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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines
Sensorsignals, insbesondere eines Sensorsignals eines Inertialsensors,
zum Beispiel eines Beschleunigungssensors oder Drehratensensors.
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Solche
Sensoren sind beispielsweise in Kraftfahrzeugen vorgesehen zum Erfassen
von Linearbeschleunigungen oder Drehraten, die zum Beispiel für eine Fahrdynamikregelung
oder für
eine Airbag-Steuerung genutzt werden. Ferner sind solche Sensoren
jedoch auch zum Beispiel in Flugzeugen, Satelliten, Raketen oder
Schiffen vorgesehen. Die Sensorsignale solcher Sensoren werden insbesondere
von sicherheitsrelevanten Systemen, wie beispielsweise ABS oder
ESP in Kraftfahrzeugen oder allgemein bei Navigationssystemen genutzt.
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Die
Sensoren sind oft an einer Position verbaut, an der diese einer
Vielzahl von Störeinflüssen ausgesetzt
sind. In Kraftfahrzeugen können
Inertialsensoren beispielsweise an einem Bodenblech des Kraftfahrzeugs
montiert sein. Steineinschläge
auf das Bodenblech, wie sie insbesondere beim Befahren von Schlechtwegstrecken
oder Schotterpisten auftreten, oder ein Aufsetzen des Bodenblechs
auf den Untergrund, also Schockeinwirkungen auf den Sensor, können ein
Sensorsignal zur Folge haben, das für die weitere Nutzung für die Fahrdynamikregelung
oder für
das Navigationssystem ungeeignet ist.
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Um
eine hohe Zuverlässigkeit
des Sensorsignals gewährleisten
zu können,
muss der jeweilige Sensor hohe Anforderungen bezüglich einem Erkennen von Fehlern
und Defekten des Sensors erfüllen, das
heißt,
es muss sichergestellt sein, dass das Sensorsignal des jeweiligen
Sensors nicht auf einem Fehler oder einem Defekt des Sensors beruht.
Dies ist insbesondere bei sicherheitsrelevanten Systemen von Bedeutung,
die für
ei nen zuverlässigen
Betrieb auf zuverlässige
Sensorsignale der Sensoren angewiesen sind.
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Aufgrund
dieser Anforderungen sind Kontrollmechanismen vorgesehen, die den
jeweiligen Sensor und/oder das jeweilige Sensorsignal überprüfen. Es
besteht jedoch die Gefahr, dass durch diese Kontrollmechanismen
ein Fehler oder Defekt des Sensors erkannt wird aufgrund der Schockeinwirkung
auf den Sensor, obwohl lediglich eine kurzzeitige Störung des
Sensorsignals vorliegt. Dies kann zur Folge haben, dass Systeme,
die auf das Sensorsignal des Sensors angewiesen sind, abgeschaltet
werden. Kurzzeitige, durch die Schockeinwirkung hervorgerufene vermeintliche
Sensorfehler, die nicht auf einem tatsächlichen Fehler oder Defekt
des Sensors beruhen, werden nicht als solche erkannt. Die Verfügbarkeit
des Sensors und dessen Sensorsignal und der Systeme, die auf das
Sensorsignal angewiesen sind, kann dadurch erheblich reduziert sein.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines
Sensorsignals zu schaffen, durch das beziehungsweise durch die mögliche Störungen eines
Nutzsignalanteils des Sensorsignals zuverlässig erkennbar sind.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Überprüfen eines
Sensorsignals eines Sensors. Das Sensorsignal wird erfasst. Ein
Störsignalanteil
des Sensorsignals wird ermittelt, dessen Störsignalfrequenzbereich im Wesentlichen
von einem Nutzsignalfrequenzbereich eines ersten Nutzsignalanteils des
Sensorsignals verschieden ist. Ein mittels einer vorgegebenen Norm
normierter Störsignalanteil
wird abhängig
von dem Störsignalanteil
ermittelt. Der normierte Störsignalanteil
wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Abhängig von
dem Vergleich des normierten Störsignalanteils
und des vorgegebenen Schwellenwerts wird auf ein Vorliegen oder
ein Nichtvorliegen einer möglichen
Störung
des ersten Nutzsignalanteils erkannt.
