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Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zum Messen eines Messparameters mittels eines Sensors.
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Zum technologischen Hintergrund und zum Stand der Technik zu verschiedenen für Ausführungen der Erfindung in Frage kommenden Sensoren, deren Messprinzipien sowie beispielhafter Verwendungen wird insbesondere auf folgende Literaturstellen verwiesen:
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Sensoren arbeiten nach naturwissenschaftlichen Prinzipien, die eine Abhängigkeit von dem zu messenden Messparameter aufzeigen. Meist sind die Messungen dabei nicht nur von dem zu erfassenden Messparameter, sondern auch von anderen Parametern abhängig, die nicht erfasst werden sollen. Diese Parameter werden im Folgenden als Beeinflussungsparameter bezeichnet. Ein Beeinflussungsparameter ist ein Parameter, der kein Messparameter ist und auch nicht zur Ermittlung des Messparameters erfasst werden soll, der aber die Messung des Messparameters oder dessen Ermittlung (unerwünscht) beeinflusst. Bei einigen der Sensoren aus dem vorgenannten Stand der Technik sind daher aufwändige Maßnahmen zur Kompensation der Beeinflussung des Beeinflussungsparameters vorgesehen.
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Meist müssen Sensoren für die Messung kalibriert werden, d.h. ein Referenzpunkt, wie insbesondere ein Nullpunkt des Sensors, muss zuvor auf einen Referenzwert, wie z.B. Null für den Nullpunkt, eingestellt werden.
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Die Literaturstellen [1] bis [5] beschreiben Drucksensoren, mit denen als Messparameter ein Druck in einem zu messenden Medium zu messen ist. Das Sensorsignal ist dabei nicht nur vom Druck, sondern auch in gewissem Masse von Beeinflussungsparamatern, insbesondere Umweltparametern abhängig. Den größten Einfluss hat dabei insbesondere die Temperatur, aber auch andere Umweltparameter, wie z.B. absolute oder relative Feuchte, Vorhandensein oder Konzentration eines Gases, oder Beeinflussungsparameter wie Alter des Sensors, andauernde Betriebszeit oder dergleichen, können die Druckmessung beeinflussen und zu Ungenauigkeiten führen. Die Drucksensoren können in übergeordneten Systemen, wie z.B. in einem Verbrennungsmotor, einem Fahrzeug (Landfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug), in einem Hydraulik- oder Pneumatiksystem oder einer prozesstechnischen Industrieanlage eingesetzt werden.
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Die Literaturstellen [6] und [7] beschreiben Dichtewächter, wobei die Messung des Messparameters Gasdichte eines Zielgases ebenfalls von Beeinflussungsparametern abhängig sein kann. Als übergeordnetes System ist hier meist eine mit dem zu überwachenden Gas befüllte elektrische Schaltanlage vorgesehen. Beeinflussungsparameter können z.B. Temperatur, Feuchte, Druck, Alterung sein.
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Die Literaturstelle [8] beschreibt ein Beispiel eines Feuchtesensors, und die Literaturstelle [9] beschreibt ein Beispiel eines Gassensors am Beispiel eines Wasserstoffsensors. Die Literaturstelle [20] beschreibt ein Beispiel eines Durchflusssensors. Auch bei den Sensoren nach [8], [9] und [20] können die Messungen der Messparameter Feuchte, Gaskonzentration, Durchfluss von unterschiedlichen Beeinflussungsparametern beeinflusst werden.
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Die Literaturstellen [10] bis [19] beschreiben Belastungssensoren, wie Kraftsensoren, Drehmomentsensoren und Spannungssensoren oder auch Leistungssensoren. Bevorzugt arbeiten die Belastungssensoren nach dem Vilari-Effekt. Es sind auch Sensoren mit aktiver Aufmagnetisierung beschrieben worden. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass das Testobjekt, an dem die Belastung zu messen ist, nicht permanent magnetisiert ist und somit keine zuvorige Bearbeitung zur Magnetisierung erfahren muss, sondern (nur) bei der Messung aktiv mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung aufmagnetisiert wird, um durch eine mechanische Spannung bedingte Änderungen von Magnetfeldparametern des aufmagnetisierten Magnetfeldes mittels einer oder mehrerer Magnetfelderfassungseinrichtungen, insbesondere Spulen zu erfassen. Auch eine solche Messung ist von Änderungen der Temperatur und in geringerem Maße auch von Änderungen von anderen Umweltparametern und anderen Beeinflussungsparametern abhängig. Derartige Belastungssensoren werden in unterschiedlichen übergeordneten Systemen, wie insbesondere Hebewerkzeugen, wie Kränen, oder Fahrzeugen, wie z.B. Kraftfahrzeugen, dort im Antriebsstrang und/oder im Fahrwerk eingesetzt. Ein immer bedeutenderes Einsatzgebiet sind elektrounterstützte menschlich angetriebene Fahrzeug, insbesondere pedalangetriebene Fahrzeuge, wie z.B. E-Bikes. Dort soll in der Regel die Elektrounterstützung abhängig von dem vom Menschen über die Pedale aufgebrachten Drehmoment erfolgen. Wird das Drehmoment - oder der daraus unter Berücksichtigung der Trittfrequenz ermittelten Leistung - dabei aufgrund von Beeinflussungsparametern falsch gemessen, führt dies zu unerwünschten Änderungen der Elektrounterstützung.
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Daher sind in den Literaturstellen [21] bis [26] unterschiedliche Maßnahmen zur Kalibrierung von Drehmoment- und Leistungsmessungen an E-Bikes vorgeschlagen worden, um die Elektrounterstützung genauer zu steuern.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zu schaffen, mit der Messparameter automatisiert und sehr komfortabel über längere Zeiträume hinweg und bei unterschiedlichen Bedingungen genauer gemessen werden können.
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Insbesondere sollen Messverfahren und Messvorrichtungen der aus den Literaturstellen [1] bis [26] bekannten Art derart verbessert werden, dass eine komfortablere und dennoch unter unterschiedlichen Bedingungen und über längere Zeiträume hinweg genauere Messung ermöglicht ist.
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Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Messverfahren und eine Messvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung schafft gemäß einem Aspekt davon ein Messverfahren zum Messen eines Messparameters mittels eines Sensors. Das Messverfahren umfasst die Schritte a) Erfassung sicherer Zustände und Füllen einer Look-Up-Tabelle mit von Beeinflussungsparametern abhängigen Korrekturwerten und b) korrigiertes Messen des Messparameters unter Abfragen der Korrekturwerte für den aktuellen Wert des Beeinflussungsparameters.
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Vorzugsweise ist ein Sensor verwendet, wie er aus einer der Literaturstellen [1] bis [26] bekannt ist.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a1) kontinuierliches Erfassen von sicheren Zuständen des Sensors, in denen der tatsächliche Wert des Messparameters bekannt ist.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a2) wenn ein sicherer Zustand erfasst wurde, Erfassen eines durch den Sensor erfassten Rohmesswerts bei dem sicheren Zustand und Ermitteln eines Korrekturwerts abhängig von dem tatsächlichen Wert des Messparameters bei dem sicheren Zustand und dem erfassten Rohmesswert und Erfassen eines Werts wenigstens eines die Messung des Messparameters beeinflussenden Beeinflussungsparameters und Speichern der Wertegruppe aus Korrekturwert und dem wenigstens einen Wert des wenigstens einen Beeinflussungsparameters in der Look-Up-Tabelle oder Aktualisieren eines für den entsprechenden Wert des Beeinflussungsparameters in der Look-Up-Tabelle bereits gespeicherten Korrekturwerts.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a3) Wiederholen von Schritt a2), um die Look-Up-Tabelle mit unterschiedlichen Korrekturwerten für unterschiedliche Werte des wenigstens einen Beeinflussungsparameters zu füllen.
