ausgangssignal des UND-Verknüpfungsblocks 323 abgegriffen werden kann. 3 zeigt ferner eine Abgriffsfläche 347, über die ein Ausgangssignal des Verzögerungsglieds 341 abgegriffen werden kann.
Die in 3 dargestellte Verarbeitungseinrichtung ist ausgebildet, um eine Entscheidung über einen Wechsel vom Parkbetrieb in den Fahrbetrieb vorzugsweise nach dem folgenden erläuterten Verfahren durchzuführen.
Wenn das Kurzzeitvarianzmaß (Delta) ein definiertes Vielfaches des Langzeitvarianzmaßes (Delta AV) überschreitet, wird jeweils ein Zähler inkrementiert. Als eine Variante, die in 3 dargestellt ist, können mehrere Vielfache (z. achtfach, sechzehnfach und zweiunddreißigfach) definiert werden, und der Zähler wird bei einem größeren Vielfachen gleich um mehrere Schritte, z. B. 1, 2 und 4, inkrementiert. Wenn der Zähler, der durch den Integrator 315 realisiert wird, innerhalb eines definierten Zeitfensters, das durch den Integrator 333 erzeugt wird, einen Schwellwert erreicht oder überschreitet, wird ein Signal erzeugt, das über die Abgriffsfläche 345 abgegriffen werden kann. Wird der Schwellwert (Vergleichsparameter) bei Ablauf des Zeitfensters nicht erreicht, so wird der Zähler zurückgesetzt. Wenn das oben erwähnte Signal im Parkzustand auftritt, wird in den Fahrzustand gewechselt, was durch das Flip-Flop 327 bewerkstelligt wird. Wenn das obige Signal im Fahrzustand nicht wenigstens einmal innerhalb eines weiteren definierten Zeitfensters, das durch den Integrator 337 festgelegt wird, auftritt, wird in den Parkzustand zurückgewechselt, was über das an der Abgriffsfläche 347 anliegende Signal gesteuert werden kann.
In 4a–e sind beispielhafte Simulationsbeispiele des mittleren Reifendrucks dargestellt, die eine Herleitung der Zustände Fahren oder Ruhe durch das nachfolgend beschriebene Verfahren verdeutlichen.
In 4a sind Druckmeßwerte dargestellt, wobei der Druck beispielhaft in einem 0,5-Sekunden-Abstand gemessen wurde. Ausgehend von den Druckmeßwerten wird ein Kurzzeitmittelwert berechnet, der in 4b dargestellt ist. Zur Berechnung des Kurzzeitmittelwertes wurde ein IIR-Filter erster Ordnung herangezogen, der die folgende Übertragungsfunktion hat:
Darin bezeichnet der Term 'a' eine Konstante, die die eine Grenzfrequenz des Filters bestimmt.
In 4c ist eine Differenz der Druckwerte zum Kurzzeitmittelwert der Druckmessung gezeigt. Dieser wurde durch eine Hochpaßfilterung (H_HP = 1 – H_IIR1(z)) erzeugt.
Um den Rauscheinfluß zu verringern, kann statt dessen auch ein Bandpaß eingesetzt werden, der die höchsten Präsenzanteile des Signals oberhalb der Frequenz, die man durch Fahrbewegungen des Fahrzeugs erzeugt, nochmals dämpft. Im weiteren werden die Differenzen quadriert, wodurch sich ein Kurzzeitvarianzmaß ergibt, das in 4d durch das Bezugszeichen (401) dargestellt ist.
Die Differenzquadrate werden wiederum mit einem IIR-Filter gefiltert, das folgende Übertragungsfunktion hat:
wobei 'b' eine Konstante bezeichnet, die die Grenzfrequenz des Filters bestimmt.
Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug zunächst geparkt und beginnt nach 600 Sekunden zu fahren. Dies führt zu einem Zustandswechsel (Kurve 402), nach dem das oben erwähnte Signal, das in 4e dargestellt ist, nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erzeugt wurde. Das Langzeitvarianzmaß wird ab dem Wechseln in den Fahrzustand festgehalten. Das Fahrzeug fährt ca. zwei Stunden und wird nach Ablauf von ca. 7500 Sekunden wieder geparkt, was in 4e (Kurve 403) erkennbar ist. Nachdem ein definiertes Zeitfenster abgelaufen ist, innerhalb dessen kein Signal mehr aufgetreten ist, wird ein weiteres Signal d2s erzeugt, das einen Wechsel zurück in den Parkzustand veranlaßt (Kurve 405).
Alternativ kann der Wert über das Eingangssignal zum Quadrierer, der das Kurzzeitvarianzmaß erzeugt, auch durch einen komplexeren Bandpaß erzeugt werden, der z. B. folgende Übertragungsfunktion hat:
Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, daß erfindungsgemäß ferner ein Zeitabstand zur Übertragung der Meßwerte des Reifendrucksensors so bestimmt wird, daß das Reifendrucksensorsystem über seine gesamte Lebensdauer mit einer Batterie betrieben werden kann. Dabei ist keine Messung mit einem Beschleunigungssensor erforderlich, um festzustellen, wann Ruheperioden auftreten, in denen die Übertragungsrate deutlich reduziert werden kann, um Energie zu sparen.
Das erfindungsgemäße System zeigt ein vergleichbares Verhalten wie bereits existierende Lösungen mit Beschleunigungssensoren, so daß es diese ersetzen kann. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird die Adaptivität dadurch verbessert, daß nur noch dann adaptiert wird, wenn geringe statistische Schwankungen des Reifendrucks, wie etwa bei einem geparkten Fahrzeug, auftreten. Dies bietet den Vorteil, daß das Verhalten nur durch das Rauschen des Drucksensorsystems und durch Änderungen der Temperatur beeinflußt wird, da Reifen näherungsweise als isochore Systeme angesehen werden können. Die Einflüsse der Temperatur sind so langsam, daß sie durch eine einfache Filterung vom Rauschen getrennt werden können und stellen daher keine ernst zu nehmende Störung dar. Das Rauschen ist im wesentlichen von typischen Schaltungseigenschaften, z. B. Gesamtkapazität eines kapazitiven Drucksensors, Widerstand einer resistiven Druckmeßbrücke, Eingangsrauschen und Quantisierungsrauschen eines Analog-zu-Digital-Konverters, abhängig und daher gut vorhersagbar.
