DE102011113316A1

DE102011113316A1 - Verfahren zur Analyse von Sensordaten

Info

Publication number: DE102011113316A1
Application number: DE201110113316
Authority: DE
Inventors: Kristof Jebens; Thomas Paul Michalke; Lorenz Schäfers
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Sensordaten, wobei ein durch einen ersten Sensor (1) gemessenes erstes Sensorsignal (24) und ein durch einen zweiten Sensor (2) gemessenes zweites Sensorsignal (25), eingelesen und verarbeitet werden, Erfindungsgemäß wird für das erste Sensorsignal (24) und das zweite Sensorsignal (25) jeweils eine N-Sigma-Umgebung (21, 22) berechnet. Anschließend wird überprüft, ob die berechnete N-Sigma-Umgebung (21) des ersten Sensorsignals (24) und die berechnete N-Sigma-Umgebung (22) des zweiten Sensorsignals (25) eine Schnittmenge aufweisen. Ein Fehler wird erkannt, wenn die N-Sigma-Umgebung (21) des (22) des zweiten Sensorsignals (25) keine Schnittmenge aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Sensordaten.
In modernen Systemen, unter anderem in Kraftfahrzeugen, werden eine Reihe von Sensoren verwendet, um verschiedene Messgrößen zu erfassen. Zum Teil werden dabei, zum Beispiel aus Sicherheitsgründen, redundante Sensoren verwendet, welche dieselbe physikalische Messgröße erfassen. Da die erfassten Werte als Grundlage für die Regelung des Systems verwendet werden, können fehlerhafte Sensorsignale negative Auswirkungen auf diese Regelung haben.
Für das Erkennen solch fehlerhafter Sensorsignale sind verschiedene Ansätze bekannt. Es wurde beispielsweise vorgeschlagen, zwei gemessene Sensordaten zu fusionieren. Eine derartige Fusion mittelt die Sensorsignale unter Berücksichtigung einer dynamischen Gewichtung, beispielsweise mit Hilfe eines Kalman-Filters. Anschließend soll der gemessene Wert mit dem berechneten Fusions-Wert verglichen werden. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass ein fehlerhafter Sensorwert mit einem zumindest teilweise fehlerhaften Fusions-Wert verglichen wird, da der fehlerhafte Sensorwert in die Berechnung des Fusions-Wertes einfließt. Je nach verwendetem Kalman Gain wirkt sich der Sensorfehler mehr oder minder stark im fusionierten Wert aus und relativiert somit die Aussage des Vergleichs.
In der DE 10 2004 044 335 A1 wird ein Verfahren zum Überwachen von redundanten Sensorsignalen beschrieben, bei denen die Sensorsignale von einer Signalverarbeitungseinrichtung eingelesen und verarbeitet werden. Ein Sensorfehler kann besonders einfach erkannt werden, wenn die Signaldifferenz zwischen einem ersten Sensorsignal und einem zweiten Signal berechnet und die Signaldifferenz zeitlich integriert wird, um daraus einen Fehlerintegralwert zu ermitteln, anhand dessen ein Sensorfehler erkannt werden kann.
