DE102005002721A1

DE102005002721A1 - Abtastverfahren für einen asynchronen Sensor und zugehöriger asynchroner Sensor

Info

Publication number: DE102005002721A1
Application number: DE102005002721A
Authority: DE
Inventors: Volker Frese; Michael Schruellkamp; Thomas Mayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US7930126B2; JP4605815B2; WO2006076988A1; JP2008529328A; EP1842031A1; US20090125278A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abtastverfahren für einen asynchronen Sensor (1), bei welchem Sensordaten (a) mit einer Abtastrate (t1) von einem Sensorelement (2) ausgelesen und in ein Ausgaberegister (5) eingeschrieben werden und anschließend mit einer Ausgaberate (t2) aus dem Ausgaberegister (5) ausgelesen werden. Erfindungsgemäß wird durch eine programmierbare Interpolation von mindestens zwei Abtastwerten die Ausgaberate (t2) des Ausgaberegisters (5) erhöht.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Abtastverfahren für einen asynchronen Sensor nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 und von einem zugehörigen asynchronen Sensor nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 6.

Sensoren zur Detektierung und/oder Messung von physikalischen Größen übermitteln diese an eine zentrale Rechen- bzw. Regelungseinheit. Bei analogen Sensoren geschieht die Digitalisierung in der Regel synchron durch eine von der Betriebssoftware vorgegebene Abtastrate des Analog-Digital-Konverters einer zentralen Rechen- bzw. Regelungseinheit. Digitale Sensoren führen eine digitale Übertragung der detektierten und/oder gemessenen physikalischen Größen durch. Bei einer asynchronen Abtastung erfolgt die Aktualisierung der Sensordaten in einem anderen Zeitbereich als die Abholung der Daten vom System über eine digitale Schnittstelle. Durch diese asynchrone Abtastung tritt eine zeitliche Unschärfe (Jitter) auf, welche die Signalqualität herabsetzt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Abtastverfahren für einen asynchronen Sensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und der zugehörige asynchrone Sensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7 haben demgegenüber den Vorteil, dass durch eine programmierbare Interpolation eine Ausgaberate von Sensordaten erhöht und damit der Jitter, d.h. die zeitliche Unschärfe, verkleinert wird. Durch die Reduzierung des Jitters kann in vorteilhafter Weise die Signalqualität verbessert und dadurch die Leistungsfähigkeit bezüglich einer Verkleinerung der Auslösezeiten und der Verbesserung der Unfallerkennung beispielsweise für Personenschutzmittel wie Airbag, Gurtstraffer oder Überrollbügel erhöht werden. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Auslöseverfahren auf eine aufwendige Synchronisation der Sensorsignale mit dem Systemtakt einer zentralen Auswerteeinheit verzichtet werden, wodurch die Flexibilität bei der Auswahl des Auswertekonzeptes für den Sensor und die Technologieauswahl erhöht werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Abtastverfahrens für einen asynchronen Sensor und des im unabhängigen Patentanspruch 7 angegebenen asynchronen Sensors möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass die programmierbare Interpolation als lineare Interpolation umgesetzt ist. Bei der linearen Interpolation wird beispielsweise eine Differenz aus zwei Abtastwerten mit dem Verhältnis Ausgaberate zu Abtastrate multipliziert und das Ergebnis der Multiplikation wird zum alten Abtastwert addiert und in einem Ausgaberegister gespeichert. Die lineare Interpolation ermöglicht eine einfache Implementierung der erfindungsgemäßen Lehre.

Zur Erhöhung der Ausgaberate wird ein erforderlicher Parameter während einer Initialisierungsphase beispielsweise über eine digitale Schnittstelle von einer Steuereinheit an das Ausgaberegister übertragen. Dadurch kann der erforderliche Parameter in vorteilhafter Weise bei Bedarf verändert werden und steht bei Beginn einer Messung zur Verfügung.

Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein Wert für den Parameter zur Erhöhung der Ausgaberate in einem Speicher im Ausgaberegister gespeichert sein, wobei der Wert des Parameters während der Initialisierungsphase durch Umschaltbefehle eingestellt wird, welche von der Steuereinheit beispielsweise über die digitale Schnittstelle an das Ausgaberegister übertragen werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache Auswahl eines vorgegebenen Werts für den erforderlichen Parameter zur Einstellung der Ausgaberate.

Weiterhin ist es möglich, mindestens einen Parameter zur Erhöhung der Ausgaberate als Defaulteinstellung im Ausgaberegister zu speichern und während einer Initialisierungsphase zu laden. Das Abtastverfahren startet dann in vorteilhafter Weise ohne eine Übertragung eines Parameterwertes oder eines Umschaltbefehls direkt im Modus „lineare Interpolation". Durch Übertragung eines entsprechenden Befehls kann dieser Modus bei Bedarf abgeschaltet oder verändert werden, beispielsweise zur Durchführung einer Charakterisierung oder einer Analyse, bzw. für Anwendungen, welche keine lineare Interpolation wünschen.