Erfindungsgemäß wird durch einfache Vergleiche verhindert, daß die Adaption, die im wesentlichen die Temperaturabhängigkeit und Fertigungsstreuung der Systemparameter eliminieren soll, durch ungünstige Verhältnisse im Fahrbetrieb in nicht plausible Bereiche abdriftet. Weiterhin werden bei dem erfindungsgemäßen Konzept weniger Parameter benötigt und der Hardware- und Softwareaufwand wird verringert, wodurch sowohl die Systemkosten als auch der bei batteriebetriebenen Systemlebensdauer-bestimmende Stromverbrauch gesenkt werden können.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters für den Fall, daß der Zustandsparameter eine Fahrsituation eines Fahrzeugs ist, die auf der Basis von Reifendruckmeßwerten bestimmt wird.
Die in 5 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Drucksensor 501, der mit einer Auswerteeinrichtung 503 gekoppelt ist. Die Auswerteeinrichtung 503 umfaßt einen Ausgang 505, mit dem eine Vergleichseinrichtung 507 sowie eine Einrichtung 509 zum Ermitteln eines Vergleichsparameters gekoppelt sind. Die Vergleichseinrichtung 507 hat einen weiteren Eingang 511 sowie einen Ausgang 513. Die Einrichtung 509 zum Ermitteln des Vergleichsparameters weist einen Ausgang auf, der mit einer Einrichtung 514 zum Bereitstellen des Vergleichsparameters gekoppelt ist. Die Einrichtung 514 zum Bereitstellen des Vergleichsparameters hat einen Ausgang, der mit dem weiteren Eingang 511 der Vergleichseinrichtung gekoppelt ist.
Der Drucksensor 501 ist ausgebildet, um den Reifendruck zu messen, und um Reifendruckmeßwerte an die Auswerteeinrichtung 103 zu übertragen. Die Auswerteeinrichtung 503 ist ausgebildet, um eine Mehrzahl von den von dem Drucksensor 501 gelieferten Reifendruckmeßwerten auszuwerten, um ausgewertete Meßwerte als die Meßwerte über den Ausgang 505 auszugeben. Die Auswerteeinrichtung 503 entspricht der bereits beschriebenen Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Mehrzahl von Meßwerten.
Die Einrichtung 509 zum Ermitteln des Vergleichsparameters ist ausgebildet, um die Meßwerte zu empfangen, um daraus den Vergleichsparameter zu ermitteln und um den Vergleichsparameter (den vorgebbaren Vergleichsparameter) an die Einrichtung 514 zum Bereitstellen des Vergleichsparameters zu liefern. Die Einrichtung 514 zum Bereitstellen des Vergleichsparameters ist ausgebildet, um den Vergleichsparameter an die Vergleichseinrichtung 507 zu liefern.
Die Vergleichseinrichtung 507 ist ausgebildet, um die Meßwerte mit dem Vergleichsparameter zu vergleichen, um die Fahrsituation zu ermitteln. Der Vergleichsparameter wird dabei, wie es bereits erwähnt worden ist, bei aufeinanderfolgenden Ermittlungen der Fahrsituation, z. B. während des Fahrzustands des Fahrzeugs, verwendet. Erfindungsgemäß wird der Vergleichsparameter, der von der Einrichtung 114 zum Bereitstellen der Vergleichseinrichtung 107 bereitgestellt wird, für eine Anzahl von Vergleichsvorgängen beibehalten, nachdem der Fahrzustand ermittelt wurde. Dabei kann die Vergleichseinrichtung 507 den zuvor ermittelten Vergleichsparameter beispielsweise speichern, so daß dieser bis zum nächsten angezeigten Stillstand verwendet werden kann.
Die Einrichtung 514 zum Bereitstellen des Vergleichsparameters kann beispielsweise einen Speicher umfassen, in dem der im Parkzustand ermittelte Vergleichsparameter gespeichert und im Fahrzustand für den Vergleich verwendet bzw. bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus kann es sich bei der Einrichtung 514 zum Bereitstellen des Vergleichsparameters beispielsweise um eine Schnittstelle oder eine Verbindung zwischen der Einrichtung 509 zum Ermitteln des Vergleichsparameters und der Vergleichseinrichtung 507 handeln, um den ermittelten Vergleichsparameter an den Eingang der Vergleichseinrichtung 507 anzulegen. In diesem Fall kann die Einrichtung zum Ermitteln des Vergleichsparameters diesen sowohl im Parkzustand als auch im Fahrzustand ermitteln.
Die Einrichtung 514 zum Bereitstellen des Vergleichsparameters kann ferner ausgebildet sein, um den Vergleichsparameter auf dessen Momentanwert beizubehalten, wenn ein Wechsel der ermittelten Fahrsituation zwischen dem Ruhezustand und dem Fahrzustand auftritt.
Es sollte deutlich werden, daß die Einrichtung 514 zum Bereitstellen getrennt ausgebildet sein kann bzw. der Vergleichseinrichtung 507 und der Einrichtung 509 zum Ermitteln zugeordnet sein kann.
Die Vergleichseinrichtung 507 ist ausgebildet, um auf der Basis des Vergleichs zwischen den Meßwerten, die von der Auswerteeinrichtung 503 geliefert werden, und von dem Vergleichsparameter die Fahrsituation zu ermitteln. Bevorzugt ist die Vergleichseinrichtung 507 ausgebildet, um das erste Vergleichssignal oder um das zweite Vergleichssignal auszugeben, das die Fahrsituation (Zustandsparameter), beispielsweise den Ruhezustand oder den Fahrzustand, anzeigt.
