DE102012106306A1

DE102012106306A1 - Verfahren zur Signalverarbeitung eines Sensorsignals eines Inertialsensors mittels Tiefpassfilterung sowie Tiefpassfiltervorrichtung

Info

Publication number: DE102012106306A1
Application number: DE201210106306
Authority: DE
Inventors: Sergey Azarkevich; Herbert Preis; Gerhard Wild
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-01-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Signalverarbeitung eines Sensorsignals eines Inertialsensors mittels Tiefpassfilterung vorgestellt, wobei das ungefilterte Sensorsignal bewertet und die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung in Abhängigkeit von der Bewertung des Sensorsignals angepasst wird. Vorzugsweise wird der Gradient des Sensorsignals ermittelt und bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Schwelle die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung reduziert, und die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung wieder auf den ursprünglichen Wert erhöht, sofern der Gradient des Sensorsignals die gleiche oder eine abweichende vorgegebene Schwelle unterschreitet oder diese Unterschreitung für eine vorgegebene Zeitdauer anliegt. Als Alternative wird zum Anpassen der Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung der sensoreigene Diagnoseausgang verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalverarbeitung eines Sensorsignals eines Inertialsensors mittels Tiefpassfilterung sowie eine Tiefpassfiltervorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Inertialsensoren, insbesondere Drehratensensoren sind gegenüber mechanischen Störungen empfindlich. Diese Störungen verursachen ein gestörtes Signal am Sensorausgang. Das gestörte Signal kann nachfolgende Funktionen beeinträchtigen. Ziel der Erfindung ist daher sicherzustellen, dass der Sensorausgang im Störfall an die nachfolgende Funktion so weitergegeben wird, dass der Störungs-Einfluss reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Dazu wird eine adaptive Filterung vorgesehen, welche in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Störung die Filterung anpasst.
Dazu wird beispielsweisedas ungefilterte Sensorsignal bewertet und die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung in Abhängigkeit von der Bewertung des Sensorsignals angepasst. Vorzugsweise wird der Gradient des Sensorsignals ermittelt und bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Schwelle die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung reduziert. Anstelle des Gradienten könnte auch eine Bewertung des Absolutwerts des Sensorsignals erfolgen.
Alternativ oder vorzugsweise ergänzend dazu kann ein Diagnoseausgang einer Diagnoseeinheit des Sensors bewertet und bei Erkennen einer Störung die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung angepasst werden, sofern der Sensor eben eines solche Diagnoseeinheit aufweist. Eine Reihe von Inertialsensoren bietet jedoch bereits eine solche Diagnoseeinheit, welche evtl. auch andere physikalische Parameter als das ungefilterte Sensorsignal bewertet, um zumindest unter anderem auch zur Erkennung von Störungen des Sensors dient und dann an dessen Diagnoseausgang ein entsprechendes Signal sendet. So sind beispielsweise bei Drehratensensoren häufig auch einfache Lateralbeschleunigungssensoren integriert, da Drehratensensoren eine hohe Empfindlichkeit gegen Lateralbeschleunigungen aufweisen und dadurch evtl. das Drehratensignal verfälscht wird. Dies kann durch einen in der Diagnoseeinheit integrierten bzw. damit verbundenen Lateralbeschleunigungssensor erkannt und an dessen Diagnoseausgang angezeigt werden.
Vorzugsweise wird die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung wieder auf den ursprünglichen Wert erhöht, also auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt, sofern der Gradient des Sensorsignals die gleiche oder eine abweichende vorgegebene Schwelle unterschreitet oder diese Unterschreitung für eine vorgegebene Zeitdauer anliegt. Ist eine Diagnoseeinheit verfügbar, so wird vorzugsweise auch dessen Diagnoseausgang mit berücksichtigt,
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, teils unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Im Folgenden können funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein.
Es zeigt
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Funktion ist dabei grundsätzlich immer als adaptive Tiefpassfilterung aufgebaut, wobei die Tiefpassfilterung als Funktion gemeint ist und aus einem adaptive nun Tiefpassfilter mit steuerbarer Grenzfrequenz oder 2 Tiefpassfilter mit unterschiedlicher Grenzfrequenz realisiert sein kann. Als Grenzfrequenz bzw. Eckfrequenz wird dabei immer die 3dB-Eckfrequenz gemeint, bei der also das Ausgangssignal um 3dB gegenüber dem Eingangssignal gedämpft ist.