Aus Sicherheitsgründen kann der eingestellte Parameter in vorteilhafter Weise während des Normalbetriebs gegen eine Programmierung verriegelt werden. Dadurch wird eine Programmierung bzw. Umschaltung des Parameters zwischen den Ausgaberaten verhindert und der eingestellte Parameter bleibt bis zur nächsten Initialisierungsphase des Sensors verriegelt.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Sensors für ein Fahrzeugcrasherkennungssystem, und
2 eine schematische Darstellung einer zeitlichen Unschärfe bei einer asynchronen Sensorsignalabtastung.
Beschreibung
Bei einer asynchronen Abtastung erfolgt die Aktualisierung der Sensordaten in einem anderen Zeitbereich als die Abholung der Daten vom System über eine digitale Schnittstelle. Durch diese asynchrone Abtastung tritt eine zeitliche Unschärfe (Jitter) auf, welche in Abhängigkeit vom verwendeten Algorithmus die Signalqualität und damit die Leistungsfähigkeit bezüglich Auslösezeiten und Crashdiskriminierung herabsetzen kann. Bei bekannten digitalen asynchronen Sensoren ist die Aktualisierung der Sensordaten durch ein angelegtes Taktsignal bzw. durch ein internes Taktsignal auf einen festen Wert eingestellt, welcher in der Regel nicht verändert werden kann. Zur Verbesserung der Signalqualität ist es bekannt, den Jitter durch eine aufwendige Synchronisation der Sensoren oder durch eine Erhöhung der Taktsignalfrequenz zu beseitigen bzw. zu verkleinern. Der Verbesserung sind jedoch durch das gewählte Messprinzip und/oder durch die Prozesstechnologie und durch den hardwaremäßigen Aufbau des Systems Grenzen gesetzt. In einem bekannten Airbagsystem weist ein zentraler Beschleunigungssensor beispielsweise eine Abtastrate von 128 us auf. Eine zentrale Auswerteeinheit holt die Daten beispielsweise mit einer Rate von 500 us ab. Der maximale Jitter der Signaldaten beträt hier deshalb 128 us. Eine schematische Darstellung des Jitters, d.h. der zeitlichen Unschärfe, bei einer asynchronen Sensorsignalabtastung ist in 2 dargestellt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Ausgaberate eines Ausgaberegisters durch eine programmierbare Interpolation von mindestens zwei Abtastwerten zu erhöhen. Zur Umsetzung wird in einer Initialisierungsphase des asynchronen Sensors, beispielsweise bei einem Systemstart_; eine reale physikalische Abtastrate von z.B. 128 us eingestellt, d.h. in einem digitalen Ausgangsregister des Sensors werden die Daten alle 128 us aktualisiert. Zusätzlich wird der Sensor durch einen entsprechenden Befehl oder einen Defaultwert in einen Modus versetzt, in welchem die Bereitstellung der Sensorsignale im digitalen Ausgaberegister durch eine Interpolation zweier oder mehrerer realen Abtastwerte, z.B. auf lus oder 0,5 μs erhöht wird. Je nach verwendetem Algorithmus erhöht sich somit die Leistungsfähigkeit bezüglich Auslösezeiten und Crashdiskriminierung.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines asynchronen Sensors 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Abtastverfahrens für ein Fahrzeugcrasherkennungssystem. Der Sensor 1 umfasst ein Sensorelement 2 zum Detektieren und/oder Messen einer physikalischen Größe, welche mit einer Abtastrate t1 ausgelesen wird, einen Analog-/Digitalwandler 3 und einen digitalen Tiefpassfilter 4. Nach dem Tiefpassfilter 4 wird das digitale Signal in ein Ausgangsregister 5 einer digitalen Schnittstelle eingelesen. Das Ausgaberegister 5 gibt die Sensordaten aus dem Sensorelement 2 mit einer Ausgaberate t2 an eine Steuereinheit 6 aus. Während der Initialisierungsphase übersendet die Steuereinheit 6 einen Parameter n für die Erhöhung der Rate im Ausgangsregister 5 durch lineare Interpolation. Die Interpolation kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Differenz zwischen zwei Sensordaten, welche beispielsweise alle 128 μs zur Verfügung gestellt werden, durch die Anzahlpunkte der Interpolation, welche durch das Verhältnis Abtastrate t1 zu Ausgaberate t2 bestimmt wird, z.B. t1/12 = 128 dividiert bzw. mit dem Verhältnis Ausgaberate t2 zu Abtastrate t1 multipliziert werden, wobei das Verhältnis Ausgaberate t2 zu Abtastrate t1 dem Parameter n entspricht. Das Ergebnis dieser Berechnung wird mit der erhöhten Rate, z.B. 1 μs oder 0,5 μs, zum alten Abtastwert addiert und im Ausgaberegister 5 zur Verfügung gestellt.
Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst das Ausgaberegister einen nicht dargestellten Speicher, in welchem mindestens ein Wert für den Parameter n zur Erhöhung der Ausgaberate t2 gespeichert ist. Während der Initialisierungsphase wird durch einen von der Steuereinheit 6 an das Ausgaberegister 5 übertragenen Umschaltbefehl einer der gespeicherten Werte für den Parameter n aktiviert, d.h. durch entsprechende Befehle kann eine Umschaltung der Ausgaberaten durchgeführt werden.
Bei einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform ist im nicht dargestellten Speicher des Ausgaberegisters 5 mindestens ein Parameter n zur Erhöhung der Ausgaberate t2 als Defaulteinstellung gespeichert, welcher während der Initialisierungsphase geladen wird. Dadurch startet das Abtastverfahren beispielsweise direkt im Modus „lineare Interpolation". Durch eine Übertragung eines entsprechenden Befehls kann dieser Modus dann bei Bedarf verändert oder abgeschaltet werden, beispielsweise zur Durchführung einer Charakterisierung oder einer Analyse, bzw. für Anwendungen, welche keine lineare Interpolation wünschen.
Der in 1 dargestellte Sensor 1 kann aus Sicherheitsgründen im Normalbetrieb verriegelt werden, d.h. eine Programmierung bzw. Umschaltung des Parameters n ist nicht mehr möglich, so dass der eingestellte Parameter bis zur nächsten Initialisierungsphase verriegelt bleibt.
Durch das erfindungsgemäße Abtastverfahren und den zugehörigen asynchronen Sensor kann, beispielsweise in Airbag Steuergeräten, auch bei Verwendung von "Jitter-sensitiven" Algorithmen auf eine Synchronisation der Sensorsignale mit dem Systemtakt der zentralen Auswerteeinheit verzichtet werden. Dadurch wird die aufwendige Umsetzung einer Synchronisierung überflüssig und die Flexibilität bei der Auswahl des Auswertekonzeptes für den Sensor und die Technologieauswahl wird erhöht.