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Vorzugsweise umfasst Schritt b):
- b1) Erfassen des aktuellen Rohmesswerts und Erfassen des aktuellen Werts des Beeinflussungsparameters.
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Vorzugsweise umfasst Schritt b):
- b2) Ermitteln des Korrekturwerts aus der Look-Up-Tabelle entsprechend dem aktuellen Wert des Beeinflussungsparameters.
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Vorzugsweise umfasst Schritt b):
- b3) Ermitteln des aktuellen Messwerts des Messparameters unter Korrektur des aktuellen Rohmesswerts mit dem ermittelten Korrekturwerts.
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Es ist bevorzugt, dass als Messparameter eine Belastung mittels eines Belastungssensors gemessen wird.
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Es ist bevorzugt, dass als Messparameter ein Belastungsparameter aus der Gruppe gemessen wird, die ein Drehmoment, eine Kraft, eine Leistung, ein Drehmoment an einer Kurbel eines elektrifizierten pedalgetriebenen Fahrrads, ein Drehmoment an einer Kupplung in einem Getriebestrang eines Fahrzeugs oder einer Maschine und eine Belastung an einem Werkzeug einer Maschine umfasst.
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Es ist bevorzugt, dass als Beeinflussungsparameter ein Umweltparameter an dem Sensor gemessen wird.
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Es ist bevorzugt, dass als Beeinflussungsparameter wenigstens ein Umweltparameter an dem Sensor aus der Gruppe von Umweltparametern, die die Temperatur, die relative oder absolute Feuchte, den Druck umfasst, gemessen wird.
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Es ist bevorzugt, dass als Beeinflussungsparameter ein die Betriebszeit und/oder das Alter des Sensors anzeigender Alterungsparameter gemessen wird.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a1.1) Erfassen eines Nullzustands, in dem der Wert des Messparameters Null sein muss.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a1.2) Erfassen eins Referenzwertzustands, in der Wert des Messparameters gleich einem Referenzwert sein muss.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a1.3) Erfassen mehrerer unterschiedlicher sicherer Zustände mit jeweils unterschiedlichen bekannten Werten und Abspeichern in einer separaten Look-Up-Tabelle oder in einer weiteren Dimension der Look-Up-Tabelle.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a1.4) Verwenden sensorinterner Information oder von Information aus einem den Sensor einsetzenden höher-rangigen System zur Erfassung des sicheren Zustands.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a2.1) Abspeichern des aktuellen Sensorwerts in einem Puffer.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a.2.2) Überprüfen, in zeitlichen Abständen nach erstmaliger Erfassung eines sicheren Zustands, ob der sichere Zustand weiter vorliegt.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a.2.3) Abspeichern des Sensorwerts aus dem Puffer als Rohmesswert, wenn das Überprüfungsergebnis einen sicheren Zustand ergibt, um die Look-Up-Tabelle zu aktualisieren.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a4) Füllen von freien Stellen der Look-Up-Tabelle für noch nicht erfasste Werte des Beeinflussungsparameters durch Abschätzen oder Interpolation.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a4.1) Füllen aller freien Stellen der Look-Up-Tabelle für noch nicht erfasste Wert des Beeinflussungsparameters unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors, der von dem Abstand des Werts für die jeweils zu füllenden Stelle zu einem bereits in der Look-Up-Tabelle berücksichtigten Wert des Beeinflussungsparameters abhängt, und Verwendung einer linearen Interpolation zwischen benachbarten Korrekturwerten.
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Vorzugsweise umfasst Schritt a):
- a4.2) Separates Füllen einzelner freier Stellen der Look-Up-Tabelle und Aufzeichnen eines Zuverlässigkeitswertes, der die Zuverlässigkeit des erfassten Korrekturwertes angibt, und Abschätzen der Korrekturwerte weiterer Stellen, wobei zur Abschätzung Werte, denen ein höherer Zuverlässigkeitswert zugeordnet worden ist, stärker berücksichtigt werden, als Werte, denen ein geringerer Zuverlässigkeitswert zugeordnet worden ist.
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Vorzugsweise umfasst Schritt b):
- b0) Korrigieren des Rohmesswertes in jedem Arbeitszyklus des Sensors unter Verwendung des entsprechenden Korrekturwertes aus der Look-Up-Tabelle.
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Vorzugsweise umfasst Schritt b):
- b2.1) Ermitteln des Korrekturwerts durch Interpolation, wenn der aktuelle Wert des Beeinflussungsparameters zwischen zwei Werten der Look-Up-Tabelle liegt.
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Vorzugsweise werden bei dem Messverfahren mehrere eindimensionaler Look-Up-Tabellen und/oder eine oder mehrere mehrdimensionale Look-Up-Tabellen verwendet, um den Rohmesswert als Funktion mehrerer Beeinflussungsparameter zu korrigieren.
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Vorzugsweise umfasst das Messverfahren den Schritt:
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Aktualisieren der entsprechenden Stelle der Look-Up-Tabelle bei jedem erfassten sicheren Zustand entsprechend des dabei erfassten Werts des Beeinflussungsparameters.
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Vorzugsweise umfasst das Messverfahren den Schritt:
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Begrenzen einer Modifikation auf eine Maximalmodifikation der Look-Up-Tabelle pro neuer Erfassung eines sicheren Zustands, um Veränderungen durch eventuell fälschlich als sicherer Zustand erfassten Zuständen zu begrenzen.
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Vorzugsweise umfasst das Messverfahren den Schritt:
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Modifikation der Look-Up-Tabelle durch Anwendung eines Dämpfungsfaktors.
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Vorzugsweise umfasst das Messverfahren den Schritt:
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Verzögern der Zustandserfassung, wenn mehrere sichere Zustände in einer Zeit unterhalb einer Schwellwertzeit erfasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Messvorrichtung zum Messen eines Messparameters, umfassend:
- einen Sensor zum Liefern eines von dem Messparameter abhängigen Rohmesswerts;
- eine Zustandserfassungseinrichtung zum kontinuierlichen Erfassen von sicheren Zuständen des Sensors, in denen der tatsächliche Wert des Messparameters bekannt ist und zum Abgeben eines Triggersignals, wenn ein sicherer Zustand erfasst wird,
- eine Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung zum Erfassen eines Werts wenigstens eines den Rohmesswert beeinflussenden Beeinflussungsparameters, eine Korrekturwertspeichereinrichtung mit einem Look-Up-Tabelle-Speicher zum Speichern wenigstens einer Look-Up-Tabelle, in der Werte des Beeinflussungsparameters mit Korrekturwerten korreliert sind, wobei die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu eingerichtet ist, auf das Triggersignal hin eine Wertegruppe, die einen von dem bekannten Wert des Messparameters und dem dann erfassten Rohmesssignal abhängigen Korrekturwert und den auf das Triggersignal hin erfassten Beeinflussungswert enthält, in der Look-Up-Tabelle zu speichern oder einen in der Look-Up-Tabelle für den entsprechenden Beeinflussungswert bereits gespeicherten Korrekturwert zu aktualisieren; und eine Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, bei einer Messung von dem Sensor den aktuellen Rohmesswert und von der Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung den aktuellen Wert des Beeinflussungsparameters zu empfangen, aus der Look-Up-Tabelle den für den aktuellen Wert des Beeinflussungsparameters geltenden Korrekturwert abzufragen und damit den Rohmesswert zu korrigieren, um den Messwert zu erhalten.
