DE102014210766A1

DE102014210766A1 - Verfahren zur Offsetkorrektur eines Sensorsignals eines Inertialsensors, insbesondere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014210766A1
Application number: DE102014210766.0A
Authority: DE
Inventors: Sergey Azarkevich; Bert Lindner
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-17

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 der Datensätze aus Temperatur und Offset oder zumindest einer Kennlinie oder eines Kennlinienfelds ein dynamischer temperaturabhängiger Offsetanteil bestimmt wird. Bei Erfassung eines neuen Datensatzes wird die Abweichung des aktuellen Offsets zu dem bei der aktuellen Temperatur mittels der bisherigen Datensätze, Kennlinie oder deren Parameter zu erwartenden Offsets bewertet und bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Abweichung dies als Fehler des Sensors erkannt wird.

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 las 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 sensoreigener 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 nächster Schritt 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.
So ist beispielsweise aus der DE 19910868 A1 ein entsprechendes Fahrzeug-Stabilitäts-Regelsystem zu entnehmen mit einem Lernmodus zur Ermittlung des Gradienten von temperaturbezogenen Nullpunkt-Versatz-Werten. Sofern für bestimmte Temperaturen kein Nullpunkt-Versatz-Wert vorliegt, können durch Interpolation von zwischen bereits ermittelten Nullpunkt-Versatz-Werten im Datenbestand fehlende Nullpunkt-Versatz-Werte ergänzt werden.
Nachteil eines solchen Verfahrens ist jedoch, dass für die Interpolation immer nur die jeweils benachbarten Werte unabhängig von deren Abstand zueinander und dem realen Gesamtverlauf der Kennlinie berücksichtigt werden.
Zudem erfolgt in der Lernphase der DE 19910868 A1 eine Plausibilitätsbewertung des neuen Nullpunkt-Versatz-Wertes. Alternativ dazu ist bekannt, generell feste Schwellen für die Nullpunkt-Versatz-Werte vorzugeben.
Aufgabe der Erfindung ist es da her, ein verbessertes Verfahren zur Offsetkorrektur eines Sensorsignals eines Inertialsensors vorzustellen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Wieder erfolgt einerseits eine fahrsituationsabhängige Offsetermittlung, indem bestimmte vorgegebene Fahrsituationen erkannt und in diesen aus dem Sensorsignal der Offset und so ein neuer Datensatz, bestehend aus aktueller Temperatur und sensoreigenem Offset, ermittelt wird. Eine Mehrzahl von solchen Datensätzen oder zumindest eine aus diesen Datensätzen abgeleitete Kennlinie oder Parameter zur Beschreibung einer Kennlinie werden abgespeichert, wobei es für die vorliegende Erfindung unerheblich ist, was als Ausgangspunkt für die Bestimmung des dynamischen temperaturabhängigen Offsetanteils gespeichert wird – dies beeinflusst einzig den Speicher- und Rechenaufwand.
Wiederum wird andererseits im laufenden Betrieb die aktuelle Temperatur am Inertialsensor oder im Fahrzeug ermittelt und anhand der Mehrzahl von solchen Datensätzen, der aus diesen Datensätzen abgeleiteten Kennlinie oder der Parameter zur Beschreibung einer Kennlinie ein dynamischer temperaturabhängiger Offsetanteil bestimmt und normaler Weise das Sensorsignal anhand der ermittelten Offsets korrigiert wird.
Vorzugsweise wird auch weiter bei zumindest einer bestimmten Fahrsituation, vorzugsweise einem Stillstand des Fahrzeugs, ein neuer Wert für die Temperatur und Sensoroffset ermittelt wird und als ein Datensatz, bestehend aus Temperatur und sensoreigenem Offset bestimmt.
Bei Erfassung eines neuen Datensatzes wird jedoch erfindungsgemäß zudem die Abweichung des aktuellen Offsets zu dem bei der aktuellen Temperatur mittels der bisherigen Datensätze, Kennlinie oder deren Parameter zu erwartenden Offsets nicht nur auf Plausibilität, sondern auch auf dessen Abweichung bewertet und bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Abweichung dies als Fehler des Sensors erkannt.
Die Abweichung kann dabei als größer als eine vorgegebene absolute Abweichung oder als eine vorgegebene relative prozentuale Abweichung zu dem auf Basis der Vergangenheitswerte zu erwartenden Offset ausgestaltet sein, in jedem Falle aber immer in Bezug auf diese Vergangenheitswerte und damit bereits dynamisch mit dem Alterungsprozess angepasst – ist aber die aktuelle Abweichung zu groß, kann dies eben nicht mehr rein auf Alterungsprozesse zurückgeführt werden, sondern muss aus Sicherheitsgründen als Sensorfehler, also Defekt bewertet werden.
Zudem ist in einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass für eine aktuelle Temperatur beziehungsweise den zu dieser Temperatur errechenbaren Offsetwert die Konfidenz ermittelt wird, vorzugsweise mit dem ermittelten Offset und/oder korrigierten Sensorsignal ausgegeben oder ab Verlassen eines vorgegebenen Konfidenzintervalls keine weitere Korrektur erfolgt, vorzugsweise dies als Fehler des Sensors erkannt wird.
Außerdem ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass zumindest die unterste und oberste Temperatur, für welche ein tatsächlicher Offset als Datensatz gemessen wurde, abgespeichert werden und die Ermittlung des Offsets nur innerhalb dieser Temperaturen erfolgt.
Sofern die aktuelle Temperatur am Sensor unterhalb der untersten Temperatur liegt, wird zur Korrektur des Sensorsignals der Offset bei der untersten Temperatur angenommen und/oder sofern die aktuelle Temperatur am Sensor oberhalb der obersten Temperatur liegt, zur Korrektur des Sensorsignals der Offset bei der obersten Temperatur angenommen.
Zudem ist als besondere Weiterbildung vorgesehen, dass zusätzlich die Änderung der Temperatur über die Zeit bewertet, also beispielsweise in definierten Zyklen die Temperatur gemessen und die Änderungsrate ermittelt wird, und bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle dies ebenfalls als Fehler interpretiert wird, also vorzugsweise dies auch unabhängig von der Abweichung zwischen dem erwarteten und tatsächlich gemessenen Offset. Es ist dabei für das Steuergerät im Kraftfahrzeug auch in der Regel unerheblich, ob dies als ein Fehler des Temperatursensors am/im Inertialsensor oder gleich als Fehler des Inertialsensors angezeigt wird, da dies für die Verwertbarkeit des Sensorsignals letztlich unerheblich ist.
Die Erfindung wird ausgestaltet als ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Inertialsensor und einer Programmierung zur Durchführung des Verfahrens, welche im Speicher des Steuergeräts hinterlegt ist und üblicher Weise vom Mikroprozessor des Steuergeräts dann geladen und ausgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19910868 A1 [0010, 0012]