Die Vergleichseinrichtung 507 ist ausgebildet, um beispielsweise das erste Vergleichssignal auszugeben, das den Ruhezustand des Fahrzeugs anzeigt, wenn die vorgebbare Anzahl, beispielsweise 2, der Meßwerte den Vergleichsparameter unterschreitet bzw. nicht überschreitet.
Analog ist die Vergleichseinrichtung 507 ausgebildet, um das zweite Vergleichssignal auszugeben, das den Fahrzustand des Fahrzeugs anzeigt, wenn die vorgebbare Anzahl, beispielsweise 2 oder mehr, von Meßwerten den Vergleichsparameter überschreitet oder nicht unterschreitet. Dabei wird ausgenutzt, daß aufgrund der im Vergleich zum Parkzustand höheren Dynamik des Fahrzustands die Meßwerte den Mittelwert der Meßwerte, die im Parkzustand ermittelt worden sind, überschreiten.
Erfindungsgemäß kann jedoch beispielsweise auch eine Staffelung der Zustände erkannt werden. Weist beispielsweise der Fahrzustand einen ersten Fahrzustand mit einer ersten Dynamik und einen zweiten Fahrzustand mit einer zweiten Dynamik auf, so ist die Vergleichseinrichtung 507 gemäß einer weiteren Ausgestaltung ausgebildet, um das erste Vergleichssignal auszugeben, das den ersten Fahrzustand anzeigt, wenn eine Anzahl von Meßwerten ein erstes Vielfaches des Vergleichsparameters überschreitet, jedoch ein zweites Vielfaches nicht überschreitet oder unterschreitet. Analog zeigt das zweite Vergleichssignal auf, daß der zweite Fahrzustand vorherrschend ist, wenn die Anzahl (beispielsweise 2 oder 3) der Meßwerte das zweite Vielfache, beispielsweise fünffach, des Vergleichsparameters überschreitet. Diese Staffelung gilt insbesondere dann, wenn die zweite Dynamik größer als die erste Dynamik ist, d. h. wenn der zweite Fahrzustand beispielsweise durch eine höhere Geschwindigkeit gekennzeichnet ist als der erste Fahrzustand.
6 verdeutlicht eine Herleitung der Zustände „Fahren oder Ruhe”, wobei zu der Herleitung der Zustände beispielhaft das nachfolgend beschriebene Verfahren herangezogen wird. Die Abtastwerte 601 stellen die quadrierten Hochpaß- oder Bandpaßgefilterten Druckwerte dar. Charakteristisch für diese Werte ist, daß sie beim geparkten Fahrzeug geringer sind als beim fahrenden Fahrzeug, weil sich während der Fahrt zum Rauschen des Meßwertes Druckänderungen aufgrund unterschiedlicher Belastung einzelner Reifen Druckschwankungen hinzuaddieren. Zu Beginn der gezeigten Messung war das Fahrzeug geparkt und es kann erkannt werden, daß aufgrund des Rauschens der einzelnen Meßwerte nur wenige Abtastwerte (Samples) über die eingezeichnete Schwelle fallen, wobei diese Abtastwerte mit 'a' gekennzeichnet sind. Tritt dieses ein, wird die Messung wiederholt. Da das Fahrzeug noch geparkt ist, treten die Meßschwankungen nur aufgrund von überwiegend thermischem Rauschen auf, das durch den Sensor und durch die Meßschaltung verursacht wird und beinhalten somit hohe Leistungsdichteanteile bei hohen Frequenzen. Bei den mit 'a' gekennzeichneten Abtastwerten wird daher in der Wiederholung mit hoher Wahrscheinlichkeit festgestellt, daß der Wert der Wiederholungsmessung unter der Wert der Schwelle liegt. Aufgrund dessen, daß sich die Schwellwertüberschreitung mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht wiederholt, kann davon ausgegangen werden, daß sie aufgrund von Meßrauschen aufgetreten ist. Wie zuvor beschrieben wird eine bestimmte Anzahl von Wiederholungen der Kriterienerfüllung innerhalb eines Fensters einer vorgegebenen Anzahl von Messwerten vorgeschrieben (n aus m) um einen Zustandswechsel auszulösen. Dies wird bei zufälliger Überschreitung der Umschaltschwelle aufgrund von Rauschen mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht eintreten. Es wird infolgedessen keine weitere Aktion mehr eingeleitet. Beim Erreichen des mit 'b' gekennzeichneten Punktes fährt das Fahrzeug an. Die Schwelle wird wiederum überschritten. Die Messung wird dann wiederum wiederholt. Die Druckänderungen aufgrund derer diese Überschreitung aufgetreten ist, sind bandbegrenzt. Das bedeutet, das sich die Überschreitung des Schwellwerts bei aufeinanderfolgenden Messungen mit hoher Wahrscheinlichkeit reproduzieren lässt und infolge dessen das Kriterium für die Mehrfachüberschreitung innerhalb des Zeitfensters für die vorgegebene Messwertanzahl erfüllt wird. Dies hat eine Umschaltung in den Fahrzustand zur Folge.
Die 7a–c zeigen anhand weiterer Ausführungsbeispiele beispielhafte Darstellungen von ermittelten Druckmessungsverläufen zur Ermittlung eines Fahrzustands.
Die in 7a–c dargestellten, beispielhaften Diagramme basieren auf Druckmessungen in einem Reifen während eines Fahrtests. Der Test beginnt und endet mit je 600 Sekunden parken und beinhaltet dazwischen zwei. Stunden Fahrzeit im Stadtverkehr. In 7a ist der Druckverlauf 701 und sein durch Tiefpaßfilterung gewonnener Mittelwert 703 dargestellt.