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Es ist bevorzugt, dass der Sensor ausgewählt ist aus einer Gruppe von Sensoren, die einen Belastungssensor, einen Drehmomentsensor, einen Leistungssensor, einen Kraftsensor, einen Sensor mit aktiver Aufmagnetisierung zur Erfassung einer Belastung, eines Drehmoments, einer Leistung und/oder einer Kraft an einem nicht permanent magnetisierten Messobjekt, einen Drucksensor, einen Feuchtesensor, einen Dichtesensor, einen Gassensor und einen Füllstandssensor umfasst.
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Es ist bevorzugt, dass die Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung einen Beeinflussungsparametersensor umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die ein Thermometer, einen Temperatursensor, einen Feuchtesensor zur Erfassung einer absoluten oder relativen Feuchte, einen Drucksensor, einen Gassensor, einen Umweltparametersensor zur Erfassung wenigstens eines Umweltparameters, einen Timer, eine Uhr zur Erfassung der aktuellen Zeit, einen Betriebsstundenzähler und einen Dichtesensor umfasst.
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Vorzugsweise ist die Zustandserfassungseinrichtung dazu ausgebildet, einen Nullzustand zu erfassen, in dem der Wert des Messparameters Null sein muss.
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Vorzugsweise ist die Zustandserfassungseinrichtung dazu ausgebildet, einen Referenzwertzustand zu erfassen, in dem der Wert des Messparameters gleich einem Referenzwert sein muss.
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Vorzugsweise ist die Zustandserfassungseinrichtung dazu ausgebildet, mehrere unterschiedliche sichere Zustände mit jeweils unterschiedlichen bekannten Werten des Messparameters zu erfassen, um mehrere Korrekturwerte in separaten Look-Up-Tabellen zu speichern oder zu aktualisieren oder in mehreren Dimensionen der Look-Up-Tabelle zu speichern oder zu aktualisieren.
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Vorzugsweise ist die Zustandserfassungseinrichtung dazu ausgebildet, einen sicheren Zustand auf eine sensorinterne Information hin zu erfassen.
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Vorzugsweise ist die Zustandserfassungseinrichtung dazu ausgebildet, einen sicheren Zustand auf eine Information von außen zu erfassen.
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Vorzugsweise ist die Zustandserfassungseinrichtung dazu ausgebildet, die Zustandserfassung zu verzögern, wenn mehrere sichere Zustände in einer Zeit unterhalb einer Schwellwertzeit erfasst werden.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, auf das Triggersignal hin einen aktuellen Sensorwert in einem Puffer abzuspeichern.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, auf einen Empfang eines Triggersignals hin in wenigstens einem zeitlichen Abstand oder in mehreren zeitlichen Abständen die Zustandserfassungseinrichtung abzufragen, ob der sichere Zustand weiter vorliegt.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, den gespeicherten Sensorwert aus dem Puffer als Rohmesswert zur Ermittlung des Korrekturwerts zu verwenden, wenn das erneute Abfragen der Zustandserfassungseinrichtung einen sicheren Zustand ergibt, um die Look-Up-Tabelle zu aktualisieren.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, freie Stellen der Look-Up-Tabelle für noch nicht erfasste Werte des Beeinflussungsparameters durch Abschätzen oder Interpolation zu füllen.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, alle freien Stellen der Look-Up-Tabelle für noch nicht erfasste Wert des Beeinflussungsparameters unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors, der von dem Abstand des Werts für die jeweils zu füllenden Stelle zu einem bereits in der Look-Up-Tabelle berücksichtigten Wert des Beeinflussungsparameters abhängt, und Verwendung einer linearen Interpolation zwischen benachbarten Korrekturwerten zu füllen.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, einzelne freie Stellen der Look-Up-Tabelle separat zu füllen und einen Zuverlässigkeitswertes aufzuzeichnen, der die Zuverlässigkeit des dabei erfassten Korrekturwertes angibt, und die Korrekturwerte weiterer Stellen abzuschätzen, wobei zur Abschätzung Werte, denen ein höherer Zuverlässigkeitswert zugeordnet worden ist, stärker berücksichtigt werden, als Werte, denen ein geringerer Zuverlässigkeitswert zugeordnet worden ist.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, mehrere eindimensionale Look-Up-Tabellen und/oder eine oder mehrere mehrdimensionalen Look-Up-Tabellen zu speichern, um es der Korrektureinrichtung zu ermöglichen, den Rohmesswert als Funktion mehrerer Beeinflussungsparameter zu korrigieren.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, bei jedem erfassten sicheren Zustand entsprechend des dabei erfassten Werts des Beeinflussungsparameters die entsprechende Stelle der Look-Up-Tabelle zu aktualisieren.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, eine Modifikation auf eine Maximalmodifikation der Look-Up-Tabelle pro neuer Erfassung eines sicheren Zustands zu begrenzen, um Veränderungen durch eventuell fälschlich als sicherer Zustand erfasste Zuständen zu begrenzen.
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Vorzugsweise ist die Korrekturwertspeichereinrichtung dazu ausgebildet, die Look-Up-Tabelle durch Anwendung eines Dämpfungsfaktors zu modififzieren.
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Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Rohmesswert in jedem Arbeitszyklus des Sensors unter neuer Abfrage des entsprechenden Korrekturwertes aus der Look-Up-Tabelle zu korrigieren.
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Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Korrekturwert durch Interpolation zu ermitteln, wenn der aktuelle Wert des Beeinflussungsparameters zwischen zwei Werten der Look-Up-Tabelle liegt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Steuerung eines pedalgetriebenen elektrounterstützten Fahrzeugs, umfassend eine Messvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche zur Erfassung eines Drehmoments oder einer Leistung an den Pedalen, um eine Elektrounterstützung abhängig von dem Messwert zu steuern.
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Weitere vorteilhafte Verwendungen der Messvorrichtung sind die Regelung oder Steuerung aktiver Fahrwerke von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, die Steuerung oder Überwachung von Maschinen, elektrischen Schaltwerken, die Steuerung oder Regelung von Motoren oder Hydraulikanlagen oder hydraulisch betätigter Maschinen oder Werkzeuge.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, umfassend maschinenlesbare Steueranweisungen, die wenn in eine Recheneinheit einer Messvorrichtung nach einer der voranstehend erörterten Ausgestaltungen geladen, die Messvorrichtung veranlassen, das Messverfahren nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen durchzuführen.
