DE102007030987A1 - Device for determining a speed with an acceleration sensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor (10), der ein Beschleunigungssignal (100) aufweist, und mit einer Verarbeitungseinheit (20), mittels der aus dem Beschleunigungssignal (100) ein Geschwindigkeitssignal (110) bestimmbar ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Verarbeitungseinheit (20) einen ersten Integrierer (210) zur Bestimmung einer Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungssignal (100), einen zweiten Integrierer (220) zur Bestimmung einer Signalabweichung des Beschleunigungssignals (100) und einen Addierer zur Subtraktion der Signalabweichung aufweist.The invention is based on a device for determining a speed with an acceleration sensor (10) having an acceleration signal (100) and with a processing unit (20) by means of which a speed signal (110) can be determined from the acceleration signal (100). The essence of the invention is that the processing unit (20) comprises a first integrator (210) for determining a speed from the acceleration signal (100), a second integrator (220) for determining a signal deviation of the acceleration signal (100) and an adder for subtraction the signal deviation has.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor, der ein Beschleunigungssignal aufweist und mit einer Verarbeitungseinheit, mittels der aus dem Beschleunigungssignal ein Geschwindigkeitssignal bestimmbar ist.The The invention is based on a device for determining a speed with an acceleration sensor having an acceleration signal and with a processing unit, by means of the acceleration signal a speed signal can be determined.

Beschleunigungssensoren können zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen verwendet werden. Dies ist insbesondere für Navigationssysteme von Interesse. Bei Navigationsvorrichtungen bietet der Aufbau eines sensorfusionierten Systems mit Geschwindigkeits-, bzw. Wegstreckendaten und satellitengestützter Positionsbestimmung die Möglichkeit, die aktuelle Position genauer zu bestimmen. Typischerweise wird dabei durch Filtern und Integration der Beschleunigungssignale eines Beschleunigungssensors versucht, die aktuelle Geschwindigkeit eines Automobils hinreichend genau zu bestimmen. Dazu sind relativ aufwendige Filtervorgänge und damit rechenintensive Korrekturen (bei digitalen Systemen) notwendig.accelerometers can used to determine the speed of vehicles. This is especially for Navigation systems of interest. At navigation devices offers the construction of a sensor fused system with speed, or Wegstreckendaten and satellite-based position determination the Possibility, to determine the current position more accurately. Typically will thereby by filtering and integration of the acceleration signals of an acceleration sensor trying to get the current speed of an automobile sufficient to be determined exactly. These are relatively expensive filter operations and thus computationally intensive corrections (with digital systems) necessary.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor, der ein Beschleunigungssignal aufweist und mit einer Verarbeitungseinheit, mittels der aus dem Beschleunigungssignal ein Geschwindigkeitssignal bestimmbar ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Verarbeitungseinheit einen ersten Integrierer zur Bestimmung einer Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungssignal, einen zweiten Integrierer zur Bestimmung einer Signalabweichung des Beschleunigungssignals und einen Addierer zur Subtraktion der Signalabweichung aufweist.The The invention is based on a device for determining a speed with an acceleration sensor having an acceleration signal and with a processing unit, by means of the acceleration signal a speed signal can be determined. The core of the invention is that the Processing unit, a first integrator for determining a speed from the acceleration signal, a second integrator for determination a signal deviation of the acceleration signal and an adder for subtracting the signal deviation.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Beschleunigungssignal in einem ersten Signalpfad dem ersten Integrierer und ein Ausgangssignal des ersten Integrierers dem Addierer zugeführt wird, sowie das Beschleunigungssignal in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer zugeführt wird.A advantageous embodiment of the invention provides that the acceleration signal in a first signal path to the first integrator and an output signal the first integrator is supplied to the adder, and the acceleration signal in a second signal path to the second integrator and an output signal of the second integrator of opposite sign to the adder is supplied.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Beschleunigungssignal in einem ersten Signalpfad dem Addierer zugeführt wird, das Beschleunigungssignal in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer zugeführt wird, sowie ein Ausgangssignal des Addierers dem ersten Integrierer zugeführt wird.A Another advantageous embodiment of the invention provides that the acceleration signal in a first signal path is supplied to the adder, the acceleration signal in a second signal path to the second integrator and an output signal of the second integrator of opposite sign to the adder supplied and an output of the adder to the first integrator supplied becomes.