In 7b sind die Druckverlaufswerte hochpaßgefiltert (in diesem Fall durch Differenzbildung von Meßwert und Mittelwert). Hierfür können aber auch andere Hochpaß- oder Bandpaßfilter eingesetzt werden. Die in 7c dargestellten Werte 705 entsprechen den Quadraten der in 7b gezeigten Differenzen. Die in 7c gezeigte Kurve 707 stellt eine abklingende Schwelle dar und in dem dargestellten Fall die Pulsantwort eines IIR-Filters. Wenn die Kurve 707 die Kurve 705 schneidet, wird ein Druckmeßwert gesendet. Es kann erkannt werden, daß dies in den Parkzeiten (hier 600 Sekunden am Anfang und am Ende) nur in sehr großen Zeitabständen möglich ist.
Abweichend hiervon kann die Messung mit geringerer Auflösung erfolgen und daher mit einfacheren und stromsparenderen Schaltungen und Verfahren erfolgen.
In 8 sind die Folgen einer Erhöhung des Rauschens der Meßschaltung oder des Drucksensors dargestellt, die sich im wesentlichen auf die Signalspannungen, während das Fahrzeug geparkt ist, auswirken, da die überlagerten Drucksignale in der Fahrt höher sind und dieses Rauschen übertönen. Dazu werden vorzeitige Überschreitungen der dynamischen Schwelle aufgrund erhöhten Rauschens zugelassen. Tritt dies ein, so wird die Entscheidung wieder in gleicher Weise wie bereits beschrieben durch Wiederholungen abgesichert. Die mit 'a' bezeichneten Positionen markieren dabei Schwellwertüberschreitungen, die nicht durch Wiederholungen bestätigt werden, weil sie aufgrund hochfrequenten Rauschens auftreten. Die mit 'b' bezeichneten Positionen markieren Schwellwertüberschreitungen, die durch Wiederholung bestätigt werden, weil sie durch fahrdynamikbedingte (z. B. Lastwechsel beim Bremsen oder Kurvenfahren) Druckänderungen im Reifen verursacht werden, die sich im Vergleich zum Rauschen nur langsam ändern.
Des weiteren kann verwendet werden, daß Fehlentscheidungen für das Treffen einer Entscheidung andere Fehlertoleranzen vorgegeben werden können als für das Nichttreffen einer Entscheidung. Soll beispielsweise bei einem Reifendrucksensor vom Parkzustand in den Fahrzustand gewechselt werden, so hat ein fälschliches Umschalten von Parkzustand in den Fahrzustand wesentlich gravierende Auswirkungen, nämlich die Erhöhung der Meßrate und der Übertragungsrate und damit des Stromverbrauchs des batteriebetriebenen Systems, als ein fälschlicher Verbleib im Parkzustand, was lediglich dazu führt, daß das Anfahren des Fahrzeugs erst kurze Zeit später erkannt wird. Daher ist die Fehlertoleranz für das Wechseln vom Parkzustand in den Fahrzustand wesentlich geringer als die Fehlertoleranz für das Verbleiben im Parkzustand. Dies gilt sowohl für Verfahren, bei denen die Unterscheidung zwischen Fahrzustand und Parkzustand durch eine Messung der Zentrifugalkraft mit einem Beschleunigungssensor getroffen wird als auch für ein System, bei dem ein Verlauf der Reifendruckmeßwerte für diese Entscheidung herangezogen wird.
Als ein weiteres Beispiel kann hierbei beispielsweise ein Verfahren herangezogen werden, bei dem nicht zwischen Fahrzustand und Parkzustand unterschieden wird, sondern die Entscheidung, wann ein Meßwert gesendet wird, direkt aus dem Verlauf der Reifendruckmeßwerte hergeleitet wird. Hier hat eine fälschliche Entscheidung zum Senden wiederum einen für das batteriebetriebene System belasteten Sendevorgang mit hohem Stromverbrauch zur Folge, während eine fälschliche Entscheidung zum Nichtsenden lediglich eine kurze Verzögerung des Sendevorgangs bedingt.
Weiterhin gilt, daß die Erfüllung der Kriterien, also die Umschaltung zwischen Fahrzuständen und Parkzustand oder die Entscheidung, einen Meßwert zu senden, im Vergleich zu der Zeit, in der keine Entscheidungen zu treffen sind, also dem kontinuierlichen Verbleib in einem Fahrzustand oder dem Parkzustand oder dem Nichtsenden der Meßwerte, extrem selten eintritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Messungen mit exakt der durch die vorgegebene, maximal zulässige Entscheidungsverzögerungszeit definierten Mindesthäufigkeit durchzuführen und sicher zu entscheiden, ob ein Kriterium erfüllt wird, und dennoch weniger Strom zu benötigen.
Bei einer geeigneten Wahl der Zeitabstände zwischen den Wiederholungen kann die Schwellwertüberschreitung mit hoher Wahrscheinlichkeit reproduziert werden. Ein nach den oben beschriebenen Regeln aufgestelltes Wiederholungskriterium kann also mit hoher Wahrscheinlichkeit erfüllt werden. Wird dieses Kriterium erfüllt, wird die ihm zugeordnete Aktion, z. B. ein Erkennen eines Wechsels vom Parkzustand in den Fahrzustand mit einer damit verbundener Erhöhung der Meßrate und vermehrter HF-Übertragung von Meßwerten, durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Konzept kann ferner wie folgt zusammengefaß werden:

1. Der Druck in den Reifen wird in Zeitabständen gemessen, die kürzer sind als der Zeitraum der zur Erkennung des Übergangs zwischen Ruhezustand und Fahrzustand angestrebt wird.