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Bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung betreffen eine computerimplementierte Erfindung, insbesondere eine Software-Methode, mit der ein Sensor im Feld - also während des Einsatzes - kalibriert werden kann.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Nullpunkt oder ein bekannter Lastwert temperaturabhängig nachgeführt wird, sobald ein definierter Zustand von einem Algorithmus auf den Sensor erkannt wird. So kann ein intrinsischer Temperaturgang des Sensors im Feld korrigiert werden.
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Für die Zustandserkennung können sowohl sensorinterne Informationen als auch Informationen aus einem übergeordneten System - z.B. aus einer externen zentralen Prozessoreinheit (auch kurz ECU genannt) eines Fahrzeugs, einer Anlage oder einer Maschine, in der die Messvorrichtung eingesetzt ist - verwendet werden.
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Am meisten bevorzugt ist die Nachführung des Nullpunkts bei Drehmoment- und Kraftsensoren. Das Verfahren ist grundsätzlich aber auch in anderen Bereichen der Sensorik einsetzbar. Neben dem Sensor-Nullpunkt könnte auch ein Lastpunkt nachgeführt werden, sofern er sicher detektierbar ist.
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Bevorzugtes Einsatzgebiet ist die Anwendung im Bereich von E-Bike und/oder Pedelec. Vorzugsweise findet die Nachführung von Drehmomentmesswerten auf Sensorebene statt.
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Vorzugsweise handelt es sich um eine temperaturabhängige Nullpunktnachführung.
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Ausgestaltungen der Erfindung sehen jedoch vor, dass nicht eine unmittelbare Korrektur des Nullpunkts oder Referenzpunkts stattfindet, sondern das bei jedem detektierten sicheren Zustand eine dem aktuellen Wert des Beeinflussungsparameters, wie insbesondere Temperatur, zugeordnete Stelle einer Look-Up-Tabelle aktualisiert wird. Durch die Erfassung des sicheren Zustandes, insbesondere z. B. ein lastfreier Zustand bei einem Belastungssensor, wird demnach ein Speicher für Korrekturwerte, die jeweils abhängig von dem Beeinflussungsparameter sind, aktualisiert. Der Sensor selbst wird bei jedem Betriebszyklus auf Grund der gespeicherten Korrekturwerte abhängig von dem dann aktuell vorliegenden Beeinflussungsparameterwert kalibriert.
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Demnach ist bevorzugt vorgesehen, dass sich der Sensor andauernd kalibriert.
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Bei Ausgestaltungen der Erfindung ist somit eine ständige Nachführung eines Offset-Wertes bei verschiedenen weiteren Beeinflussungsfaktoren und das Auffüllen einer entsprechend der Beeinflussungsfaktoren ausgebildeten Look-Up-Tabelle vorgesehen. Besonders bevorzugt wird dies bei Belastungssensoren (Drehmoment oder Kraft) vorgesehen, wobei als Beeinflussungsfaktoren externe Faktoren in Form von Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Alterung oder Betriebsdauer herangezogen werden.
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Bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung nutzen einen dynamischen Temperaturkompensationsalgorithmus für eine reduzierte Sensor-Offset-Abweichung.
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Sensor-Offset-Signale wie z. B. der Ausgang eines Drehmomentsensors in dem Zustand, in dem kein Drehmoment auf das zu messende Testobjekt angewandt wird, können auf Grund von externen Faktoren wie z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Alterung usw., von 0 abweichen. Bei vielen Sensoranwendungen ist einer dieser Faktoren (in der Regel die Temperatur) dominierend, und sein Wert kann durch den Sensor selbst gemessen werden.
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Durch kombinierte Informationen aus den Sensordaten und Daten, die durch ein höherrangiges System geliefert werden, können oft „sichere Zustände“, in denen der Sensorausgang z. B. 0 oder einem bestimmten bekannten Referenzwert entsprechen sollte, zuverlässig detektiert werden. Zum Beispiel kann zuverlässig bei vielen höherrangigen Systemen, z. B. E-Bikes oder Fahrzeugen - sicher detektiert werden, dass eine Belastung auf ein Testobjekt an dem der Sensor die Belastung misst, 0 sein sollte. Auch bei Drucksensoren oder sonstigen Sensoren sind in den meisten Fällen sichere Zustände detektierbar. Zum Beispiel sollte bei einem Drucksensor, der den Bremsdruck in einer hydraulischen Bremse misst, ein Nullwert ausgegeben werden, wenn die Bremse nicht betätigt wird. Auch kann zu bestimmten Zuständen ein bestimmter Referenzdruck anliegen, sodass das gewünschte Sensorsignal zu diesen Zuständen bekannt ist.
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Verwendet man eine derartige Zustandserfassung, können Korrekturwerte für den Sensorausgangswert bei unterschiedlichen Beeinflussungsparameterwerten, also z. B. für unterschiedliche Sensortemperaturen, in einer Look-Up-Tabelle (LuT) gespeichert werden.
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Zu jedem Zeitpunkt, kann der aktuelle Sensorausgang unter Verwendung der Werte aus der Look-Up-Tabelle korrigiert werden.
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Wenn die sicheren Zustände in Intervallen erreicht werden, die schneller als die typische Sensordriftzeit - z. B. auf Grund von Alterung - aufeinanderfolgen, kann ein solcher Algorithmus die Sensorsignalabweichung beträchtlich reduzieren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung in einem übergeordneten System;
- 2 ein Flussdiagramm, das eine Übersicht über ein mit der Messvorrichtung von 1 durchführbares Messverfahren zeigt;
- 3 ein Flussdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel für einen Schritt des Erfassens eines sicheren Zustandes erläutert;
- 4 eine schematische Darstellung mit einem Flussdiagramm und weiteren Diagrammen, die ein Ausführungsbeispiel für einen Schritt des Auffüllens einer Look-Up-Tabelle zur Verwendung in dem Messverfahren von 2 zeigt;
- 5 ein Flussdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel für den Schritt einer Signalwertkorrektur in dem Messverfahren von 2 zeigt, und
- 6 ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des Schritts der Erfassung eines sicheren Zustands in einem konkreten Anwendungsbeispiel, in dem das übergeordnete System ein E-Bike ist.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zum Messen eines Messparameters, wobei die Messvorrichtung 10 in einem übergeordneten System 12 verwendet wird. Die Messvorrichtung 10 weist einen Sensor 14 zum Erfassen des Messparameters und zum Liefern eines von dem Messparameter abhängigen Rohmesswerts (Sensorrohsignal s), eine Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung 16 zum Erfassen eines Werts b wenigstens eines den Rohmesswert beeinflussenden Beeinflussungsparameters, sowie eine Elektronikeinheit 18 auf. Die Elektronikeinheit 18 weist eine Zustandserfassungseinrichtung 20, eine Korrekturwertspeichereinrichtung 22 mit einer Korrekturwertbestimmungseinrichtung 23 und einem Look-Up-Tabelle-Speicher 24 und eine Auswerteeinrichtung 26 auf. Hierzu weist die Elektronikeinheit 18 eine Recheneinheit 28 auf, in der eine Software geladen ist, durch welche die Zustandserfassungseinrichtung 20, die Korrekturwertspeichereinrichtung 22 und die Auswerteeinrichtung 26 implementiert sind.