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Die
im Wesentlichen verschiedenen Frequenzbereiche, das heißt der Störsignalfrequenzbereich
und der Nutzsignalfrequenzbereich, sind derart voneinander verschieden,
dass sich diese Frequenzbereiche bezogen auf ihre jeweiligen Grenzfrequenzen,
insbesondere bezogen auf ihre jeweiligen 3dB-Grenzfrequenzen, nicht überlappen.
Das Überprüfen und
Bewerten des Sensorsignals erfolgt also durch Auswerten des Störsignalanteils,
der in dem ersten Nutzsignalanteil des Sensorsignals im Wesentlichen
nicht enthalten ist.
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Die
vorgegebene Norm ist eine Funktion, durch die der Störsignalanteil
derart aufbereitet wird, dass dieser als der normierte Störsignalanteil
einfach mit dem vorgegebenen Schwellenwert vergleichbar ist. Die
vorgegebene Norm umfasst beispielsweise ein Bilden eines Absolutbetrags
des Störsignalanteils oder
eines Effektivwerts des Störsignalanteils.
Die vorgegebene Norm kann jedoch auch anders vorgegeben sein.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Störungen des Sensorsignals, die
sich auch auf den ersten Nutzsignalanteil auswirken können, in dem
Störsignalanteil
besonders deutlich ausgeprägt sind
und daher besonders einfach und zuverlässig erkennbar sind. Mögliche Störungen des
ersten Nutzsignalanteils sind dadurch besonders einfach und zuverlässig erkennbar,
ohne dass der erste Nutzsignalanteil selbst überprüft werden muss. Dies gilt insbesondere
für Störungen,
die durch eine Schockeinwirkung auf den Sensor verursacht werden.
Vorzugsweise umfasst der Störsignalfrequenzbereich höhere Frequenzen
als der Nutzsignalfrequenzbereich des ersten Nutzsignalanteils.
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Das
Sensorsignal und insbesondere auch der erste Nutzsignalanteil des
Sensorsignals ist dadurch zuverlässig
bezüglich
seiner Signalqualität
bewertbar. Vorzugsweise erfolgt das weitere Verarbeiten des Sensorsignals
und insbesondere des ersten Nutzsignalanteils abhängig von
der erkannten Signalqualität,
also abhängig
davon, ob die mögliche Störung des
ersten Nutzsignalanteils erkannt wurde oder nicht. Auf diese Weise
sind insbesondere Störungen
von kurzer Dauer zuverlässig
erkennbar, die zum Beispiel nur einige hundert Millisekunden oder wenige
Sekunden andauern, die jedoch nicht zu einem dauerhaften Ausfall
des Sensors führen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Fehlersignal, das einen
Fehler oder Defekt des Sensors signalisiert, durch die erkannte
mögliche
Störung
maskiert. Durch das Erkennen solcher möglicher Störungen und durch das Maskieren
des Fehlersignals abhängig
von der erkannten Störung
kann verhindert werden, dass Systeme, die den ersten Nutzsignalanteil
nutzen, dauerhaft deaktiviert werden aufgrund des Fehlersignals.
Die Verfügbarkeit
dieser Systeme kann dadurch bei einem nur kurzzeitig unzuverlässigen ersten
Nutzsignalanteil erhöht
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Nutzsignalanteil
in einem ersten Signalpfad ermittelt abhängig von einem Filtern des
Sensorsignals mit einem ersten Tiefpassfilter, das eine erste Grenzfrequenz
aufweist. Ein zweiter Nutzsignalanteil in einem zweiten Signalpfad
wird ermittelt abhängig
von einem Filtern des Sensorsignals mit einem zweiten Tiefpassfilter,
das eine zweite Grenzfrequenz aufweist. Die erste Grenzfrequenz
ist kleiner als die zweite Grenzfrequenz. Der Störsignalanteil wird ermittelt
durch Ermitteln einer Differenz des ersten Nutzsignalanteils und
des zweiten Nutzsignalanteils.
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Dies
ist besonders geeignet für
Anwendungen, bei denen abhängig
von dem erfassten Sensorsignal mindestens zwei Nutzsignalanteile
mit unterschiedlichen Nutzsignalfrequenzbereichen verarbeitet werden,
zum Beispiel zum Bereitstellen von Nutzsignalen mit unterschiedlichen
Messbereichen oder mit einer unterschiedlichen Auflösung oder
Präszision.