2. Aus den Aufeinanderfolgenden Druckmessungen wird durch Filterung ein Kurzzeitmittelwert des Druckverlaufs gebildet.
3. Von jedem Meßwert wird die Differenz zum Mittelwert gebildet.
4. Die Differenzen werden quadriert.
5. Die Quadrate werden wiederum gefiltert um einen Kurzzeitmittelwert der Abweichungsquadrate zu bestimmen.
6. Es wir vom Ruhezustand in den Fahrzustand gewechselt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Messungen eine vorgegebene Anzahl von Überschreitungen des aktuellen Differenzquadrats über ein vorgegebenes Vielfaches des Kurzzeitmittelwerts der Differenzquadrate auftritt.
7. Bei dieser Umschaltung wird die Filterung der Differenzquadrate angehalten und der letzte Kurzzeitmittelwert der Differenzquadrate wird beibehalten.
8. Es wir vom Fahrzustand in den Ruhezustand gewechselt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Messungen die Umschaltbedingung vom Ruhezustand in den Fahrzustand nicht erfüllt wird.
9. Nach dem Zurückschalten in den Ruhezustand wird die Filterung der Differenzquadrate zur Adaption der Schaltschwelle wieder aktiviert.

Varianten hierzu sind:

(zu 1) Die Meßzeiten können im Fahrzustand anders als im Ruhezustand sein. Dies wird in dem neuen Verfahren wesentlich einfacher weil die Adaption der Schaltschwellen ja nur noch in einem der beiden Zustände durchgeführt wird.
(zu 2, 3) Die Druckdifferenz wird direkt aus 2 aufeinanderfolgenden Druckmessungen gewonnen ohne einen Kurzzeitmittelwert zu bilden.
(zu 4) Anstelle der Differenzquadrate können auch Differenzbeträge verwendet werden.
(zu 5) Das Vielfache des Kurzzeitmittelwerts wird durch einen Maximalwert begrenzt um sicherzustellen, daß hohe Druckabweichungen die im Ruhezustand nicht plausibel sind immer zum Wechsel in den Fahrzustand führen.
(zu 5) Das Vielfache des Kurzzeitmittelwerts wird durch einen Minimalwert begrenzt um sicherzustellen, daß Druckabweichungen die für einen Fahrzustand eindeutig zu gering sind nicht zum unnötigen Wechsel in den Fahrzustand führen können.
(zu 5, 6) Es können durch eine Staffelung der Vielfachen und Bruchteile die als Schaltgrenzen definiert sind zusätzliche Zustände definiert werden. Beispiel: Ruhe, Fahren (geringe Dynamik), Fahren (hohe Dynamik), Alarmzustand.
(zu 7) Der eingefrorene Wert des Kurzzeitmittelwerts der Differenzqadrate wird durch eine Temperaturkompensation an die Proportionalität des thermischen Rauschens (das den wesentliche Anteil der Messdifferenzen im Ruhezustand verursachen sollte) zur absoluten Temperatur angepasst. D. h. bei einem Temperaturanstieg wird die Schaltschwelle die den Umstieg vom Ruhezustand in den Fahrzustand definiert ebenfalls angehoben um die Schaltbedingung von der Temperatur unabhängig zu machen.

Gemäß einem weiteren Aspekt, kann das erfindungsgemäße Konzept wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Das System verfügt über eine Schaltschwelle bei deren über- bzw. Unterschreiten eine Aktion ausgelöst wie zum Beispiel die Übertragung von Meßdaten nach außen oder den Wechsel eines Systeminternen Zustands der z. B. wiederum die Erhöhung der Abtastrate zur Folge hat.
2. Diese Schaltschwelle kann auch wie in [1, 2] beschrieben adaptiv ermittelt werden oder durch einen Timer zeitabhängig verändert werden.
3. Das durch das Sensorsystem verursachte Rauschen und seine Charakteristik ist bekannt und damit ergibt sich eine Fehlerwahrscheinlichkeit (p_e1) für die Einzelmessung.
4. Um eine Entscheidung mit einer vorgegebenen maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit (p_emax) zu treffen wird eine Wiederholungsanzahl berechnet die sich als aufgerundeter ganzzahliger Quotient der Logartithmen der beiden Fehlerwahrscheinlichkeiten ergibt. n = log(p_e1)/log(p_emax)
5. Die Entscheidung wird dann immer wenn ein Entscheidungskriterium erfüllt ist wiederholt. Fällt sie bei der Wiederholung nicht gleich aus wird die Entscheidung verworfen und die Wiederholungen werden abgebrochen. Fällt die Entscheidung bei der Wiederholung gleich aus, so wird die Wiederholung fortgesetzt bis n Wiederholungen mit gleichem Resultat vorliegen und die erst dann wird Entscheidung endgültig getroffen. Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die n-fach Entscheidung ist dann: p_{e(n aus n)} = p_e1 ⁿ
6. Die Wiederholungen erfolgen nur wenn aufgrund eines einzelnen Entscheidungsversuchs eine Entscheidung (Beispiel Reifendrucksensor: Wechsel vom Parkzustand in den Fahrzustand) getroffen würde, wenn dieser Versuch bereits aufzeigt, das wahrscheinlich keine Entscheidung erfolgen würde, kann man auf die Wiederholungen verzichten und sich die energieverbrauchsintensiven weiteren Messungen sparen.

Varianten hierzu sind:

(zu 5) Es müssen nicht alle Wiederholungen gleich ausfallen, damit die Entscheidung getroffen wird sondern es wird eine Quote definiert, das m aus n Entscheidungsversuchen positiv ausfallen müssen. Die Fehlerwahrscheinlichkeit ergibt sich dann als p_{e(m aus n)} = p_e1 ⁿ/(1 – p_e1)^m-n Diese Variante ist insbesondere dann sinnvoll wenn das Signal über das entschieden werden soll ebenfalls zufällig ist und zeitweise auf einen Wert abfallen kann, der nicht zu einer Entscheidung führen würde (z. B.: die Entscheidung ob ein Fahrzeug fährt oder nicht aufgrund des Reifendrucks oder aufgrund einer Messung der Zentrifugalkraft mit einem Beschleunigungssensor kann auch wenn das Fahrzeug bereits losgefahren ist immer wieder durch kurze Halteunterbrechungen falsch ausfallen, obwohl das Fahrzeug nicht wieder geparkt wurde (Parken meint hier längerzeitiges Abstellen).