Schließlich ist ebenfalls bekannt, zur Erkennung eines fehlerhaften Sensorsignals sogenannte modellbasierte Verfahren zu verwenden. Die modellbasierten Verfahren modellieren dabei das überwachte System. Der Ausgang des Systemmodels wird mit dem Ausgang des überwachten Systems verglichen, um Fehler zu erkennen (analytische Redundanz). Es existieren verschiedene Herangehensweisen, die jedoch nur begrenzt robust in ihrer Erkennungsleistung sind, da als Basis nur eine Signalquelle verwendet wird. Ein weiterer Ansatz verwendet zwei unabhängige Sensoren und bewertet, für jeden Sensor die Anzahl von vorhandenen Detektionen innerhalb eines Zeitraumes. Unterschiede zwischen den Sensoren sprechen für Sensorausfälle. Die Erkennung des Falls, dass ein Sensor falsche Signale liefert, wird dadurch jedoch nicht gewährleistet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, dass die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein System gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren zur Analyse von Sensordaten zur Verfügung zu stellen, wobei ein durch einen ersten Sensor gemessenes erstes Sensorsignal und ein durch einen zweiten Sensor gemessenes zweites Sensorsignal, eingelesen und verarbeitet werden. Erfindungsgemäß wird für das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal jeweils eine N-Sigma-Umgebung berechnet. Anschließend wird überprüft, ob die berechnete N-Sigma-Umgebung des ersten Sensorsignals und die berechnete N-Sigma-Umgebung des zweiten Sensorsignals eine Schnittmenge aufweisen. Das Vorliegen eines Fehlers wird festgestellt, wenn die N-Sigma-Umgebung des ersten Sensorsignals und die N-Sigma-Umgebung des zweiten Sensorsignals keine Schnittmenge aufweisen. Bei der N-Sigma-Umgebung handelt es sich bevorzugt um eine Umgebung um den Erwartungswert, also den Wert, der mit der größten Wahrscheinlichkeit auftritt. Sigma bezeichnet dabei insbesondere die Standardabweichung, also die Streuung der Variablen um den Mittelwert. Die Standardabweichung ist für eine Zufallsvariable definiert als die positive Quadratwurzel aus deren Varianz. Vorteilhaft bezeichnet N einen Faktor, mit dessen Hilfe die Größe der Umgebung gewählt werden kann. Weiterhin vorzugsweise werden die Sensorsignale durch so genanntes Polling (zyklisches Abfragen) erhalten. Gleichwertig ist aber die Verwendung von Interrupt-Requests (Unterbrechungsanforderungen) oder ein rekursiver Aufbau denkbar.
Vorzugsweise bestimmen der erste Sensor und der zweite Sensor dieselbe physikalische Messgröße. Die Messgrößen charakterisieren dabei vorzugsweise einen momentanen Zustand und können beispielsweise eine Geschwindigkeit, eine Verzögerung, einen Ort, einen Lenkwinkel, oder eine Fahrrichtung sein. Die Messgröße muss nicht unmittelbar Gegenstand der Messung sein. Sie kann insbesondere auch über physikalisch bekannte oder festgelegte mathematische Beziehungen aus Größen bestimmt werden, denen unmittelbare Messungen gelten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verwenden der erste und der zweite Sensor unterschiedliche Messprinzipien. Das Messprinzip ist dabei vorteilhaft die physikalische Grundlage der Messung. Die Messgröße wird vorzugsweise in ein erfassbares Messsignal überführt. Temperatur-, Druck- oder Kraftmessungen werden z. B. auf einen elektrischen Widerstand, eine Zeit, eine Anzahl von Spannungsimpulsen etc. abgebildet.
Bevorzugt ist N eine positive reelle Zahl. Vorzugsweise wird eine N-Sigma-Umgebung mit kleinem N gewählt. Dies bedeutet, dass z. B. für N = 3 ca. 99,7% aller (korrekten) Messungen innerhalb des Bereichs liegen müssen. Für N = 2 müssen ca. 95,4% aller Messwerte innerhalb des Bereichs hegen, für N = 1 68,2% der Messwerte. Durch die Auswahl eines geeigneten N kann die Größe der verwendeten Sigma-Umgebung insbesondere der gewünschten Absicherung angepasst werden.
Weiterhin vorteilhaft werden die Schritte Berechnung jeweils einer N-Sigma-Umgebung für das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal; Überprüfung, ob die berechnete N-Sigma-Umgebung des ersten Sensorsignals und die berechnete N-Sigma-Umgebung des zweiten Sensorsignals eine Schnittmenge aufweisen; Erkennen eines Fehlers, wenn die N-Sigma-Umgebung des ersten Sensorsignals und die N-Sigma-Umgebung des zweiten Sensorsignals keine Schnittmenge aufweisen, wiederholt ausgeführt. Vorzugsweise kann dadurch sichergestellt werden, dass die Sensorensignale ständig überwacht werden.