Ein Beispiel für
eine solche Anwendung ist das Nutzen von Sensorsignalen von Inertialsensoren
in einem Kraftfahrzeug sowohl für
eine Fahrdynamikregelung als auch für das Erkennen von Unfällen oder das
Erkennen eines Überrollens
und für
das Auslösen
von Airbags. Beispielsweise bleibt der erste Nutzsignalanteil des
Sensorsignals eines Gierratensensors, der für die Fahrdynamikregelung genutzt wird, üblicherweise
bei Werten unterhalb von 100°/s und
Frequenzen unterhalb von etwa 20 Hz. Die erste Grenzfrequenz kann
entsprechend niedrig gewählt werden,
zum Beispiel bei etwa 20 Hz. Für
das Erkennen von Unfällen
oder eines Überrollens
und das Auslösen
von Airbags ist jedoch ein Messbereich bis beispielsweise 300°/s und Frequenzen
erforderlich, die sich beispielsweise bis etwa 75 Hz oder etwa 100 Hz
erstrecken. Entsprechend muss auch die zweite Grenzfrequenz höher als
die erste Grenzfrequenz gewählt
werden, zum Beispiel bei etwa 75 Hz oder 100 Hz. Durch das Nutzen
der zwei Signalpfade kann das Überprüfen des
Sensorsignals besonders einfach und mit geringem zusätzlichen
Aufwand erfolgen.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn vor dem Ermitteln der
Differenz eine Phasenverschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Nutzsignalanteil
durch ein Verzögerungsglied
ausgeglichen wird. Aufgrund des Ausgleichs der Phasendifferenz kann
der Störsignalanteil
durch das Bilden der Differenz abhängig von dem ersten Nutzsignalanteil
und dem verzögerten
zweiten Nutzsignalanteil besonders zuverlässig und präzise ermittelt werden. Ferner
kann die mögliche
Störung
des ersten Nutzsignalanteils auf diese Weise besonders zuverlässig erkannt
werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn die Phasenverschiebung
vor dem Ermitteln der Differenz ausgeglichen wird durch Filtern des
mittels des zweiten Tiefpassfilters in dem zweiten Signalpfad gefilterten
Sensorsignals mit einem dritten Tiefpassfilter als das Verzögerungsglied,
das eine dritte Grenzfrequenz aufweist. Dessen dritte Grenzfrequenz
ist derart dimensioniert, dass die auszugleichende Phasenverschiebung
bezogen auf eine mittlere Frequenz des Stör signalfrequenzbereichs durch das
Verzögerungsglied
ausgeglichen wird. Durch Nutzen des dritten Tiefpassfilters als
Verzögerungsglied
ist nur wenig Speicher erforderlich zum Zwischenspeichern des zweiten
Nutzsignalanteils für dessen
Verzögern.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn das dritte Tiefpassfilter
eine Ordnung von eins aufweist. Der Vorteil ist, dass dadurch besonders
wenig Speicherplatz erforderlich ist. Ferner sind die Auswirkungen
des dritten Tiefpassfilters auf den Frequenzgehalt des zweiten Nutzsignalanteils aufgrund
der niedrigen Ordnung gering und der Störsignalfrequenzbereich wird
entsprechend wenig gedämpft.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Sensor und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines
Sensorsignals des Sensors,
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2 zeitliche
Verläufe
eines ersten und eines zweiten Nutzsignalanteils, eines Störsignalanteils,
eines normierten Störsignalanteils,
eines Fehlersignals und eines Schockerkennungssignals,
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3 ein
Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Überprüfen des Sensorsignals,
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4 ein
Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Überprüfen des Sensorsignals,
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5 ein
Ablaufdiagramm eines dritten Programms zum Überprüfen des Sensorsignals.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktionen sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein
Sensor 1 ist mit einer Vorrichtung 2 gekoppelt.
Die Vorrichtung 2 ist ausgebildet zum Überprüfen eines Sensorsignals SIG
des Sensors 1. Ausgangsseitig ist die Vorrichtung 2 gekoppelt
mit einer Fahrdynamikregelungseinheit 3 und gegebenenfalls mit
einer Airbag-Steuerungseinheit 4. Die Vorrichtung 2 kann
auch mit anderen oder weiteren Einheiten oder Systemen gekoppelt
sein.