(zu 5) Man kann auch mehrerer Schwellen definieren die Unterschiedlich oft auftreten müssen um zur Entscheidung zu führen (z. B.:
1. Schwelle bei 3facher Standardabweichung muß 10mal eintreten
2. Schwelle bei 4facher Standardabweichung muß 5mal eintreten
3. Schwelle bei 5facher Standardabweichung muß 2mal eintreten) die Entscheidung wird erst dann endgültig getroffen wenn innerhalb eines definierten Zeitfensters eines der den Unterschiedlichen Schwellen zugeordneten Kriterien erfüllt wird.
(zu 5) wie zuvor kann man unterschiedliche Schwellen einführen und jeder Schwelle Punkte zuordnen (z. B.:
1. Schwelle bei 3facher Standardabweichung liefert 1. Punkt
2. Schwelle bei 4facher Standardabweichung liefert 2. Punkte
3. Schwelle bei 5facher Standardabweichung liefert 4. Punkte) die Punkte werden über ein definiertes Zeitfenster aufsummiert und die Entscheidung wird erst dann wirklich getroffen wenn eine definierte Mindestpunktzahl erreicht wird.
(zu 5) Die Zeitabstände der Wiederholungsmessungen müssen nicht im gleichen Raster liegen wie die Messungen vor der Schwellwertüberschreitung sondern könner schneller erfolgen um eine Abtastrate zu gewährleisten, die zum einen zwar noch immer deutlich unterhalb der Bandbreite des überlagerten Rauschens liegt aber das zu detektierende Signal (z. B. fahrtbedingte Druckänderungen) möglichst überabtastet (schneller als die durch das Shannonsche Abtasttheorem definierte Nyquistrate). Bei Nichterfüllung des Wiederholkriteriums wird wieder auf die alte für den Parkzustand definierte Abtastrate zurückgeschaltet. Bei Erfüllung des Wiederholkriteriums kann die erhöhte Abtastrate beibehalten werden oder auf eine andere für den Fahrzustand definierte Abtastrate gewechselt werden.

Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, daß das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.
Bezugszeichenliste

101: Einrichtung zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten
103: Vergleichseinrichtung
105: weiterer Eingang der Vergleichseinrichtung
106: Ausgang der Vergleichseinrichtung
201: Drucksensor
203: Bandpaßfilter
205: Multiplizierer
207: Ausgang
209: erster Eingang
211: Verarbeitungseinrichtung
213: zweiter Eingang
215: erster Ausgang
217: zweiter Ausgang
219: erster Eingang
223: zweiter Eingang
301: Verstärker
303: Subtrahierer
305: Vorzeichenentscheider
307: Begrenzer
309: Verstärker
311: Summierer
313: Ausgang
315: Integrator
317: Beschränker
319: Ausgang
321: Verzögerungsglied
323: Und-Verknüpfungsblock
325: Schrittzähler
327: Flip-Flop
329: Oder-Verknüpfungsglied
331: Verzögerungsglied
333: Integrator
335: Block zum Liefern eines konstanten Wertes
337: Integrator
339: Block zum Liefern eines konstanten Wertes
341: Verzögerungsglied
343: Abgriffsfläche
345: Abgriffsfläche
347: Abgriffsfläche
501: Drucksensor
503: Auswerteeinrichtung
505: Ausgang
507: Vergleichseinrichtung
509: Einrichtung zum Ermitteln eines Vergleichsparameters
511: Eingang
513: Ausgang

Claims

Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objektes, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (101) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten basierend auf Reifendruckmesswerten, wobei die Meßwerte Informationen bezüglich des Zustandsparameters des zu überwachenden Objekts aufweisen, wobei der Zustandsparameter eine Fahrsituation eines Fahrzeugs ist, und wobei die Fahrsituation einen Ruhezustand und einen Fahrzustand umfasst; einer Einrichtung zum Ermitteln und Bereitstellen eines Vergleichsparameters basierend auf den von der Einrichtung zum Bereitstellen bereitgestellten Messwerten; einer Vergleichseinrichtung (103) zum Vergleichen der Meßwerte mit dem vorgebbaren Vergleichsparameter, wobei die Vergleichseinrichtung (103) ausgebildet ist, um ein erstes Vergleichssignal auszugeben, wenn eine vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb eines Meßintervalls den Vergleichsparameter unterschreitet, und um ein zweites Vergleichssignal auszugeben, wenn die vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb des Meßintervalls den Vergleichsparameter erreicht oder überschreitet, wobei das erste Vergleichssignal und das zweite Vergleichssignal auf den Zustandsparameter hinweisen, wobei das Meßintervall durch eine Messwertanzahl bestimmt ist; und einer Einrichtung zum Bestimmen der Meßwertanzahl, die ausgebildet ist, um die Meßwertanzahl unter Verwendung einer maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit zu bestimmen, wobei die maximal zulässige Fehlerwahrscheinlichkeit eine maximal zulässige Wahrscheinlichkeit einer Fehlentscheidung über das erste oder das zweite Vergleichssignal aus einer Mehrzahl von Vergleichen angibt, wobei der Wert 'n' die Meßwertanzahl innerhalb des Meßintervalls und der Wert 'm' die vorgebbare Anzahl der Meßwerte ist, wobei sich die Ferhlerwahrscheinlichkeit ergibt als p_{e(m aus n)} = p_e1 ⁿ/(1 – p_e1)^m-n, wobei p_e1 die Fehlerwahrscheinlichkeit eines Wertes ist; wobei die Einrichtung (101) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten einen Meßsensor umfasst, wobei der Meßsensor einen Reifendrucksensor aufweist, wobei der Meßsensor im Ruhezustand eine erste Meßrate und im Fahrzustand eine zweite Meßrate aufweist, wobei die erste Meßrate niedriger als die zweite Meßrate ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung (101) zum Bereitstellen der Mehrzahl von Meßwerten einen Beschleunigungssensor umfaßt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung (101) zum Bereitstellen der Meßwerte eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Mehrzahl von Meßwerten umfaßt, um ausgewertete Meßwerte als die Meßwerte zu liefern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Auswerteeinrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen eines Mittelwertes aus der Mehrzahl von Meßwerten und einen Subtrahierer zum Bestimmen einer Differenz zwischen