Claims

Abtastverfahren für einen asynchronen Sensor (1), bei welchem Sensordaten (a) mit einer Abtastrate (t1) von einem Sensorelement (2) ausgelesen und in ein Ausgaberegister (5) eingeschrieben werden und anschließend mit einer Ausgaberate (t2) aus dem Ausgaberegister (5) ausgelesen werden, gekennzeichnet durch eine programmierbare Interpolation von mindestens zwei Abtastwerten, um die Ausgaberate (t2) des Ausgaberegisters (5) zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Interpolation eine lineare Interpolation ist, bei welcher eine Differenz aus zwei Abtastwerten mit dem Verhältnis Ausgaberate (t2) zu Abtastrate (t1) multipliziert wird und das Ergebnis der Multiplikation zum alten Abtastwert addiert und im Ausgaberegister (5) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Parameter (n) zur Erhöhung der Ausgaberate (t2) während einer Initialisierungsphase von einer Steuereinheit (6) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter (n) zur Erhöhung der Ausgaberate (t2) im Ausgaberegister (5) gespeichert ist und durch einen während einer Initialisierungsphase von einer Steuereinheit (6) übertragenen Umschaltbefehl aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter (n) zur Erhöhung der Ausgaberate (t2) im Ausgaberegister (5) als Defaulteinstellung gespeichert ist, welcher während einer Initialisierungsphase geladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) während des Normalbetriebs gegen eine Programmierung und/oder Umschaltung des Parameters (n) verriegelt wird.
Asynchroner Sensor zur Durchführung des Abtastverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Sensorelement (2), einem Analog-/Digitalwandler (3) und einem Ausgaberegister (5), wobei das Ausgaberegister (5) Sensordaten (a) mit einer Abtastrate (t1) aus dem Sensorelement (2) ausliest und mit einer Ausgaberate (t2) an eine Steuereinheit (6) ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgaberate (t2) des Ausgaberegisters (5) durch eine programmierbare Interpolation von mindestens zwei Abtastwerten erhöhbar ist.
Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgaberegister (5) einen Parameter (n) zur Erhöhung der Ausgaberate (t2) der Sensordaten (a) an die Steuereinheit (6) über eine digitale Schnittstellte empfängt.
Sensor nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen im Ausgaberegister (5) angeordneten Speicher, in welchem mindestens ein Parameter (n) zur Erhöhung der Ausgaberate (t2) gespeichert ist und welcher während einer Initialisierungsphase durch einen von der Steuereinheit (6) übertragenen Umschaltbefehl aktivierbar ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch einen im Ausgaberegister (5) angeordneten Speicher, in welchem mindestens ein Parameter (n) zur Erhöhung der Ausgaberate (t2) als Defaulteinstellung gespeichert ist, welcher während einer Initialisierungsphase aktivierbar ist.