Vorteilhaft ist, daß eine erste Integrationszeit des ersten Integrierers kleiner ist als eine zweite Integrationszeit des zweiten Integrierers.Advantageous is that one first integration time of the first integrator is less than one second integration time of the second integrator.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Beschleunigungssensor mikromechanisch ausgestaltet ist und daß die Verarbeitungseinheit in eine Auswerteschaltung des Beschleunigungssensors integriert ist.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the acceleration sensor is micromechanically designed and that the processing unit integrated into an evaluation circuit of the acceleration sensor is.

Diese Lösung ist einfach, flexibel (Die Integrationszeiten der Integrierer sind vorteilhaft beispielsweise durch externe Kondensatoren einstellbar.) und äußerst kompakt. Die Verarbeitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise auf dem Auswerte-ASIC eines mikromechanischen Beschleunigungssensors implementiert werden. Damit kann ein Sensor Beschleunigungswerte und parallel dazu Geschwindigkeitswerte ausgeben.These solution is simple, flexible (The integration times of the integrators are advantageously adjustable for example by external capacitors.) and extremely compact. The processing unit of the device according to the invention can, for example on the evaluation ASIC of a micromechanical acceleration sensor be implemented. This allows a sensor acceleration values and output speed values in parallel.

Zeichnungdrawing

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor im Stand der Technik. 1 shows schematically a device for determining a speed with an acceleration sensor in the prior art.

2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor. 2 schematically shows a first embodiment of a device according to the invention for determining a speed with an acceleration sensor.

3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor. 3 schematically shows a second embodiment of a device according to the invention for determining a speed with an acceleration sensor.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor im Stand der Technik. Ein Beschleunigungssensor 10 weist an einem Ausgang ein Beschleunigungssignal 100 auf. Das Beschleunigungssignal 100 wird einer Verarbeitungseinheit 20 zugeführt. In der Verarbeitungseinheit 20 wird durch komplexe, auch digitale, Filter- und Integrationsfunktionen aus dem Beschleunigungssignal 100 ein Geschwindigkeitssignal 110 bestimmt. 1 shows schematically a device for determining a speed with an acceleration sensor in the prior art. An acceleration sensor 10 has an acceleration signal at an output 100 on. The acceleration signal 100 becomes a processing unit 20 fed. In the processing unit 20 becomes complex signal, including digital, filtering and integration functions from the acceleration signal 100 a speed signal 110 certainly.