den Meßwerten und dem Mittelwert aufweist, wobei die ausgewerteten Meßwerte die Differenz oder ein Betrag der Differenz sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Bestimmen des Mittelwertes ein Tiefpaßfilter aufweist, um den Mittelwert durch eine Tiefpaßfilterung zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Auswerteeinrichtung einen Subtrahierer zum Bestimmen einer Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Meßwerten aufweist, wobei die ausgewerteten Meßwerte die Differenz oder ein Betrag der Differenz sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Auswerteeinrichtung einen Quadrierer aufweist, der ausgebildet ist, um die Differenz oder um einen Betrag der Differenz zu quadrieren, um eine quadrierte Differenz zu erhalten, wobei die ausgewerteten Meßwerte die quadrierte Differenz sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters ausgebildet ist, um einen Mittelwert der Meßwerte zu bestimmen, wobei der Mittelwert der ausgewerteten Messwerte der vorgebbare Vergleichsparameter ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters ein Tiefpaßfilter aufweist, um den Mittelwert der Meßwerte durch eine Tiefpaßfilterung zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters ausgebildet ist, um ein Vielfaches des Vergleichsparameters oder um einen Bruchteil des Vergleichsparameters als den vorgebbaren Vergleichsparameter auszugeben.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters steuerbar ist, und wobei die Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandsparameters eine Steuereinrichtung zum Steuern der Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters umfaßt, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um ein erstes Steuersignal zu erzeugen, ansprechend auf welches die Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters den vorgebbaren Vergleichsparameter ermittelt, und um ein zweites Steuersignal zu erzeugen, ansprechend auf welches die Einrichtung zum Ermitteln des vorgebbaren Vergleichsparameters eine Ermittlung des vorgebbaren Vergleichsparameters unterbricht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist, um das erste Steuersignal auszugeben, wenn das erste oder wenn das zweite Vergleichssignal den Ruhezustand anzeigt, und um das zweite Steuersignal auszugeben, wenn das erste oder das zweite Vergleichssignal den Fahrzustand anzeigt, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um das erste Steuersignal oder um das zweite Steuersignal aus dem ersten Vergleichssignal oder aus dem zweiten Vergleichssignal abzuleiten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das Meßintervall durch eine Meßwertanzahl bestimmt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der die Meßwertanzahl fest eingestellt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, die ferner eine Einrichtung zum Bestimmen der Meßwertanzahl aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der Meßwertanzahl ausgebildet ist, um die Meßwertanzahl aus einem Verhältnis von Logarithmen einer Fehlerwahrscheinlichkeit eines Meßwertes und der maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, die ferner eine Einrichtung zum Bestimmen der vorgebbaren Anzahl umfaßt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der vorgebbaren Anzahl ausgebildet ist, um die vorgebbare Anzahl in Abhängigkeit von einer Standardabweichung der Meßwerte zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die vorgebbare Anzahl eine erste vorgebbare Anzahl und eine zweite vorgebbare Anzahl umfaßt, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der vorgebbaren Anzahl ausgebildet ist, um die erste vorgebbare Anzahl in Abhängigkeit von einer ersten Standardabweichung der Meßwerte zu bestimmen, und um die zweite vorgebbare Anzahl in Abhängigkeit von einer zweiten Standardabweichung zu bestimmen, wobei der ersten Standardabweichung ein erster Gewichtungspunkt zugeordnet ist, und wobei der zweiten Standardabweichung ein zweiter Gewichtungspunkt zugeordnet ist, wobei die Vergleichseinrichtung (103) ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Vergleichen durchzuführen, wobei jedem Vergleich der erste oder der zweite Gewichtungspunkt zugeordnet ist, und um das erste oder das zweite Vergleichssignal auf der Basis einer Summe der Gewichtungspunkte zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, die ausgebildet ist, um von einem Ruhezustand in einen Fahrzustand zu wechseln, wenn innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Messungen eine vorgegebene Anzahl von Überschreitungen eines aktuellen Differenzquadrats über ein vorgegebenes Vielfaches eines Kurzzeitmittelwerts der Differenzquadrate auftritt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, die ausgebildet ist, um von einem Fahrzustand in einen Ruhezustand zu wechseln, wenn innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Messungen die Umschaltbedingung vom Ruhezustand in den Fahrzustand nicht erfüllt wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, die so ausgebildet ist, daß das Vielfache des Kurzzeitmittelwerts durch einen Maximalwert begrenzt wird, um sicherzustellen, daß hohe Druckabweichungen im Ruhezustand immer zum Wechsel in den Fahrzustand führen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, die so ausgebildet ist, daß ein Vielfaches eines Kurzzeitmittelwerts durch einen Minimalwert begrenzt ist, um sicherzustellen, daß geringe Druckabweichungen im Ruhezustand nicht zum Wechsel in den Fahrzustand führen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, die so ausgebildet ist, daß ein beibehaltener Wert eines Kurzzeitmittelwerts der Differenzquadrate durch eine Temperaturkompensation an die Proportionalität des thermischen Rauschens zur absoluten Temperatur angepaßt wird, wenn das Rauschen den wesentliche Anteil der Meßdifferenzen im Ruhezustand verursacht, so daß bei einem Temperaturanstieg