Claims

Verfahren zur Offsetkorrektur eines Sensorsignals eines Inertialsensors, insbesondere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors für ein Kraftfahrzeug, wobei a) einerseits eine fahrsituationsabhängige Offsetermittlung erfolgt, indem bestimmte vorgegebene Fahrsituationen erkannt und in diesen aus dem Sensorsignal der Offset und so ein neuer Datensatz, bestehend aus Temperatur und sensoreigenem Offset, ermittelt und eine Mehrzahl von solchen Datensätzen, zumindest eine aus diesen Datensätzen abgeleitete Kennlinie oder Parameter zur Beschreibung dieser Kennlinie(n) abgespeichert werden, b) andererseits die aktuelle Temperatur am Inertialsensor oder im Fahrzeug ermittelt wird und anhand der Mehrzahl von solchen Datensätzen, der aus diesen Datensätzen abgeleiteten Kennlinie oder der Parameter zur Beschreibung einer Kennlinie ein dynamischer temperaturabhängiger Offsetanteil bestimmt und das Sensorsignal anhand der ermittelten Offsets korrigiert wird, c) dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassung eines neuen Datensatzes die Abweichung des aktuellen Offsets zu dem bei der aktuellen Temperatur mittels der bisherigen Datensätze, Kennlinie oder deren Parameter zu erwartenden Offsets bewertet wird und bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Abweichung dies als Fehler des Sensors erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung größer als eine vorgegebene absolute Abweichung dies als Fehler des Sensors erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung größer als eine vorgegebene relative prozentuale Abweichung dies als Fehler des Sensors erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine aktuelle Temperatur beziehungsweise den zu dieser Temperatur errechenbaren Offsetwert die Konfidenz ermittelt wird, vorzugsweise mit dem ermittelten Offset und/oder korrigierten Sensorsignal ausgegeben oder ab Verlassen eines vorgegebenen Konfidenzintervalls keine weitere Korrektur erfolgt, vorzugsweise dies als Fehler des Sensors erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die unterste und oberste Temperatur, für welche ein tatsächlicher Offset als Datensatz gemessen wurde, abgespeichert werden und a) die Ermittlung des Offsets nur innerhalb dieser Temperaturen erfolgt und b) sofern die aktuelle Temperatur am Sensor unterhalb der untersten Temperatur liegt, zur Korrektur des Sensorsignals der Offset bei der untersten Temperatur angenommen wird und/oder c) sofern die aktuelle Temperatur am Sensor oberhalb der obersten Temperatur liegt, zur Korrektur des Sensorsignals der Offset bei der obersten Temperatur angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Temperatur über die Zeit bewertet und bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle dies ebenfalls als Fehler interpretiert wird.
Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Inertialsensor und einer Programmierung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.