2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor. Die Figur zeigt schematisch einen Beschleunigungssensor 10 mit einer Doppelintegrationsstufe. Der Beschleunigungssensor 10 stellt ein Beschleunigungssignal 100 bereit, welches im Allgemeinen eine Signalabweichung (Offset) aufweist. Die Verarbeitungseinheit 20 weist einen ersten Integrierer 210 zur Bestimmung einer Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungssignal 100, einen zweiten Integrierer 220 zur Bestimmung der Signalabweichung des Beschleunigungssignals 100 und einen Addierer 300 zur Subtraktion der Signalabweichung auf. Das analoge Beschleunigungssignal 100 des Beschleunigungssensors 10 wird in diesem Ausführungsbeispiel parallel in zwei Signalpfaden mit je einer Integrationsstufe mit unterschiedlicher Integrationszeit verarbeitet. Die Ergebnisse dieser beiden Operationen werden voneinander subtrahiert. Dabei wird das Beschleunigungssignal 100 in einem ersten Signalpfad dem ersten Integrierer 210 und ein Ausgangssignal des ersten Integrierers 210 dem Addierer 300 zugeführt. Das Beschleunigungssignal 100 wird außerdem in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer 220 und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers 220 mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer 300 zugeführt. Der erste Integrierer 210 weist eine erste Integrationszeit Δt1 und der zweite Integrierer 220 weist eine zweite Integrationszeit Δt2 auf, wobei Δt1 < Δt2 ist. Die Integrationszeiten sind derart gewählt, daß der erste Integrierer 210 aus dem Beschleunigungssignal 100 ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, welches noch mit einer Signalabweichung behaftet ist, und der zweite Integrierer 220 aus dem Beschleunigungssignal 100 die Signalabweichung erzeugt. Im Ergebnis ist am Ende der Signalverarbeitung, d. h. an einem Ausgang des Addierers 300 ein Geschwindigkeitssignal 110 (ohne Signalabweichung) bereitgestellt. 2 schematically shows a first embodiment of a device according to the invention for determining a speed with an acceleration sensor. The figure shows schematically an acceleration sensor 10 with a double integration stage. The acceleration sensor 10 provides an acceleration signal 100 ready, which generally has a signal deviation (offset). The processing unit 20 has a first integrator 210 for determining a speed from the acceleration signal 100 , a second integrator 220 for determining the signal deviation of the acceleration signal 100 and an adder 300 for subtracting the signal deviation. The analogue acceleration signal 100 of the acceleration sensor 10 is processed in this embodiment in parallel in two signal paths, each with an integration stage with different integration time. The results of these two operations are subtracted from each other. At the same time, the acceleration signal becomes 100 in a first signal path to the first integrator 210 and an output signal of the first integrator 210 the adder 300 fed. The acceleration signal 100 will also be in a second signal path to the second integrator 220 and an output signal of the second integrator 220 with opposite sign to the adder 300 fed. The first integrator 210 has a first integration time Δt 1 and the second integrator 220 has a second integration time Δt 2 , where Δt 1 <Δt 2 . The integration times are chosen such that the first integrator 210 from the acceleration signal 100 generates a speed signal which still has a signal deviation, and the second integrator 220 from the acceleration signal 100 generates the signal deviation. As a result, at the end of the signal processing, ie at an output of the adder 300 a speed signal 110 (without signal deviation) provided.

3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor. Die Figur zeigt schematisch einen Beschleunigungssensor mit einer anderen Doppelintegrationsstufe. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel erfolgt die Subtraktion des Ergebnisses der langsamen Integrationsstufe 220 vom Beschleunigungssignal 100 vor der Integration des Signals in der schnelleren Integrationsstufe 210. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird das Beschleunigungssignal (100) in einem ersten Signalpfad dem Addierer (300) zugeführt. Das Beschleunigungssignal (100) wird außerdem in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer (220) und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers (220) mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer (300) zugeführt. Schließlich wird ein Ausgangssignal des Addierers (300) dem ersten Integrierer (210) zugeführt. 3 schematically shows a second embodiment of a device according to the invention for determining a speed with an acceleration sensor. The figure shows schematically an acceleration sensor with a different double integration stage. In this alternative embodiment, the subtraction of the result of the slow integration stage occurs 220 from the acceleration signal 100 before integrating the signal in the faster integration stage 210 , In contrast to the first embodiment, the acceleration signal ( 100 ) in a first signal path to the adder ( 300 ). The acceleration signal ( 100 ) is also in a second signal path to the second integrator ( 220 ) and an output signal of the second integrator ( 220 ) with the opposite sign to the adder ( 300 ). Finally, an output signal of the adder ( 300 ) the first integrator ( 210 ).