Vorzugsweise wird bei jedem Erkennen eines fehlerhaften Signals ein Zähler inkrementiert. Dadurch ist es insbesondere möglich, die Anzahl der auftretenden fehlerhaften Signale zu ermitteln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden beim Vorliegen einer vordefinierbaren Anzahl von Fehlern in einem definierbaren Zeitraum die Sensorsignale nicht mehr verwendet. Insbesondere kann die Verwendung der Sensordaten temporär abgeschaltet werden, wenn ein einzelner Fehler erkannt wird. Sofern ein gewisses Abschaltlimit (Anzahl) innerhalb eines Zeitintervalls überschritten wurde, ist es sinnvoll, die Verwendung der Sensorsignale komplett zu unterlassen.
Schließlich betrifft die Erfindung ein System zur Analyse von Sensordaten mit einem ersten Sensor, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, eine Messgröße zu erfassen und in ein Sensorsignal umzuformen, einem zweiten Sensor, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, eine Messgröße zu erfassen und in ein Sensorsignal umzuformen, einer Sensorsignalverarbeitungseinrichtung die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Sensorsignale einzulesen und zu verarbeiten, wobei für das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal jeweils eine N-Sigma-Umgebung berechnet wird und überprüft wird, ob die berechnete N-Sigma-Umgebung des ersten Sensorsignals und die berechnete N-Sigma-Umgebung des zweiten Sensorsignals eine Schnittmenge aufweisen sowie das Vorliegen eines Fehlers festgestellt wird, wenn die N-Sigma-Umgebung des ersten Sensorsignals und die N-Sigma-Umgebung des zweiten Sensorsignals keine Schnittmenge aufweisen. Bei den Sensoren handelt es sich vorzugsweise um technische Bauteile, welche physikalische Eigenschaften als Messgröße erfassen. Die Messgrößen werden vorteilhaft mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in weiterverarbeitbare Größen (z. B. elektrische Signale) umgeformt. Bevorzugt handelt es sich bei der Sensorsignalverarbeitungseinrichtung um einen Mikroprozessor. Es ist aber auch jede andere Vorrichtung denkbar, die die Signaldaten verarbeiten und die entsprechenden Berechnungen durchführen kann.
Die Zählvorrichtung weist vorteilhaft ein Speichermittel auf. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Speichermittel um einen semipermanenten Speicher (z. B. EPROM, Flash-EEPROM), da dieser die gespeicherten Daten auch ohne andauernde Stromversorgung sichert. Allerdings ist auch die Verwendung jedes anderen geeigneten Speichers möglich, solange dieser die Speicherung der Daten gewährleistet.
Im Folgenden werden einige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 die schematische Darstellung eines Systems zur Analyse von Sensordaten
2 eine bildliche Übersicht des Verfahrens zur Analyse von Sensordaten.
In 1 ist die schematische Darstellung eines Systems zur Analyse von Sensordaten zu erkennen, deren wesentliche Bestandteile ein erster Sensor 1, ein zweiter Sensor 2 sowie eine Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 3 sind. Der erste Sensor 1 und der zweite Sensor 2 sind jeweils mit der Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 3 verbunden, um dieser die Sensorsignale zu übermitteln. Diese Verbindungen können über Kabel, drahtlos oder auf sonstige Weise ausgeführt sein. Vorzugsweise werden die Sensorsignale durch so genanntes Polling (zyklisches Abfragen) der Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 3 abgefragt. Gleichwertig ist aber die Verwendung von Interrupt-Requests (Unterbrechungsanforderungen) oder ein rekursiver Aufbau. Hier ist die Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 3 als ein Gerät ausgeführt. Es ist aber natürlich ebenso denkbar, dass einzelne, miteinander verbundene Vorrichtungen verwendet werden, um die einzelnen Aufgaben der Sensorsignalverarbeitungseinrichtung 3 auszuführen.