Im Normalbetrieb gibt die Tiefpassfilterung ein Signal aus, welches mit z.B. 22Hz Eckfrequenz gefiltert ist. Im Störungsfall gibt die Tiefpassfilterung ein Signal aus, welches mit einer niedrigeren Eckfrequenz (z.B. 5Hz) gefiltert wurde. Die angegebenen Eckfrequenzen sind beispielhaft und eignen sich für Drehratensensoren beispielsweise Grenzfrequenzen der Tiefpassfilterung in Abhängigkeit von der Bewertung des Sensorsignals von einem Bereich zwischen 15 und 30 Hz, welche dann bei einer Störung auf einen Bereich zwischen 1 und 15 Hz angepasst werden. Vorzugsweise liegt ohne Störung die Eckfrequenz in einem Bereich von 20 bis 25 Hz und wird bei einer Störung auf 3 bis 8 Hz reduziert.
Im konkreten Anwendungsfall eines hier verwendeten Drehratensensors erwies sich eine 3dB-Eckfrequenz ohne Störung von 22 Hz und Reduzierung auf 5 Hz im Falle einer Störung bzw. in Zuschaltung eines 2. Filters mit 5Hz Eckfrequenz, d.h. einer Gesamteckfrequenz leicht unter 5 Hz als besonders vorteilhaft.
Ein Störungsfall wird dabei vorzugsweise auf Basis des Gradienten des ungefilterten Sensorsignals detektiert. Dadurch erfolgt eine schnelle Erkennung der Störung. Überschreitet der Gradient einen vorgegebenen Wert, wird ein Signal (Filter_2_aktiv) generiert und an die Filterfunktion weitergegeben. Unterschreitet der Gradient einen vorgegebenen Wert, beispielweise den gleichen Schwellwert, wird das Signal Filter_2_aktiv entweder sofort oder nach einer vorgegebenen Zeit zurückgenommen.
Alternativ wird zur Erkennung eines Störungsfalls das sensoreigene Diagnosesignal verwendet, welches eine Sensorstörung anzeigt. Vorteilhaft ist auch eine Kombination aus den beiden Varianten, bei der ein Störungsfall dann detektiert wird, wenn entweder ein Signal am Diagnoseausgang oder ein hohes Gradient am Sensorausgang vorliegt.
Alternativ kann das mit ersten Filter(vor-)gefilterte Signal bewertet, bspw. der Gradient bestimmt werden und eine zweite Filterung nachgeschaltet werden, sofern der Gradient des vorgefilterten Signals zu hoch ist.
Die Filterfunktion kann gemäß 1 auch so ausgestaltet sein, dass kontinuierlich zwei Signale berechnet werden das normal gefilterte Signal (Filter_1) und das mit reduzierten Eckfrequenz gefilterte Signal (Filter_2). Im Störungsfall wird das Signal des Filter_2 ausgegeben.
Dabei wird vorzugsweise zur Vermeidung von Unstetigkeiten im Signalverlauf des Ausgangssignals der Wert des (nicht gezeigten) Endregisters des Filter_2 mit dem Wert aus dem Endregister des Filter_1 belegt. Nach der Rücknahme des Filter_2_aktiv-Signals wird das Signal des Filter_1 ausgegeben. Gleichzeitig wird zur Vermeidung von Unstetigkeiten im Signalverlauf des Ausgangssignals der Wert des Endregisters des Filter_1 mit dem Wert aus dem Endregister des Filter_2 belegt.
Bei einer weiteren Ausführung berechnet die Filterfunktion nur ein Signal und im Störungsfall ändert die Filterfunktion die Eckfrequenz von z.B. 22Hz auf 5Hz.
Bei einer weiteren Ausführung gemäß 2 werden ebenfalls 2 Filter gleichzeitig berechnet, jedoch nicht immer beide verwendet. Im Störungsfall wird der Eingang des Filter_1 auf den Ausgang des Filter_2 geschaltet. Nach der Rücknahme des Filter_2_aktiv Signals wird der Eingang des Filter_1 direkt auf den Sensorausgang geschaltet. Diese Ausgestaltung gemäß 2 hat den besonderen Vorteil, dass der Filter_1 den Umschaltvorgang selbst mit filtert und so Unstetigkeiten im Signalverlauf vermieden werden. Sind aufgrund der Bewertung des ungefilterten Signals, also beispielsweise einer Störung des Sensors, beide Filter aktiv in den Signalfluss zum Ausgang SA in Reihe geschaltet, entsteht eine Eckfrequenz der gesamten Tiefpassfilterung von leicht unter 5 Hz, dadurch die Nachschaltung des Filter_1 das bereits durch Filter 2 vorgefilterten Signals nochmals gefiltert wird. Diese nochmalige Filterung und damit einhergehende Signalverzögerung kann aber bei der Dimensionierung der Eckfrequenz in der beiden Filter mit berücksichtigt werden. Zudem ist es vorteilhaft, den Filter_2 permanent mit laufen zu lassen, auch wenn sein Ausgang da gerade nicht auf den Eingang des Filter_1 geschaltet ist, da so im Falle einer Umschaltung jederzeit das Ausgangssignal des Filters_2 zur Verfügung steht und nicht erst noch berechnet werden muss.
Wie bereits eingangs erwähnt, weist der Sensor vorzugsweise auch eine Diagnoseeinheit auf, welche neben anderen Funktionen auch zur Erkennung von Störungen des Sensors dient und ein entsprechendes Signal am Diagnoseausgang bereitstellt. So ist es auch hinreichend, dass nur der Diagnoseausgang des Sensors bewertet und bei Anliegen einer Störung die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung angepasst wird. Natürlich können auch beide Informationen, also aus dem Diagnoseausgang und dem ungefilterten Signal genutzt werden und die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung angepasst werden, wenn aus einer dieser Signale das Vorliegen einer Störung erkennbar ist. Die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung wird vorzugsweise dann wieder auf den ursprünglichen Wert gesetzt, sofern das Diagnosesignal des Sensors, welches eine Störung anzeigt, zurückgenommen wird und der Gradient des Sensorsignals die gleiche oder eine abweichende vorgegebene Schwelle unterschreitet oder diese Unterschreitung für eine vorgegebene Zeitdauer anliegt.