die Schaltschwelle, die das Umschalten vom Ruhezustand in den Fahrzustand definiert, angehoben ist, um die Schaltbedingung von der Temperatur unabhängig zu machen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, die ausgebildet ist, um die Entscheidung zu wiederholen, wenn ein Entscheidungskriterium erfüllt ist, um die Entscheidung zu verwerfen und die Wiederholungen abzubrechen, wenn die Entscheidung bei der Wiederholung nicht gleich ausfällt, und für den Fall, daß die Entscheidung bei der Wiederholung gleich ausfällt, und um die Wiederholung fortzusetzen, bis n Wiederholungen mit gleichem Resultat vorliegen, und um auf der Basis der n Wiederholungen eine Entscheidung zu treffen, wobei die Fehlerwahrscheinlichkeit für die n-fach Entscheidung P_{e(n aus n)} = p_e1 ⁿ beträgt, wobei n die Anzahl der Wiederholungen ist, und wobei p_e1 die Fehlerwahrscheinlichkeit eines Wertes ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 25, die ausgebildet ist, um die Wiederholungen nur dann durchzuführen, wenn aufgrund eines einzelnen Entscheidungsversuchs eine Entscheidung getroffen wurde, wenn dieser Versuch aufzeigt, daß keine Entscheidung erfolgen kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 25 oder 26, bei der die Entscheidung ein Wechsel vom Parkzustand in den Fahrzustand ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, die ausgebildet ist, um eine Entscheidung zu treffen, wenn m aus n Entscheidungsversuchen positiv ausfallen müssen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, bei der mehrere Schwellen definiert sind, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um eine Entscheidung zu treffen, wenn die Schwellen unterschiedlich oft aufgetreten sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 29, bei der eine erste Schwelle bei 3-facher Standardabweichung 10 mal eintreten muß, und bei der eine zweite Schwelle bei 4-facher Standardabweichung 5 mal eintreten muß, und bei der eine dritte Schwelle bei 5-facher Standardabweichung 2 mal eintreten muß, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Entscheidung zu treffen, wenn innerhalb eines definierten Zeitfensters eines der den unterschiedlichen Schwellen zugeordneten Kriterien erfüllt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 29 oder 30, die so ausgebildet ist, daß jeder Schwelle Punkte zugeordnet werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 31, wobei eine erste Schwelle bei 3-facher Standardabweichung einen Punkt liefert, wobei eine zweite Schwelle bei 4-facher Standardabweichung zwei Punkte liefert, wobei eine dritte Schwelle bei 5-facher Standardabweichung vier Punkte liefert, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Punkte über ein definiertes Zeitfenster aufzusummieren und die Entscheidung zu treffen, wenn eine definierte Mindestpunktzahl erreicht ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 32, die ausgebildet ist, um die Wiederholungsmessungen in einem Zeitraster durchzuführen, das sich von dem Zeitraster der Messungen von der Schwellwertüberschreitung unterscheidet, und die Wiederholungsmessungen schneller durchzuführen, um eine Abtastrate zu gewährleisten, die unterhalb der Bandbreite eines überlagerten Rauschens liegt, wobei das zu detektierende Signal, das fahrtbedingte Druckänderungen anzeigt, möglichst überabgetastet wird, wobei eine Abtastrate größer als die Nyquistrate ist, und wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um bei einer Nichterfüllung des Wiederholkriteriums auf eine für den Parkzustand definierte Abtastrate zurückzuschalten, und um bei Erfüllung des Wiederholkriteriums die erhöhte Abtastrate beizubehalten oder auf eine andere für den Fahrzustand definierte Abtastrate zu wechseln.
Verfahren zum Ermitteln eines Zustandsparameters eines zu überwachenden Objekts, mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten basierend auf Reifendruckmesswerten, wobei die Meßwerte Informationen bezüglich des Zustandsparameters des zu überwachenden Objekts aufweisen, wobei der Zustandsparameter eine Fahrsituation eines Fahrzeugs ist, und wobei die Fahrsituation einen Ruhezustand und einen Fahrzustand umfasst; Ermitteln und Bereitstellen eines Vergleichsparameters basierend auf den bereitgestellten Meßwerten; Vergleichen der Meßwerte mit dem vorgebbaren Vergleichsparameter, um ein erstes Vergleichssignal zu erzeugen und auszugeben, wenn eine vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb eines Meßintervalls den Vergleichsparameter unterschreitet, und um ein zweites Vergleichssignal zu erzeugen und auszugeben, wenn die vorgebbare Anzahl der Meßwerte innerhalb des Meßintervalls den Vergleichsparameter erreicht oder überschreitet, wobei das erste Vergleichssignal und das zweite Vergleichssignal auf den Zustandsparameter hinweisen, wobei das Meßintervall durch eine Messwertanzahl bestimmt ist; und Bestimmen der Meßwertanzahl unter Verwendung einer maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit, wobei die maximal zulässige Fehlerwahrscheinlichkeit eine maximal zulässige Wahrscheinlichkeit einer Fehlentscheidung über das erste oder das zweite Vergleichssignal aus einer Mehrzahl von Vergleichen angibt, wobei der Wert 'n' die Meßwertanzahl innerhalb des Meßintervalls und der Wert 'm' die vorgebbare Anzahl der Meßwerte ist, wobei sich die Ferhlerwahrscheinlichkeit ergibt als p_{e(m aus n)} = p_e1 ⁿ/(1 – p_e1)^m-n, wobei p_e1 die Fehlerwahrscheinlichkeit eines Wertes ist; wobei beim Bereitstellen einer Mehrzahl von Meßwerten ein Meßsensor verwendet wird, wobei der Meßsensor einen Reifendrucksensor aufweist, wobei der Meßsensor im Ruhezustand eine erste Meßrate und im Fahrzustand eine zweite Meßrate aufweist, wobei die erste Meßrate niedriger als die zweite Meßrate ist.
Computer-Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 34, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.