DE102013213457A1

DE102013213457A1 - Verfahren zur Offsetkorrektur eines Sensorsignals eines Inertialsensors, insbesondere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013213457A1
Application number: DE201310213457
Authority: DE
Inventors: Sergey Azarkevich; Bert Lindner
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Es wird Verfahren zur Offsetkorrektur eines Sensorsignals eines Inertialsensors, insbesondere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors für ein Kraftfahrzeug, vorgestellt, bei welchem einerseits eine fahrsituationsabhängige Offsetermittlung erfolgt, indem bestimmte vorgegebene Fahrsituationen, bspw. ein Stillstand, erkannt und in diesen aus dem Sensorsignal der Offset ermittelt wird, andererseits die Temperatur am Inertialsensor oder im Fahrzeug ermittelt wird und anhand zumindest einer Kennlinie oder eines Kennlinienfelds ein dynamischer temperaturabhängiger Offsetanteil bestimmt wird. Die Kennlinie bzw. das Kennlinienfeld wird vorzugsweise anhand von Datensätzen aus der fahrsituationsabhängigen Offsetermittlung erlernt, wobei ab dem Erreichen der vorgegebenen Menge von Datensätzen ein neu ermittelter Datensatz denjenigen Datensatz im Speicher überschreibt, welcher temperaturmäßig am nähersten zum neu ermittelten Datensatz ist oder welcher temperaturmäßig den kleinsten Abstand zwischen den zwei direkt benachbarten Datensätzen hat. Das Sensorsignal wird dann anhand der ermittelten Offsets korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Offsetkorrektur eines Sensorsignals eines Inertialsensors, insbesondere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Inertialsensoren, insbesondere Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren geben in Ruhelage einen Wert aus, der allgemein als Offsetfehler bezeichnet wird. Der Offsetfehler ist durch die Beschaffenheit eines Sensors bedingt und besteht aus mehreren Komponenten: einem Initialoffset, einem Offset durch Alterungseinfluss als auch einem Offset durch Temperatureinfluss.
Ziel dieser Erfindung ist, den Offsetfehler eines Sensors durch eine Kompensation zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Mehrere Möglichkeiten zur Offsetreduktion existieren bereits. Signalfilter (Hochpassfilter) haben den Nachteil, dass dabei der Sensorsignal, welcher durch eine Fahrsituation bedingt ist, vom Filter fälschlicherweise als sensoreigener Offsetfehler korrigiert wird.
Modellbasierte Filterungsverfahren, wie beispielsweise Kalman-Filter, können den Sensorsignal, der durch eine Fahrsituation bedingt ist, vom sensoreigenen Offsetfehler unterscheiden. Die Verfahren sind aber relativ rechenintensiv.
Bei einer fahrsituationsabhängigen Offsetermittlung werden Fahrsituationen bestimmt, bei denen kein Einfluss der Inertialkräfte vorliegt. Der sensoreigene Offsetfehler wird dabei als Mittelwert des Sensorausgangs bestimmt.
Bei umgebungsabhängiger Offsetermittlung wird der sensoreigene Offsetfehler dadurch korrigiert, dass der Umgebungseinfluss durch eine Temperaturmessung und Berücksichtigung der Temperaturkennlinie des sensoreigenen Offsetfehlers korrigiert wird.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass kombiniert fahrsituationsabhängige und umgebungsabhängige Offsetermittlung erfolgen. Vorzugsweise wird ein Lernverfahren zur Ermittlung der sensoreigenen Temperaturkennlinie eingesetzt. Eine Voraussetzung ist das Vorhandensein eines Temperatursensors, die modernen Sensoren verfügen oft über einen solchen Sensor oder können diese über andere Sensoren im Fahrzeug hinreichend genau bereit gestellt werden.
Für die fahrsituationsabhängige Offsetermittlung wird mittels zumindest eines Beschleunigungssensors die Lage des Fahrzeugs ermittelt und der Einfluss der Gravitationsbeschleunigung berücksichtigt. Alternativ könnte auch ein Radsensor oder Drehsensor an einer Welle des Fahrzeugs verwendet werden.
Als Fahrsituation für die fahrsituationsabhängige Offsetermittlung wird vorzugsweise der Stillstand des Fahrzeugs verwendet und erkannt, da hier die dynamischen Störungen am geringsten sind.
Bei zumindest bestimmten Stillstandssituationen werden neue Werte für die Temperatur und Sensoroffset ermittelt und als ein Datensatz, bestehend aus Temperatur und sensoreigene Offset in einen Speicher gespeichert werden, bis eine vorgegebene Menge von Datensätzen vorhanden ist. Generell ist denkbar, dass jede Stillstandssituation berücksichtigt wird – alternativ können aber bestimmte zeitliche Abstände zwischen zu berücksichtigenden Stillstandssituationen verwendet werden.
In einer Weiterbildung überschreibt ab dem Erreichen der vorgegebenen Menge von Datensätzen ein neu ermittelter Datensatz denjenigen alten Datensatz im Speicher, welcher temperaturmäßig am nähesten zum neu ermittelten Datensatz ist. Im Gegensatz zu einem First-In-First-Out-Überschreibekonzept bleibt so eine möglichst große Dynamikbreite an Datensätzen im Speicher erhalten, wodurch die vorgesehene Interpolation auf die aktuelle Temperatur relativ genau wird.
In einer anderen Weiterbildung wird der zu überschreibende Datensatz so ermittelt. Die Datensätze liegen mit ansteigender oder abfallender Temperatur vor. Es wird der Datensatz ersetzt, bei dem der Temperaturabstand zwischen den zwei diesem Datensatz direkt benachbarten Datensätzen minimal ist. Somit wird über Zeit eine Gleichverteilung der Datensätze über Temperatur erreicht.
In der bevorzugten Ausgestaltung besteht das Verfahren aus den folgenden Modulen. Für die fahrsituationsabhängige Offsetermittlung wird eine Fahrsituation (vorzugsweise Stillstand) erkannt und dabei der Offsetwert eines Sensors ermittelt. Der Offsetwert eines Drehratensensors kann durch eine Mittelung des Sensorausgangs berechnet werden. Für die Berechnung des Offsetwertes eines Beschleunigungssensors wird die Lage des Fahrzeugs ermittelt und damit der Einfluss der Gravitationsbeschleunigung berücksichtigt. Die sensorinnere Temperatur wird ermittelt.
Im Speicher des Gerätes wird ein Kennfeld mit einer vordefinierten Anzahl der Datenpunkte angelegt. Bei jedem Stillstand werden neue Werte für die Temperatur und Sensoroffset ermittelt und als ein Datensatz, bestehend aus Temperatur und sensoreigene Offset in den Speicher geschrieben. Solange das Kennfeld nicht vollständig gefüllt ist, werden neue Werte hinzugefügt. Wenn das Kennfeld voll ist, wird der Datensatz im Kennfeld überschrieben, der temperaturmäßig am nähersten zum bereits ermittelten Datensatz liegt. In einer weiteren Ausführung wird der Datensatz überschrieben, welcher den minimalsten Temperaturabstand zwischen den zwei direkt benachbarten Datensätzen hat. Mit diesem Verfahren wird mit der Zeit die sensoreigene Temperaturkennlinie vollständig ermittelt und laufend aktualisiert. Die zwei Komponenten: Initialoffset und Offset durch Alterungseinfluss werden dabei korrigiert.
Die dynamische Komponente des Sensoroffsets (Temperatureinfluss) wird dann durchgeführt, wenn keine fahrsituationsabhängige Offsetermittlung möglich ist. Die dynamische Komponente des Sensoroffsets (Temperatureinfluss) wird auf Basis der gemessenen Temperatur und der ermittelten Temperaturkennlinie korrigiert. Die aktuelle Temperatur wird mit Hilfe des Temperatursensors ermittelt. Im Kennfeld werden zwei Datensätze jeweils unterhalb und oberhalb der ermittelten Temperatur für die Berechnung der aktuellen Offsetwerte auf Basis der linearen Interpolation verwendet. Es müssen bereits mindestens zwei Datensätze durch vorhergehende fahrsituationsabhängige Offsetermittlung angelegt worden sein, andernfalls wird keine dynamische Komponente des Sensoroffsets (Temperatureinfluss) korrigiert. Sollte der gemessene Temperaturwert außerhalb der vorhandenen Datenpunkten der angelegten Kennlinie liegen, wird der Offsetwert durch eine lineare Extrapolation ermittelt.
Zusätzlich kann der berechnete Offsetwert auf die Einhaltung der sensorspezifischen Grenzen (absoluter Offset, Offsetgradient) überprüft und ggf. begrenzt werden.
Eine Anwendung dieses Verfahrens hat den Vorteil, dass preiswertere Sensoren geringerer Güte bei Anwendungen, die kritisch im Bezug auf Offsetfehler sind, trotzdem eingesetzt werden können.