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Der Sensor 14 kann einer der in den Literaturstellen [1] - [26] gezeigten und beschriebenen Sensoren sein.
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Das übergeordnete System 12 kann z. B. ein Fahrzeug, eine Einheit eines Fahrzeugs (wie z.B. eine Steuerung (ECU)), ein Hydrauliksystem, eine Maschine, eine prozesstechnische Anlage oder eine elektrische Schaltanlage oder dergleichen sein.
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Die Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung 16 kann einen eigenen Fühler zum Erfassen des Beeinflussungsparameters aufweisen oder an dem Sensor 14 selbst vorgesehen sein.
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Die Zustandserfassungseinrichtung 20 ist zum kontinuierlichen Erfassen von sicheren Zuständen des Sensors 14, in denen der tatsächliche Wert s0 des Messparameters bekannt ist, und zum Abgeben eines Triggersignals, wenn ein sicherer Zustand erfasst wird, ausgebildet.
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Die Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung 16 ist zum Erfassen eines Werts wenigstens eines den Rohmesswert beeinflussenden Beeinflussungsparameters ausgebildet. Beispielsweise weist die Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung 16 einen Temperaturfühler, einen Feuchtsensor - siehe Literaturstelle [8] - einen Gassensor - siehe Literaturstelle [9] - und/oder einen Timer zum Erfassen des Alters des Sensors und/oder zum Erfassen einer Betriebszeit des Sensors 14 auf.
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Der Look-Up-Tabelle-Speicher 24 ist zum Speichern wenigstens einer Look-Up-Tabelle LuK ausgebildet, in der Werte b des Beeinflussungsparameters mit Korrekturwerten K korreliert sind. Die Korrekturwertspeichereinrichtung 22 ist dazu eingerichtet, auf das Triggersignal hin eine Wertegruppe, die einen Korrekturwert K und wenigstens einen Beeinflussungsparameterwert b enthält, in der Look-Up-Tabelle LuK zu speichern oder zu aktualisieren. Der Korrekturwert K wird durch die Korrekturwertbestimmungseinrichtung aus dem für den sicheren Zustand bekannten Wert s0 des Messparameters und dem auf das Triggersignal hin erfassten Rohmesssignal s bestimmt. Der Beeinflussungsparameterwert b wird auf das Triggersignal hin durch die Beeinflussungswerterfassungseinrichtung 16 erfasst.
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Die Auswerteeinrichtung 26 ist dazu eingerichtet, bei einer Messung von dem Sensor 14 den aktuellen Rohmesswert s zu empfangen und von der Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung 16 den aktuellen Wert b des Beeinflussungsparameters zu erfassen, aus der Look-Up-Tabelle LuK den für den aktuellen Wert b des Beeinflussungsparameters geltenden Korrekturwert K abzufragen und damit den Rohmesswert s zu korrigieren, um den Messwert M zu erhalten.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für den Algorithmus, den die Software in der Recheneinheit 28 implementiert, anhand des Beispiels eines E-Bikes oder dessen Steuerung als übergeordnetes System 12 und eines Drehmomentsensors zum Erfassen eines Drehmoments an der Kurbelwelle des E-Bikes als Sensor 14 erläutert, wobei als Beeinflussungsparameter durch die Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung 16 eine Temperatur erfasst wird. Für nähere Einzelheiten zur möglichen Ausgestaltung des E-Bikes sowie deren Steuerung wird auf die Literaturstellen [23] bis [26] verwiesen. Der Sensor 14 ist beispielsweise ein Drehmomentsensor oder ein Drehmoment-, Trittfrequenz- und Leistungssensor, wie sie in der Literaturstelle [21] oder [22], auf die für weitere Einzelheiten verwiesen wird, beschrieben und gezeigt sind. Selbstverständlich ist der Algorithmus aber auch auf die anderen Sensoren, wie sie in [1] bis [20] beschrieben und gezeigt sind, anwendbar.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, welches eine Übersicht über das Hauptprogramm darstellt.
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Gemäß 2 weist das Hauptprogramm folgende Schritte auf:
- 2.1
- Start
- 2.2
- Zustandserfassung und LuT füllen
- 2.3
- Kompensation der Rohsignale mit LuT
- 2.4
- Ende.
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Demnach weist der vorgeschlagene Algorithmus die folgenden drei Hauptfunktionen 1. bis 3. auf:
- 1. Einen Zustandsdetektor, der „sichere Zustände“ erfasst, wo eine Nullpunktabweichung des Sensors 14 zuverlässig gemessen werden kann. Zum Beispiel erfasst der Zustandsdetektor einen Zustand, in dem keine Last auf das zu messende Objekt angewandt wird. Dieser Zustandsdetektor - implementiert als Zustandserfassungseinrichtung 20 - erhält seine Information aus dem Sensor 14 selbst und/oder von dem übergeordneten System 12.
- 2. Eine Look-Up-Tabelle LuT, in der Sensorausgang-Korrekturwerte K für unterschiedliche Werte b eines Beeinflussungsparameters gespeichert werden, z. B. bei unterschiedlichen Temperaturen. Diese Look-Up-Tabelle LuT wird modifiziert - „eingelernt“ - unter Verwendung der aktuellen Sensor-Offset-Abweichung (Beispiel für Korrekturwert K), wenn immer der Zustandsdetektor einen sicheren Zustand erfasst.
- 3. Eine Funktion, die die Rohsensorsignale s unter Verwendung von Interpolation aus der Look-Up-Tabelle LuT bei dem aktuellen Wert des Beeinflussungsparameters - z. B. der aktuellen Temperatur - korrigiert.
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Bemerkung zu 1.: Anstelle einer Nullpunkts-Erfassung, wo der Sensor 14 als Messwert den Wert 0 ausgeben sollte, könnte der Zustandsdetektor auch von 0 abweichende Werte als Referenzwerte heranziehen, wenn Zustände sicher erfasst werden können, in dem ein bekannter Referenzwert vorliegt. Wenn z.B. in einem System 12 ein Zustand sicher erfasst werden kann, in dem ein Drehmoment einen vorbestimmten Drehmomentwert einnimmt - z. B. 100 Nm - dann kann das Vorliegen eines solchen Zustand als sicherer Zustand erfasst werden. Es sind auch Ausgestaltungen mit einer Kombination einer Erfassung eines von 0 unterschiedlichen Referenzwertes und eines Wertes 0 möglich. In Kombination der Erfassung eines sicheren Zustandes eines von 0 verschiedenen Referenzwertes mit einer Null-Erfassung könnten unterschiedliche separate Look-Up-Tabellen LuT zur Messwertkorrektur erzeugt und herangezogen werden.
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Bemerkung zu 2.: Auch ist die Verwendung einer mehrdimensionalen Look-Up-Tabelle oder von mehreren eindimensionalen Look-Up-Tabellen möglich. So können Korrekturwerte in Abhängigkeit von mehreren Beeinflussungsparametern abgespeichert werden. Beispielsweise kann so der Korrekturwert für eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Feuchtigkeit oder für eine bestimmte Temperatur und eine Sensorlebenszeit oder Sensorbetriebsdauer gespeichert und entsprechend abgefragt werden.