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Der
Sensor 1 ist beispielsweise ein Inertialsensor, das heißt ein Beschleunigungssensor
oder ein Drehratensensor. Der Sensor 1 kann auch als ein Sensorcluster
ausgebildet sein und zwei oder mehr als zwei Sensoren und insbesondere
Inertialsensoren umfassen. Der Sensor 1 kann jedoch auch
anders ausgebildet sein.
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Der
Sensor 1, die Vorrichtung 2, die Fahrdynamikregelungseinheit 3 und
die Airbag-Steuerungseinheit 4 sind beispielsweise in einem
Kraftfahrzeug angeordnet. Der Sensor 1 und die Vorrichtung 2 sowie
andere Einheiten oder Systeme können
jedoch ebenso zum Beispiel in einem Flugzeug, einem Satelliten,
einer Rakete, einem Schiff oder einem anderen Fahrzeug angeordnet
sein.
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Die
Vorrichtung 2 umfasst vorzugsweise eine Recheneinheit oder
ist als eine Recheneinheit ausgebildet. Ferner umfasst die Vorrichtung 2 vorzugsweise
einen Speicher und andere Komponenten, die für das Verarbeiten und Überprüfen des
Sensorsignals SIG erforderlich sind, zum Beispiel analoge und/oder
digitale Filter und/oder Analog-Digital-Wandler ADW.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Überprüfen des Sensorsignals SIG und 2 zeigt
zugehörige
zeitliche Verläufe
von Signalen. Das erste Programm wird beispielsweise durch die Vorrichtung 2 und
insbesondere durch die Recheneinheit ausgeführt. Insbesondere kann die Recheneinheit
auch ausgebildet sein zum digitalen Filtern des Sensorsignals SIG.
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Das
erste Programm beginnt in einem Schritt S1. In einem Schritt S2
wird das Sensorsignal SIG erfasst. Das Erfassen des Sensorsignals
SIG erfolgt durch den Sensor 1. In einem Schritt S3 wird
das Sensorsignal SIG tiefpassgefiltert mittels eines Tiefpassfilters
TP. Das Tiefpassfilter TP ist beispielsweise als ein Anti-Aliasing-Filter
ausgebildet. In einem Schritt S4 wird das tiefpassgefilterte Sensorsignal SIG
durch den Analog-Digital-Wandler ADW digitalisiert. In einem Schritt
S5 wird aus dem digitalisierten und tiefpassgefilterten Sensorsignal
SIG ein Störsignalanteil
SIG_DIFF ermittelt. Das Ermitteln des Störsignalanteils SIG_DIFF erfolgt
mittels eines Bandpassfilters BP, der eine erste, untere Grenzfrequenz f1
und eine zweite, obere Grenzfrequenz f2 aufweist. Ist der Sensor 1 beispielsweise
als ein Gierratensensor in einem Kraftfahrzeug ausgebildet, dann
kann die erste Grenzfrequenz f1 beispielsweise etwa 20 bis 30 Hz
betragen und kann die zweite Grenzfrequenz f2 beispielsweise etwa
75 Hz oder auch eine höhere
Frequenz betragen. Die erste und die zweite Grenzfrequenz f1, f2
können
jedoch auch anders vorgegeben sein.
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In
einem Schritt S6 wird abhängig
von dem Störsignalanteil
SIG_DIFF durch Normieren mittels einer vorgegebenen Norm N ein normierter
Störsignalanteil
SIG_N ermittelt. Die vorgegebene Norm N umfasst beispielsweise ein
Bilden eines Absolutbetrags oder eines Effektivwerts. Bevorzugt
wird der normierte Störsignalanteil
SIG_N als über
eine vorgegebene Mittelungszeitdauer zeitlich gemittelter Effektivwert
ermittelt. Die vorgegebene Norm N kann jedoch auch anders vorgegeben
sein.
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Die
vorgegebene Norm N ist eine Funktion oder Rechenvorschrift und ermittelt
ein Maß,
das dazu dient, den normierten Störsignalanteil SIG_N vergleichbar
zu machen, insbesondere vergleichbar zu machen mit einem vorgegebenen
Schwellenwert C. In einem Schritt S7 wird der normierte Störsignalanteil
SIG_N mit dem vorgegebenen Schwellenwert C verglichen. Abhängig von
einem Ergebnis dieses Vergleichs wird in einem Schritt S8 ein Vorliegen
oder in einem Schritt S10 ein Nichtvorliegen einer Störung des
Sensorsignals SIG erkannt. Das erste Programm endet in einem Schritt
S9. Beispielsweise wird in dem Schritt S7 überprüft, ob der normierte Störsignalanteil SIG_N
größer ist
als der vorgegebene Schwellenwert C.