Claims

Verfahren zur Offsetkorrektur eines Sensorsignals eines Inertialsensors, insbesondere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass a) einerseits eine fahrsituationsabhängige Offsetermittlung erfolgt, indem bestimmte vorgegebene Fahrsituationen erkannt und in diesen aus dem Sensorsignal der Offset ermittelt wird, b) andererseits die Temperatur am Inertialsensor oder im Fahrzeug ermittelt wird und ein dynamischer temperaturabhängiger Offsetanteil bestimmt wird, c) das Sensorsignal anhand der ermittelten Offsets korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die fahrsituationsabhängige Offsetermittlung mittels zumindest eines Beschleunigungssensors die Lage des Fahrzeugs ermittelt und der Einfluss der Gravitationsbeschleunigung berücksichtig wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrsituation der Stillstand des Fahrzeugs verwendet und erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest bestimmten Stillstandssituationen neue Werte für die Temperatur und Sensoroffset ermittelt werden und als ein Datensatz, bestehend aus Temperatur und sensoreigene Offset in einen Speicher gespeichert werden, bis eine vorgegebene Menge von Datensätzen vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ab dem Erreichen der vorgegebenen Menge von Datensätzen ein neu ermittelten Datensatz denjenigen Datensatz im Speicher überschreibt, welcher temperaturmäßig am nähersten zum neu ermittelten Datensatz ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ab dem Erreichen der vorgegebenen Menge von Datensätzen ein neu ermittelten Datensatz denjenigen Datensatz im Speicher überschreibt, welcher temperaturmäßig den kleinsten Abstand zwischen den zwei direkt benachbarten Datensätzen hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des dynamischen temperaturabhängigen Offsetanteils die Datensätze aus dem Speicher verwendet und mittels Interpolation auf die aktuell ermittelte Temperatur angepasst werden, sobald zumindest zwei Datensätze vorhanden sind.
Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Inertialsensor und einer Programmierung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.