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Jede der drei Hauptfunktionen des vorgeschlagenen Algorithmus wird im Folgenden anhand mehr konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel, um sichere Zustände zu erfassen. 3 stellt somit ein Ausführungsbeispiel für die Funktion „Zustandsdetektor“ oder für die Implementierung der Zustandserfassungseinrichtung 20 dar. Darin bedeutet:
- 3.0
- Zustandserfassung und LuT füllen
- 3.1
- Start
- 3.2
- Sensorinterner Zustand, z. B. Last, Werte von Wellengeschwindigkeit und Wellendrehwinkel, Selbstüberwachungszustand oder Betriebsdauer oder Lebensdauer
- 3.3
- Systeminformation wie z. B. Systemgeschwindigkeit, Veto-Flags aus der zentralen Recheneinheit des übergeordneten Systems 12 (Systemtemperatur, Benutzereingabe usw.)
- 3.4
- Belastungsfreies Testobjekt?
- n
- FALSCH
- y
- WAHR
- 3.5
- Speichere aktuellen Last-Offset-Wert in einem Puffer
- 3.6
- Optionale Schleife zum Re-Check
- 3.7
- Sensorinterner Zustand wie z. B. Drehmoment und Trittfrequenzwerte, Sensortemperatur, Selbstcheck usw.
- 3.8
- Drehmomentfreies Messobjekt
- 3.9
- Beende Schleife nach definierter Wartezeit
- 3.10
- Fülle Look-Up-Tabelle
- 3.11
- Ende.
-
Wie in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel angegeben, entscheidet der Algorithmus unter Verwendung von interner Information in dem Sensor 14 und/oder anhand von Information, die durch das höher rangige System 12 geliefert wird, ob das System 12 in einem gut-definierten sicheren Zustand ist. Bei einer Messvorrichtung und einem Messverfahren zum Messen eines Drehmoments einer Welle wird zum Beispiel anhand der Informationen in dem Sensor 14 und der durch das System 12 gelieferten Informationen entschieden, ob die Welle lastfrei ist.
-
Wenn ein sicherer Zustand erfasst wird, wird der aktuelle Rohmesswert s - zum Beispiel der aktuelle Level des Sensorrohsignals - in einem Puffer gespeichert.
-
Optional kann der Zustand erneut über eine bestimmte Zeitdauer hinweg überprüft werden, um die Zuverlässigkeit der Zustandserfassung zu erhöhen.
-
Wenn letztendlich der Zustand als sicher erachtet wird, wird der - zum Beispiel in dem Puffer gespeicherte - Rohmesswert des Sensors zum Aktualisieren der Look-Up-Tabelle LuT verwendet.
-
Zum Beispiel wird als Korrekturwert K eine Differenz zwischen diesem Rohmesswert s und dem für den sicheren Zustand erwarteten Sensorwert s0 in der Korrekturwertbestimmungseinrichtung 23 bestimmt. Weiter wird der aktuelle Wert des Beeinflussungsparameters, wie insbesondere die aktuelle Temperatur T bestimmt. An der für den aktuellen Wert des Beeinflussungsparameters vorgesehenen Stelle der Look-Up-Tabelle LuT wird dann der Korrekturwert K gespeichert.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung für eine Vorgehensweise beziehungsweise einen in dem Computerprogramm vorgesehenen Unterprogramm zum Füllen der Look-Up-Tabelle LuT.
-
Das Füllen der Look-Up-Tabelle LuT wird bevorzugt in solch einer Weise durchgeführt, dass dann, wenn das Füllen der LuT nachfolgend für variierende externe Beeinflussungsparameter getriggert wird - zum Beispiel bei unterschiedlichen Temperaturen - auch Annahmen für Werte des externen Beeinflussungsparameters b angestellt werden, die noch nicht erreicht worden sind. Zwei Beispiele, wie dies erreicht werden kann, werden im Folgenden näher erläutert:
- Zum Einen kann eine Füllung der Look-Up-Tabelle LuT unter Abschätzung von Korrekturwerten K für diejenigen Werte des Beeinflussungsparameters, die bisher noch nicht aufgetreten sind, dadurch erreicht werden, dass alle LuT-Werte aktualisiert werden, indem man einen Gewichtungsfaktor verwendet, der von dem Abstand des aktuellen Werts b des Beeinflussungsparameters zu dem abzuschätzenden LuT-Wert abhängt, und indem man eine lineare Interpolation zwischen jeweils benachbarten Korrekturwerten verwendet.
-
Alternativ kann jeder LuT-Wert separat gefüllt werden und zusätzlich ein Zuverlässigkeitswert aufgezeichnet werden (zum Beispiel ein Wert, der die Anzahl der Erfassungen anzeigt), wobei eine Kompensationskurve aus allen LuT-Werten unter Verwendung von deren Zuverlässigkeitswerten evaluiert wird. Dies kann zum Bespiel dadurch gesehen, dass man eine Funktion an die LuT-Werte angepasst, wobei zuverlässigere Werte einen größeren Einfluss auf die Funktionsparameter als weniger zuverlässige Werte haben. In diesem Fall kann der Korrekturwert K unter Verwendung der Funktionsparameter errechnet werden und dadurch abgeschätzt werden.
-
4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel einer Sub-Routine zum Füllen der Look-Up-Tabelle unter Verwendung einer Gewichtungskurve für Korrekturen über den vollen Bereich. Die Figur ist unter Verwendung der folgenden Beschriftungen selbsterklärend:
- 4.0
- Füllen der Look-Up-Tabelle
- 4.01
- Start
- 4.02
- Daten von Parametern wie insbesondere Form und Breite der Verteilung
- 4.03
- Aktuelle Sensortemperatur
- 4.04
- Berechne die Verteilung für die Look-Up-Tabelle-Korrektur; typischerweise sind Korrekturwerte K am größten für LuT-Einträge nahe der aktuellen Temperatur und kleiner für LuT-Einträge, die weiter weg von der aktuellen Temperatur liegen
- 4.05
- Dämpfungsparameter
- 4.06
- In Puffer gespeicherter Rohmesswert - Sensorwert
- 4.07
- Dämpfung des aktuellen Offsets zum Glätten des Korrekturprozesses (das Signal wird nicht hart auf 0 gezogen)
- 4.08
- Skaliere die Korrekturwerte durch das gedämpfte Offset
- 4.09
- Lese die alte Look-Up-Tabelle
- 4.10
- Aktualisiere die Look-Up-Tabellen-Einträge
- 4.11
- Schreibe die neuen Werte in die Look-Up-Tabelle 4.12 Ende
- D
- Dichte (willkürliche Einheiten)
- T
- Temperatur (Grad Celsius) - als Beispiel für einen Beeinflussungsparameter
- LuT V
- LuT-Offsetwerte (Nm) - als Beispiel für Korrekturwerte K
- LuT F D
- Look-Up-Tabelle-Füllverteilung bei 25 Grad Celsius
- LuT V C
- LuT-Offsetwerte - Korrekturwerte für ein einzelnes Triggerevent bei 25 Grad Celsius bei einem beispielhaften Sensorwert von 3,5 Nm und einem Dämpfungsfaktor 10
-
In den beiden Graphen von 4 ist ein Beispiel für ein Füllen bei einer aktuellen Sensortemperatur (als Wert b für den Beeinflussungsparameter) von 25 Grad. Mittels der Gewichtungskurve werden auch die LuT-Stellen für Temperaturwerte oberhalb und unterhalb von 25 Grad aufgefüllt.