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Aus
dem digitalisierten Sensorsignal SIG kann auch ein erster Nutzsignalanteil
SIG_TP1 ermittelt werden. Dazu wird das digitalisierte Sensorsignal SIG
beispielsweise in einem Schritt S11 mittels eines weiteren Tiefpassfilters
TP0 tiefpassgefiltert. Ein Nutzsignalfrequenzbereich des ersten
Nutzsignalanteils SIG_TP1 ist dabei von einem Störsignalfrequenzbereich, der
durch die erste und die zweite Grenzfrequenz f1, f2 des Bandpassfilters
BP vorgegeben ist, verschieden. Insbesondere liegt eine Grenzfrequenz
des weiteren Tiefpassfilters TP0 unterhalb der ersten, unteren Grenzfrequenz
f1 des Bandpassfilters BP.
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Der
erste Nutzsignalanteil SIG_TP1 wird beispielsweise der Fahrdynamikregelungseinheit 3 für eine weitere
Verarbeitung zugeführt.
In dem Beispiel des Gierratensensors als der Sensor 1 betragen
die im gewöhnlichen
Betrieb auftretenden Frequenzen beispielsweise weniger als 20 Hz,
höhere
Frequenzen werden daher durch das weitere Tiefpassfilter TP0 gedämpft. Für das Überprüfen des
Sensorsignals SIG eignen sich jedoch die höheren Frequenzen, die insbesondere
in dem Störsignalanteil SIG_DIFF
enthalten sind, besonders gut. Wird die Störung des Sensorsignals SIG
in dem Schritt S8 erkannt, dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch,
dass sich diese Störung
auch auf den ersten Nutzsignalanteil SIG_TP1 auswirkt, das heißt der erste
Nutzsignalanteil SIG_TP1 gegebenenfalls für das Nutzen durch die Fahrdynamikregelungseinheit 3 ungeeignet
ist. Durch das Auswerten des Störsignalanteils SIG_DIFF
kann somit zuverlässig
eine mögliche
Störung
des ersten Nutzsignalanteils SIG_TP1 erkannt werden.
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Mechanische
Schockeinwirkungen auf den Sensor 1 können zur Folge haben, dass
der Sensor 1 oder nachgeordnete Einheiten oder Systeme
einen Fehler oder Defekt des Sensors 1 erkennen, obwohl tatsächlich kein
solcher Fehler oder Defekt vorliegt. Der Fehler oder Defekt des
Sensors 1 wird beispielsweise durch ein Fehlersignal SIG_ERR
signalisiert (2). Das Fehlersignal SIG_ERR
wird beispielsweise durch den Sensor 1, die Vorrichtung 2 oder eine
andere dem Sensor 1 nachgeordnete Einheit erzeugt. Dies
kann dazu führen,
dass Einheiten oder Systeme, die auf das Sensorsignal SIG des Sensors 1 und
insbesondere auf den ersten Nutzsignalanteil SIG_TP1 des Sensorsignals
SIG angewiesen sind, deaktiviert werden.
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Die
Schockeinwirkungen auf den Sensor 1 haben im Allgemeinen
ein breitbandiges Frequenzspektrum des Sensorsignals SIG zur Folge,
das sich insbesondere auch über
den Störsignalfrequenzbereich
erstreckt. Durch das Erkennen der möglichen Störung des ersten Nutzsignalanteils
SIG_TP1 abhängig
von dem Störsignalanteil
SIG_DIFF des Sensorsignals SIG kann jedoch die Schockeinwirkung auf
den Sensor 1 erkannt werden und als eine unkritische, kurzzeitige
Störung
eingestuft werden.