In 2 ist eine bildliche Übersicht des Verfahrens zur Analyse von Sensordaten dargestellt. Insbesondere sind der eigentlich zu messende Wert 26, das durch den ersten Sensor 1 gemessene erste Sensorsignal 24, das durch den zweiten Sensor 2 gemessene zweite Sensorsignal 25, die bei dem jeweiligen Sensor 1, 2 zu erwartende Unschärfe 23 sowie die bei den jeweiligen Messungen 24, 25 zu erwartenden Unschärfen 21, 22 zu erkennen. Die zur Berechnung der Unschärfe verwendeten N-Sigma-Umgebungen sind durch Ellipsen 21, 22 dargestellt. Der eigentliche zu messende Wert 26 wird von verschiedenen Sensoren mit einer Unschärfe gemessen 23. Beispielhaft liegen nun die Messwerte 24 und 25 vor. Diese befinden sich jeweils innerhalb der Ellipse 23, welche die für den jeweiligen Sensor 1, 2 zu erwartende Unschärfe darstellt. Bezogen auf die jeweilige Messung muss auch bei jeder Messung 24, 25 von einer Unschärfe ausgegangen werden 21, 22. Sofern sich diese Ellipsen 21, 22 überlappen, kann davon ausgegangen werden, dass die Sensoren 1, 2 einwandfrei arbeiten. Ansonsten kann von einem nichtmodellierten systematischen Fehler ausgegangen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004044335 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Analyse von Sensordaten, wobei ein durch einen ersten Sensor (1) gemessenes erstes Sensorsignal (24) und ein durch einen zweiten Sensor (2) gemessenes zweites Sensorsignal (25), eingelesen und verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass – für das erste Sensorsignal (24) und das zweite Sensorsignal (25) jeweils eine N-Sigma-Umgebung (21, 22) berechnet wird, – überprüft wird, ob die berechnete N-Sigma-Umgebung (21) des ersten Sensorsignals (24) und die berechnete N-Sigma-Umgebung (22) des zweiten Sensorsignals (25) eine Schnittmenge aufweisen, – ein Fehler erkannt wird, wenn die N-Sigma-Umgebung (21) des ersten Sensorsignals (24) und die N-Sigma-Umgebung (22) des zweiten Sensorsignals (25) keine Schnittmenge aufweisen,
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (1) und der zweite Sensor (2) dieselbe physikalische Messgröße bestimmen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (1) und der zweite Sensor (2) unterschiedliche Messprinzipien verwenden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass N eine reelle Zahl größer Null ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte – Berechnung jeweils einer N-Sigma-Umgebung (21, 22) für das erste Sensorsignal (24) und das zweite Sensorsignal (25) – Überprüfung, ob die berechnete N-Sigma-Umgebung (21) des ersten Sensorsignals (24) und die berechnete N-Sigma-Umgebung (22) des zweiten Sensorsignals (25) eine Schnittmenge aufweisen, – Erkennen eines Fehlers, wenn die N-Sigma-Umgebung (21) des ersten Sensorsignals (24) und die N-Sigma-Umgebung (22) des zweiten Sensorsignals (25) keine Schnittmenge aufweisen wiederholt ausgeführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Erkennen eines fehlerhaften Signals ein Zähler inkrementiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen einer vordefinierbaren Anzahl von Fehlern in einem definierbaren Zeitraum die Sensorsignale (24, 25) nicht mehr verwendet werden.
System zur Analyse von Sensordaten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit: – einem ersten Sensor (1), der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, eine Messgröße zu erfassen und in ein Sensorsignal (24) umzuformen, – einem zweiten Sensor (2), der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, eine Messgröße zu erfassen und in ein Sensorsignal (25) umzuformen, – einer Sensorsignalverarbeitungseinrichtung (3) die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Sensorsignale (24, 25) einzulesen und zu verarbeiten, wobei für das erste Sensorsignal (24) und das zweite Sensorsignal (25) jeweils eine N-Sigma-Umgebung (21, 22) berechnet wird und überprüft wird, ob die berechnete N-Sigma-Umgebung (21) des ersten Sensorsignals (24) und die berechnete N-Sigma-Umgebung (22) des zweiten Sensorsignals (25) eine Schnittmenge aufweisen sowie das Vorliegen eines Fehlers festgestellt wird, wenn die N-Sigma-Umgebung (21) des ersten Sensorsignals (24) und die N-Sigma-Umgebung (22) des zweiten Sensorsignals (25) keine Schnittmenge aufweisen.
System gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (1) und der zweite Sensor (2) dieselbe physikalische Messgröße erfassen und/oder der erste Sensor (1) und der zweite Sensor (2) unterschiedliche Messprinzipien verwenden.
System gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zählvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, bei jedem Erkennen eines Fehlers einen Zähler zu inkrementieren.