-
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Sub-Routine des Hauptprogramms für die Signalkorrektur - und somit ein Ausführungsbeispiel für Schritt 2.3 von 2. Die Beschriftungen darin bedeuten:
- 5.0
- Kompensation der Rohsignale s mit Look-Up-Tabelle
- 5.1
- Start
- 5.2
- Aktuelle Temperatur
- 5.3
- Temperaturkompensation Look-Up-Tabelle
- 5.4
- Interpoliere den Korrekturwert (LuT-Wert) an der aktuellen Temperatur und berechne den Korrekturfaktor an der aktuellen Temperatur
- 5.5
- Unkompensiertes Sensorrohsignal s
- 5.6
- Subtrahiere den Korrekturfaktor an der aktuellen Temperatur von dem Sensorrohsignal
- 5.7
- Kompensiertes Sensorsignal M
- 5.8
- Ende
-
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Sub-Routinen des Algorithmus für die Signalkorrektur wird für jeden Arbeitszyklus des Sensors das Ausgangsrohsignal durch den entsprechenden Korrekturwert K aus der Look-Up-Tabelle LuT korrigiert. Dies erfolgt unabhängig von dem Ergebnis der letzten Zustandserfassung.
-
Zunächst werden die LuT-Werte auf die aktuelle Temperatur interpoliert (die zwischen zwei LuT-Stellen liegen kann), um den für die aktuelle Temperatur anzuwendenden Korrekturwert zu berechnen.
-
Schließlich wird das Rohsignal s an dem Sensorausgang unter Verwendung des so erhaltenen Korrekturwertes korrigiert.
-
Folgende zusätzliche Eigenschaften können bei Ausgestaltungen der Messvorrichtung und des damit durchführbaren Messverfahrens vorhanden sein.
-
Da unterschiedliche Korrekturalgorithmen in einer Sensorsoftware aktiv sein können, können zusätzliche Funktionalitäten vorgesehen sein, um negative Kreuzeffekte zwischen dem Look-Up-Tabelle-Algorithmus und zum Beispiel einem durch den Benutzer oder das übergeordnete System 12 angeforderten Befehl zur Null-Kalibrierung zu vermeiden.
-
Durch ein Kommunikationsprotokoll mit dem übergeordneten System können die LuT-Korrekturwerte ausgelesen, überschrieben und resettet werden.
-
Es können mehrere eindimensionale Look-Up-Tabellen oder eine mehrdimensionale Look-Up-Tabelle verwendet werden, wenn die Sensorausgangssignale als eine Funktion von mehr als einem Beeinflussungsparameter korrigiert werden sollen. Zum Beispiel kann in einer mehrdimensionalen Look-Up-Tabelle oder in mehreren eindimensionalen Look-Up-Tabellen der jeweilige Korrekturwert mit Werten von Temperatur und Feuchtigkeit oder mit Werten von Temperatur und Sensorlebenszeiten korreliert werden.
-
Wenn Zustände mit gut-definierten Referenzwerten ungleich 0 (zum Beispiel eine definierte Last ungleich 0) zuverlässig detektiert werden können, ist eine Feldkorrektion von Verstärkungsfaktoren möglich, sodass nicht nur ein Nullpunkt-Offset nachgeführt wird.
-
Es können eine obere Grenze für eine Modifikation der Look-Up-Tabelle pro Triggerevent und ein Dämpfungsfaktor ausgewählt werden, um zu große Veränderungen bei zufälligen falsch positiven Triggerevents zu vermeiden.
-
Durch die Einführung einer Art von Hysterese oder einer Entprellung bei dem Zustandsdetektor kann eine schnelle Folge von Triggerevents für das Füllen der Look-Up-Tabelle vermieden werden, falls dies erwünscht ist.
-
Die Cross-Check-Schleife, während der der sichere Zustand erneut überprüft wird (siehe 3.6 von 3), ist nicht notwendig, insbesondere wenn die Signale eine kurze Verzögerung haben, wird aber empfohlen.
-
Das Erfassen sicherer Zustände kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispiele sind auch in den Literaturstellen [23] bis [26] angegeben. Weitere Parameter für die Erfassung eines sicheren Zustandes in unterschiedlichen Anwendungen sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
| Anwendung: | Name: | Idee (nicht ausführbar für alle Systemarchitekturen): | Primäres internes Signal: | Systemsignal auf höherer Ebene: |
| Pedelec | Rückwärts pedalieren | Aufgrund des Leerlaufs ist der Wellenantrieb lastfrei, wenn man rückwärts pedaliert (abgesehen von Reibung) | Geschwindigkeit des Wellenantriebs (+Wellenantriebswinkel) | KEINES |
| Pedelec | Rollen mit/ohne zu pedalieren | Wenn das Fahrrad rollt und der Wellenantrieb nicht rotiert, so ist der Wellenantrieb lastfrei | Geschwindigkeit des Wellenantriebs | Geschwindigkeit des Fahrrades |
| Pedelec | Schiebehilfe -modus | Wenn der Schiebehilfemodus aktiviert ist und der Wellenantrieb nicht rotiert, so ist der Wellenantrieb lastfrei. | Geschwindigkeit des Wellenantriebs | Schiebehilfemodus=an |
| Antriebsstrang | Ohne Pedale | Wenn die Kupplung offen und die Bremsen nicht aktiv sind, so ist der Wellenantrieb im Antriebsstrang oft lastfrei. | (Geschwindigkeit des Wellenantriebs) | Kupplungszustand Bremsenzustand |
| Industrie | Werkzeug | Werkzeuge kennen ihren Zustand oft genau, eine Presse, die zum Beispiel geöffnet ist, ist lastfrei. | Keine | Position, Geschwindigkeit, etc. von beweglichen Teilen |
Ein detailliertes Flussdiagramm für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wie es in einer Anwendung in einem Pedelec implementiert ist, ist in
6 wiedergegeben. Das Flussdiagramm ist mit folgender Erläuterung der Beschriftung selbsterklärend:
- 6.01
- Start
- 6.02
- Hysteresebedingung: Trittfrequenz > 15 pro Minute
- n
- FALSCH
- y
- WAHR
- 6.03
- Setze Hysteresis-Wert auf WAHR
- 6.04
- Ist Timer gleich 0 und Hysteresis-Wert = WAHR?
- 6.05
- Trigger-Bedingung und Sensor/System-Bedingung?
- 6.06
- Setze Pufferwert = dynamisches-Temperatur-Ausgangs-Null-Offset
- 6.07
- Setze Pufferwert = 0
- 6.08
- Setze 0x200-Nachricht-Zähler = 0
- 6.09
- Setze Fahrradgeschwindigkeitspuffer = Fahrradgeschwindigkeit, Trittfrequenzpuffer = Trittfrequenz, Delta-Drehmoment-Puffer = 0
- 6.10
- Setze Hysteresis-Wert = FALSCH; starte Timer
- 6.11
- Timer >0?