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Vorzugsweise
wird in den Schritten S8 und S10 ein Schockerkennungssignal SIG_SBIT
erzeugt, zum Beispiel durch die Vorrichtung 2, das das
Erkennen des Vorliegens beziehungsweise Nichtvorliegens der möglichen
Störung
signalisiert. Dieses Schockerkennungssignal SIG_SBIT wird vorzugsweise
genutzt zum Maskieren des Fehlersignals SIG_ERR, so dass das Fehlersignal
SIG_ERR bei Vorliegen der möglichen
Störung
nicht mehr zu dem Deaktivieren der Einheiten oder Systeme, also
insbesondere der Fahrdynamikregelungseinheit 3 und/oder
der Airbag-Steuerungseinheit 4,
führt.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Überprüfen des Sensorsignals SIG als
Alternative zu dem ersten Programm. Das zweite Programm beginnt
in einem Schritt S20. Das zweite Programm umfasst Schritte S21,
S22 und S23, die den Schritten S2, S3 und S4 des ersten Programms
entsprechen.
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Anstatt
der Bandpassfilterung mittels des Bandpassfilters BP in dem Schritt
S5 und der Tiefpassfilterung mittels des weiteren Tiefpassfilters
TP0 in dem Schritt S11 des ersten Programms sind in dem zweiten
Programm ein Schritt S24 und S25 vorgesehen. In dem Schritt S24
wird das digitalisierte Sensorsignal SIG mit einem ersten Tiefpassfilter
TP1 tiefpassgefiltert, das die erste Grenzfrequenz f1 aufweist.
Das so tiefpassgefilterte Sensorsignal SIG repräsentiert den ersten Nutzsignalanteil
SIG_TP1. In dem Schritt S24 wird das digitalisierte Sensorsignal SIG
mit einem zweiten Tiefpassfilter TP2 tiefpassgefiltert, das die
zweite Grenzfrequenz f2 aufweist.
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Vorzugsweise
ist ein Schritt S26 vorgesehen, in dem das durch das zweite Tiefpassfilter
TP2 gefilterte Sensorsignal SIG durch ein Verzögerungsglied VG verzögert wird.
Aufgrund der unterschiedlichen Grenzfrequenzen des ersten und des
zweiten Tiefpassfilters TP1, TP2 besteht im Allgemeinen ausgangsseitig
des ersten und des zweiten Tiefpassfilters TP1, TP2 eine Phasenverschiebung
der tiefpassgefilterten Signale zueinander, die vorzugsweise durch
das Verzögerungsglied
VG ausgeglichen wird.
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Das
durch den Schritt S25 oder durch den Schritt S26 bereitgestellte
Signal repräsentiert
einen zweiten Nutzsignalanteil SIG_TP2 des Sensorsignals SIG. Der
zweite Nutzsignalanteil SIG_TP2 kann aufgrund der höheren zweiten
Grenzfrequenz f2 des zweiten Tiefpassfilters TP2 in Bezug auf die
erste Grenzfrequenz f1 des ersten Tiefpassfilters TP1 auch den Störsignalanteil
des Sensorsignals SIG umfassen.
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Das
Verzögerungsglied
VG ist vozugsweise als ein Schieberegister zum Zwischenspeichern
von Signalwerten des durch das zweite Tiefpassfilter TP2 gefilterten
Sensorsignals SIG ausgebildet und ist durch die Vorrichtung 2 umfasst.
Die durch das Verzögerungsglied
VG bewirkte Verzögerung
des eingangsseitig dem Verzögerungsglied
VG zugeführten Signals
ist abhängig
von einer Länge
des Schieberegisters und von einer Taktung des Schieberegisters. Die
Taktung des Schieberegisters erfolgt bevorzugt entsprechend der
Abtastrate des eingangsseitig dem Verzögerungsglied VG zugeführten Signals.
Die Länge
des Schieberegisters ist vorzugsweise so lang gewählt, dass
die Phasenverschiebung zwischen dem durch das erste Tiefpassfilter
TP1 gefilterten Sensorsignal SIG und dem durch das zweite Tiefpassfilter TP2
gefilterten Sensorsignal SIG ausgeglichen wird. Durch Wahl der Länge des
Schieberegisters kann so die Verzögerung um eine vorgegebene
Zeitdauer erreicht werden. Die vorgegebene Zeitdauer ist dabei so
vorgegeben, dass die Phasenverschiebung durch das Verzögerungsglied
VG ausgeglichen wird. Der Ausgleich der Phasenverschiebung erfolgt
dabei frequenzunabhängig.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, ein drittes Tiefpassfilter als
das Verzögerungsglied
VG vorzusehen, das eine dritte Grenzfrequenz f3 aufweist. Vorzugsweise
weist dieses dritte Tiefpassfilter eine Ordnung von eins auf. Durch
geeignetes Dimensionieren des dritten Tiefpassfilters bezüglich der
dritten Grenzfrequenz f3 kann erreicht werden, dass das eingangsseitig
dem Verzögerungsglied
VG zugeführte
Signal bezogen auf eine mittlere Frequenz des Störsignalfrequenzbereichs um
die vorgegebene Zeitdauer verzögert
wird.