Claims

Verfahren zur Signalverarbeitung eines Sensorsignals eines Inertialsensors mittels Tiefpassfilterung, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor auf Störungen hin überwacht und die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung in Abhängigkeit des Vorliegens einer Störung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ungefilterte Sensorsignal bewertet und die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung in Abhängigkeit der Bewertung des Sensorsignals angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient des Sensorsignals ermittelt und bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Schwelle die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Diagnoseeinheit zumindest unter anderem auch zur Erkennung von Störungen des Sensors aufweist und der Diagnoseausgang des Sensors bewertet und bei Anliegen einer Störung die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung wieder auf den ursprünglichen Wert erhöht wird, sofern der Gradient des Sensorsignals die gleiche oder eine abweichende vorgegebene Schwelle unterschreitet oder diese Unterschreitung für eine vorgegebene Zeitdauer anliegt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung wieder auf den ursprünglichen Wert gesetzt wird, sofern das Diagnosesignal des Sensors, welches eine Störung anzeigt, zurückgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung wieder auf den ursprünglichen Wert gesetzt wird, sofern das Diagnosesignal des Sensors, welches eine Störung anzeigt, zurückgenommen wird und der Gradient des Sensorsignals die gleiche oder eine abweichende vorgegebene Schwelle unterschreitet oder diese Unterschreitung für eine vorgegebene Zeitdauer anliegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung in Abhängigkeit von der Bewertung des Sensorsignals von einem Bereich zwischen 15 und 30 Hz auf einen Bereich zwischen 1 und 15 Hz, vorzugsweise einem Bereich von 20 bis 25 Hz auf 3 bis 8 Hz, vorzugsweise von 22 Hz auf 5 Hz angepasst wird.
Tiefpassfiltervorrichtung zur Signalverarbeitung eines Sensorsignals eines Inertialsensors gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Filter mit einer höheren Grenzfrequenz und ein zweiter Filter mit einer niedrigeren Grenzfrequenz und eine Vorrichtung zur Bewertung des Gradienten des ungefilterten Signals und Erzeugung eines Schaltsignals und einer Schaltvorrichtung zur Zuschaltung des zweiten Filters oder Umschaltung auf den zweiten Filter vorgesehen ist.
Tiefpassfiltervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung vor dem ersten Filter angeordnet ist und den Eingang des ersten Filters entweder das ungefilterte Signal oder das durch den zweiten Filter gefilterte Signal zuführt.