- 6.12
- Setze Fahrradgeschwindigkeitspuffer = Min(Fahrradgeschwindigkeitspuffer, Fahrradgeschwindigkeit); Setze Trittfrequenzpuffer = Max(Trittgeschwindigkeitspuffer, Trittgeschwindigkeit); setze Delta-Drehmoment-Puffer = Max[Delta-Drehmoment-Puffer, ABS(Pufferwert-(dynamische-Temperatur-Ausgangs-Null-Offset)]; setze ECU-Bedingungs-Wert = ECU-Bedingungs-Wert UND ECU-Bedingung
- 6.13
- Timer > 1 s UND 0x200-Nachricht-Zähler >9?
- 6.14
- Stoppe Timer, setze Timer = 0, setzt 0x200-Nachricht-Zähler = 0
- 6.15
- (Cross-Check-Bedingung und Sensor/ECU-Bedingungs-Wert = WAHR) UND Pufferwert! = 0?
- 6.16
- Setze Füllwert = Pufferwert
- 6.17
- Setze Pufferwert = 0
- 6.18
- Setze Hysteresis-Wert = WAHR
- 6.19
- Füllwert! = 0?
- 6.20
- Rufe Funktion LuT Füllen auf
- 6.21
- Setze Füllwert = 0
- 6.22
- Ende
-
Bei 6.23 bis 6.25 werden Beispiele für die unterschiedlichen Bedingungen angegeben:
- 6.23
- Trigger-Bedingung: Fahrradgeschwindigkeit >15 km/h, Trittfrequenz < 6 pro Minute
- 6.24:
- Sensorbedingung:
- ■ Keine aktive Fehlerinformation
- ■ Berechnungsfaktor! = 1 (um sicher zu stellen, dass die Offset-Kalibration nicht während der Herstellung des Sensors initiiert wird)
- ■ Filterfaktor! = 0
- ■ Lebenszeitsensor oder Betriebszeitsensor >360 Sekunden; ECU-Bedingung:
- • Kein Veto-Flag von der externen zentralen Steuereinheit (ECU) auf dem CAN-Bus
- 6.25
- Cross-Check-Bedingung wird nach 1 Sekunde überprüft:
- - Fahrradgeschwindigkeitspuffer >11 km/h
- - Trittfrequenzpuffer <10 pro Minute
- - Delta-Drehmoment-Puffer <3 Nm
-
Die folgenden mit eckigen Klammern versehenen Stellen in dem Flussdiagramm von 6 erläutern die danebenstehenden Schritte in dem Algorithmus:
- 6.26
- Um sicherzustellen, dass der Radfahrende zwischen zwei Füllungen der LuT pedaliert
- 6.27
- Wenn der Timer bereits läuft, war die Trigger-Bedingung erfüllt und der Puffer wird gefüllt. In diesem Fall soll er nicht auf 0 gesetzt werden. Wenn der Hysteresis-Wert FALSCH ist, dann war die Trigger-Bedingung erfüllt und es hat bisher noch kein Reset stattgefunden.
- 6.28
- Sind die Sensor/ECU-Bedingungen für den Trigger WAHR?
- 6.29
- Wenn die Bedingungen erfüllt sind, fülle den Pufferwert, starte den Timer und setze den Hysteresis-Wert auf FALSCH, um ein zweites Triggern ohne Pedalieren dazwischen zu vermeiden.
- 6.30
- Tracke die Maximalwerte der Trittfrequenz und der Drehmomentdifferenz und den Minimalwert der Fahrradgeschwindigkeit während des Intervalls von einer Sekunde
- 6.31
- Überprüfe, ob genügend Zeit zwischen dem Trigger-Event und dem Cross-Check abgelaufen ist. Der 0x200-Nachricht-Zähler muss um 1 erhöht werden, wenn immer der Sensor die Nachricht 0x200 über den CAN erhält.
- 6.32
- Wenn die Zeit- und die Zählerbedingung erfüllt sind, stoppe den Timer und setzte ihn auf 0. Auch den 0x200-Nachrichten-Zähler resetten.
- 6.33
- Sind die Cross-Check-Bedingungen und die Sensor-Bedingungen erfüllt?
- 6.34
- Kopiere den Pufferwert auf den Füllwert, setze den Hysteresis-Wert auf 0, um eine schnelle Abfolge von erfolgreichen LuT-Füllungen zu vermeiden.
- 6.35
- Dies ist nur dann WAHR, wenn der Cross-Check erfolgreich war.
- 6.36
- Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, resette den Pufferwert.
- 6.37
- Wenn die Cross-Check-Bedingung nicht erfüllt ist, resette den Pufferwert und resette den Hysteresis-Wert, um ein schnelles erneuertes Triggern der Primärbedingung zu erlauben.
-
Wenngleich bevorzugte Ausführungformen der Messvorrichtung, des darin gespeicherten Computerprogramms und des damit ausführbaren Messverfahrens anhand von Beispielen von Drehmomentsensoren in E-Bikes oder Pedelecs mit der Temperatur als Beeinflussungsparameter erläutert worden sind, sind dem Fachmann weitere Ausführungsbeispiele leicht durch Anwendung des Algorithmus auf andere Sensoren der aus den Literaturstellen [1] bis [22] bekannten Arten, insbesondere für Temperatur als Beeinflussungsparameter, aber auch für andere Beeinflussungsparameter, ersichtlich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Messvorrichtung
- 12
- übergeordnetes System
- 14
- Sensor
- 16
- Beeinflussungsparametererfassungseinrichtung
- 18
- Elektronikeinheit
- 20
- Zustandserfassungseinrichtung
- 22
- Korrekturwertspeichereinrichtung
- 23
- Korrekturwertbestimmungseinrichtung
- 24
- Look-Up-Tabelle-Speicher
- 26
- Auswerteeinrichtung
- 28
- Recheneinheit
- b
- Beeinflussungsparametersignal (Wert des Beeinflussungsparameters)
- K
- Korrekturwert
- LuT
- Look-Up-Tabelle
- M
- Messwert
- s
- Sensorrohsignal (Rohmesswert)
- s0
- bekannter Wert des Messparameters beim sicheren Zustand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10131688 B4 [0002]
- DE 10211992 C2 [0002]
- DE 102004024919 A1 [0002]
- DE 102016108985 A1 [0002]
- DE 102017104547 A1 [0002]
- DE 102010055249 B4 [0002]
- DE 102013115007 B4 [0002]
- DE 102017127341 B4 [0002]
- DE 102018107516 A1 [0002]
- DE 102016117529 A1 [0002]
- DE 102016122172 B4 [0002]
- DE 102017107716 B4 [0002]
- DE 102017112913 A1 [0002]
- DE 102018113378 A1 [0002]
- DE 102018120400 A1 [0002]
- DE 102018123800 A1 [0002]
- DE 102019102454 B3 [0002]
- EP 2833109 A1 [0002]
- US 5062062 A [0002]
- DE 102019124022 A1 [0002]
- DE 102018124644 B4 [0002]
- US 6163148 A [0002]
- US 8825279 B2 [0002]
- US 10000195 B2 [0002]
- WO 2012025314 A1 [0002]