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Durch
die Ordnung von eins bleibt die resultierende Dämpfung der Frequenzen, insbesondere
in dem Störsignalfrequenzbereich,
jedoch gering. Die Dämpfung
des zweiten Nutzsignalanteils SIG_TP2 in dem Störsignalfrequenzbereich um einen
Faktor von beispielsweise etwa zwei bis drei kann für das Überprüfen des
Sensorsignals SIG beispielsweise akzeptabel sein. Abhängig von
der jeweiligen Anwendung kann gegebenenfalls auch eine größere Dämpfung in dem
Störsignalfrequenzbereich
akzeptabel sein. Das dritte Tiefpassfilter erster Ordnung erfordert
nur sehr wenig Speicher zum Zwischenspeichern von Signalwerten.
Gegenüber
dem Schieberegister kann so Speicherplatz eingespart werden. Das
Verzögerungsglied
VG kann jedoch auch anders ausgebildet sein.
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In
einem Schritt S27 wird der Störsignalanteil SIG_DIFF
des Sensorsignals SIG abhängig
von einer Differenz des ersten und des zweiten Nutzsignalanteils
SIG_TP1, SIG_TP2 ermittelt. Die weiteren Schritte S28 bis S32 entsprechen
den Schritten S6 bis S10 des ersten Programms und werden daher hier
nicht noch einmal erläutert.
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Das
Verarbeiten des Sensorsignals SIG erfolgt in zwei parallelen Signalpfaden.
Ein erster Signalpfad umfasst das Filtern des digitalisierten Sensorsignals
SIG durch das erste Tiefpassfilter TP1. Ein zweiter Signalpfad umfasst
das Filtern des digitalisierten Sensorsignals SIG durch das zweite
Tiefpassfilter TP2 und gegebenenfalls das Ausgleichen der Phasenverschiebung
durch das Verzögerungsglied
VG. Der erste Nutzsignalanteil SIG_TP1 des Sensorsignals SIG wird
in dem ersten Signalpfad ermittelt, der zweite Nutzsignalanteil
SIG_TP2 des Sensorsignals SIG wird in dem zweiten Signalpfad ermittelt.
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Ein
solches Verarbeiten des Sensorsignals SIG in zwei parallelen Signalpfaden
ist beispielsweise vorteilhaft, wenn unterschiedliche Einheiten
oder Systeme, die das Sensorsignal SIG in Form des ersten oder des
zweiten Nutzsignalanteils SIG_TP1, SIG_TP2 nutzen, unterschiedliche
Anforderungen bezüglich
einem Messbereich, einer Auflösung,
Präzision
oder der Signalqualität
stellen. Beispielsweise ist für
den Betrieb der Fahrdynamikregelungseinheit 3 ein Frequenzbereich
bis zu etwa 20 Hz ausreichend, so dass die erste Grenzfrequenz f1
entsprechend niedrig gewählt
werden kann. Die Airbag-Steuerungseinheit 4 benötigt jedoch
für ihren Betrieb
beispielsweise auch höhere
Frequenzanteile, um einen Unfall oder ein Überrollen zuverlässig erkennen
zu können
und Airbags zuverlässig
und sicher auslösen
zu können.