Durch die langsame Integrationsstufe 220 werden kurzfristige Signalschwankungen herausgefiltert Was übrig bleibt ist die Signalabweichung (Offset) des Beschleunigungssensors. Die schnelle Integrationsstufe 210 berücksichtigt Geschwindigkeitsänderungen, ist aber durch die aktuelle Signalabweichung beeinträchtigt. Durch geschickte Wahl der Integrationszeiten kann die Signalabweichung ermittelt werden. Durch Subtraktion der so ermittelten Signalabweichung kann ein hinreichend gutes Geschwindigkeitssignal gewonnen werden.Due to the slow integration level 220 short-term signal fluctuations are filtered out. What remains is the signal deviation (offset) of the acceleration sensor. The fast integration level 210 takes into account speed changes, but is affected by the current signal deviation. By skillful choice of the integration times the signal deviation can be determined. By subtracting the thus determined signal deviation, a sufficiently good speed signal can be obtained.

Die Erfindung kann insbesondere bei Navigationssystemen, aber auch bei Eingabegeräten für Computer wie Mäuse etc. eingesetzt werden.The In particular, navigation systems, but also in input devices for computers like mice etc. are used.

Claims (5)

Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor (10), der ein Beschleunigungssignal (100) aufweist und mit einer Verarbeitungseinheit (20), mittels der aus dem Beschleunigungssignal (100) ein Geschwindigkeitssignal (110) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (20) einen ersten Integrierer (210) zur Bestimmung einer Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungssignal (100), einen zweiten Integrierer (220) zur Bestimmung einer Signalabweichung des Beschleunigungssignals (100) und einen Addierer zur Subtraktion der Signalabweichung aufweist.Device for determining a speed with an acceleration sensor ( 10 ), which generates an acceleration signal ( 100 ) and with a processing unit ( 20 ), by means of the acceleration signal ( 100 ) a speed signal ( 110 ), characterized in that the processing unit ( 20 ) a first integrator ( 210 ) for determining a speed from the acceleration signal ( 100 ), a second integrator ( 220 ) for determining a signal deviation of the acceleration signal ( 100 ) and an adder for subtracting the signal deviation. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – das Beschleunigungssignal (100) in einem ersten Signalpfad dem ersten Integrierer (210) und ein Ausgangssignal des ersten Integrierers (210) dem Addierer (300) zugeführt wird, sowie – das Beschleunigungssignal (100) in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer (220) und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers (220) mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer (300) zugeführt wird.Device according to claim 1, characterized in that - the acceleration signal ( 100 ) in a first signal path to the first integrator ( 210 ) and an output signal of the first integrator ( 210 ) the adder ( 300 ), and - the acceleration signal ( 100 ) in a second signal path to the second integrator ( 220 ) and an output signal of the second integrator ( 220 ) with the opposite sign to the adder ( 300 ) is supplied. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – das Beschleunigungssignal (100) in einem ersten Signalpfad dem Addierer (300) zugeführt wird, – das Beschleunigungssignal (100) in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer (220) und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers (220) mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer (300) zugeführt wird, sowie – ein Ausgangssignal des Addierers (300) dem ersten Integrierer (210) zugeführt wird.Device according to claim 1, characterized in that - the acceleration signal ( 100 ) in a first signal path to the adder ( 300 ), - the acceleration signal ( 100 ) in a second signal path to the second integrator ( 220 ) and an output signal of the second integrator ( 220 ) with the opposite sign to the adder ( 300 ), and - an output signal of the adder ( 300 ) the first integrator ( 210 ) is supplied. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Integrationszeit des ersten Integrierers (210) kleiner ist als eine zweite Integrationszeit des zweiten Integrierers (220).Device according to one of the preceding claims, characterized in that a first integration time of the first integrator ( 210 ) is smaller than a second integration time of the second integrator ( 220 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssensor (10) mikromechanisch ausgestaltet ist und daß die Verarbeitungseinheit (20) in eine Auswerteschaltung des Beschleunigungssensors (10) integriert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the acceleration sensor ( 10 ) micromechanically staltet and that the processing unit ( 20 ) in an evaluation circuit of the acceleration sensor ( 10 ) is integrated.
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