Insbesondere dürfen
Airbags nicht versehentlich ausgelöst werden, wenn kein Unfall
stattgefunden hat. Die zweite Grenzfrequenz f2 muss daher größer gewählt werden
als die erste Grenzfrequenz f1, zum Beispiel zwischen etwa 75 Hz
und 100 Hz. Die zweite Grenzfrequenz f2 kann jedoch auch kleiner
als 75 hz oder größer als
100 Hz gewählt
werden. Jedoch können
die in dem zwei ten Signalpfad zusätzlich zu den in dem ersten
Signalpfad vorkommenden Frequenzen, also die Frequenzen in dem Störsignalfrequenzbereich,
genutzt werden zum Überprüfen des
Sensorsignals SIG und zum Erkennen des Vorliegens oder Nichtvorliegens
der möglichen
Störung
des ersten Nutzsignalanteils SIG_TP1. Der zusätzliche Aufwand für der Ermitteln des
Störsignalanteils
SIG_DIFF, des normierten Störsignalanteils
SIG_N, des Vergleichs des normierten Störsignalanteils SIG_N mit dem
vorgegebenen Schwellenwert C und das Erzeugen des Schockerkennungssignals
SIG_SBIT ist gering, kann jedoch die Verfügbarkeit des jeweiligen Nutzsignalanteils und
der Einheiten oder Systeme, die diese nutzen, erheblich erhöhen.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines dritten Programms zum Überprüfen des Sensorsignals SIG als
eine weitere Alternative. Das dritte Programm beginnt in einem Schritt
S40. Der Schritt S41 entspricht dem Schritt S21 und dem Schritt
S2 des zweiten beziehungsweise des ersten Programms. Auch in dem dritten
Programm erfolgt das Verarbeiten des Sensorsignals SIG in zwei parallelen
Signalpfaden.
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Der
erste Nutzsignalanteil SIG_TP1 wird in dem ersten Signalpfad ermittelt
durch Filtern des Sensorsignals SIG mittels des ersten Tiefpassfilters TP1
in einem Schritt S42 und durch Digitalisieren des so tiefpassgefilterten
Sensorsignals SIG durch einen ersten Analog-Digital-Wandler ADW1
in einem Schritt S43. Das erste Tiefpassfilter TP1 ist analog ausgebildet
und ist bevorzugt auch als Anti-Aliasing-Filter dimensioniert. Der
Schritt S42 entspricht im Übrigen
dem Schritt S24 des zweiten Programms und der Schritt S43 entspricht
im Übrigen
dem Schritt S23 des zweiten Programms.
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Der
zweite Nutzsignalanteil SIG_TP2 wird in dem zweiten Signalpfad ermittelt
durch Filtern des Sensorsignals SIG mittels des zweiten Tiefpassfilters TP2
in einem Schritt S44 und durch Digitalisieren des so tiefpassgefilterten
Sensorsignals SIG durch einen zweiten Analog-Digital-Wandler ADW2
in einem Schritt S45. Das zweite Tiefpassfilter TP2 ist analog ausge bildet
und ist bevorzugt auch als Anti-Aliasing-Filter dimensioniert. Der
Schritt S44 entspricht im Übrigen
dem Schritt S25 des zweiten Programms und der Schritt S45 entspricht
im Übrigen
dem Schritt S23 des zweiten Programms. Gegebenenfalls ist in dem
zweiten Signalpfad ein Schritt S46 vorgesehen zum Ausgleichen der
Phasenverschiebung durch das Verzögerungsglied VG. Der Schritt
S46 entspricht dem Schritt S26 des zweiten Programms.
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Die
Schritte S47 bis S52 entsprechen den Schritten S27 bis S32 des zweiten
Programms und werden daher hier nicht noch einmal erläutert.
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Bevorzugt
ist eine Ordnung des ersten Tiefpassfilters TP1 deutlich größer als
eins. Beispielsweise beträgt
die Ordnung des ersten Tiefpassfilters TP1 sechs. Die Ordnung kann
jedoch auch größer oder kleiner
als sechs sein. Eine Ordnung des zweiten Tiefpassfilters TP2 ist
bevorzugt kleiner oder gleich der Ordnung des ersten Tiefpassfilters
TP1. Die Ordnung des zweiten Tiefpassfilters TP2 kann jedoch auch
größer sein
als die Ordnung des ersten Tiefpassfilters TP1. Durch Wahl einer
niedrigen Ordnung des zweiten Tiefpassfilters TP2 kann gegebenenfalls einer
zu großen
Dämpfung
in dem Störsignalfrequenzbereich
entgegengewirkt werden, die andernfalls in dem zweiten Signalpfad
durch die zusätzliche Dämpfung des
dritten Tiefpassfilters bestehen kann.