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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung von Messergebnissen einer Mehrzahl von einer physikalischen Größe messenden Sensoren, umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, wobei die Sensoren mit einer Steuereinheit verbunden sind, und der erste Sensor ein erstes wellenförmiges Ist-Signal und der zweite Sensor ein zweites wellenförmiges Ist-Signal bereitstellt, das jeweils in der Steuereinheit verarbeitet wird, wobei ferner ein mit der Steuereinheit verbundener kalibrierter Referenzsensor ein Soll-Signal der physikalischen Größe bereitstellt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Verbesserung von Messergebnissen einer Mehrzahl von einer physikalischen Größe messenden Sensoren, umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, wobei die Sensoren mit einer Steuereinheit verbunden sind, und der erste Sensor ein erstes wellenförmiges Ist-Signal und der zweite Sensor ein zweites wellenförmiges Ist-Signal bereitstellt, das jeweils in der Steuereinheit verarbeitet wird.
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Wellgetriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Wellenzahnradgetriebe, kommen vornehmlich dort zum Einsatz, wo hohe Drehmomente bei geringer Drehgeschwindigkeit übertragen werden sollen.
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Ein Wellenzahnradgetriebe besteht üblicherweise aus einem starren ersten Zahnrad, der sogenannten Circular-Spline, die eine Innenverzahnung aufweist. In diesem starren ersten Zahnrad ist üblicherweise ein zweites außenverzahntes und flexibles Zahnrad, die sogenannte Flex-Spline, angeordnet. Die Außenverzahnung steht mit der Innenverzahnung des starren ersten Zahnrads lokal in Eingriff. Der Durchmesser der Außenverzahnung ist etwas kleiner als die Innenverzahnung, auch besitzt die Innenverzahnung weniger Zähne als die Außenverzahnung. Vorgesehen ist ferner eine üblicherweise ovale Scheibe oder ähnliches, die als Wellengenerator fungiert und in dem flexiblen zweiten Zahnrad, also der Flex-Spline, angeordnet ist. Diese Scheibe ist mit einem externen Motor, gegebenenfalls über ein zwischengeschaltetes Getriebe, gekoppelt. Eine motorbedingte Drehung der Scheibe führt zu einer Deformation der Flex-Spline, die eine der Scheibenform entsprechende Form einnimmt. Hierüber wird der Eingriff der beiden Verzahnungen geändert, so dass es im Endeffekt zu einer übersetzten Rotationsbewegung der flexiblen Einheit, also der Flex-Spline, relativ zur starren, nicht bewegten Einheit, der Circular-Spline, kommt. Der Abtrieb erfolgt über die sich übersetzt drehende Flex-Spline.
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In der
DE 10 2018 103 221 A1 wird ein Wellgetriebe beschrieben. Dieses Wellgetriebe umfasst ein flexibles, als Kragenhülse ausgebildetes Getriebeelement, das drehfest an einem Gehäuseelement gehalten ist, wobei sich Aussparungen im Kragen des Getriebeelementes befinden und gehäusefeste Befestigungselemente, nämlich Zapfen, derart in die Aussparungen eingreifen, dass eine Relativbeweglichkeit zwischen dem Gehäuseelement und dem Kragen gegeben ist. Zur Sicherung des flexiblen Getriebeelementes in Axialrichtung ist ein am Gehäuseelement befestigter Deckel vorgesehen, wobei der Kragen mit Spiel in Axialrichtung zwischen dem Deckel und einer Stirnseite des Gehäuseelementes angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2019 105 760 A1 ein weiteres Wellgetriebe bekannt. Dieses Wellgetriebe umfasst ein Antriebsrad, eine mit diesem verbundene Kragenhülse, welche einen hülsenförmigen Abschnitt mit einer Außenverzahnung sowie einen radial nach außen gerichteten Flansch aufweist, einen mit der Kragenhülse zusammenwirkenden, einen nachgiebigen Außenring aufweisenden Wellgenerator, sowie ein innenverzahntes Abtriebsrad, wobei über einen auf der Innenseite des hülsenförmigen Abschnitts angeordneten Axialanschlag eine Axialkraft zwischen dem Außenring und der Kragenhülse übertragbar ist und wobei der Axialanschlag durch ein gesondertes, an der Kragenhülse gehaltenes Sicherungselement gebildet ist.
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In diesen Wellgetrieben kann das übertragene Drehmoment durch Dehnungsmessung an der Kragenhülse sensorisch erfasst werden, was beispielsweise aus der
DE 103 21 210 A1 bekannt ist, die ein Drehmoment-Messverfahren für eine Wellengetriebevorrichtung beschreibt.
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Bei einer derartigen Drehmomentmessung treten jedoch bedingt durch die Herstelltoleranzen der Kragenhülse und deren Umgebungsbauteile sowie durch Montagetoleranzen Messfehler im Drehmomentsignal auf.
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Die
DE 10 2015 117 763 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehwinkels eines Rotors in einem Motor mit Hilfe von Winkelsensoren durch Erfassung von Referenzwerten und Korrektur der vorgenommenen Berechnungen.
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Die
DE 10 2020 102 064 B3 und die
DE 10 2020 102 065 B3 beschreiben jeweils ein Verfahren zur Erfassung einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehbaren Drehbauteils sowie ein hierfür eingerichtetes Erfassungssystem.
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Die
DE 10 2005 024 879 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen von Restfehler-Kompensationsparametern für einen magnetoresistiven Winkelsensor, umfassend das Ermitteln einer ersten sinusförmigen Anpassungsfunktion und das Erzeugen der Restfehler-Kompensationsparameter aus einer Differenz zwischen der ermittelten ersten sinusförmigen Anpassungsfunktion und den zugeordneten Messsignalwerten des ersten Messsignals für die Mehrzahl von Drehwinkelwerten.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Messverfahren für eine physikalische Größe, wie beispielsweise ein Drehmoment, bereitzustellen, das geringere Messfehler bzw. eine verbesserte Messungenauigkeit bei wellenförmig ausgeformten Messsignalen an einem Wellgetriebe liefert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verbesserung von Messergebnissen einer Mehrzahl von einer physikalischen Größe messenden Sensoren, umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, wobei die Sensoren an einem Wellgetriebe angeordnet sind, mit einer Steuereinheit verbunden sind, und der erste Sensor ein erstes wellenförmiges Ist-Signal und der zweite Sensor ein zweites wellenförmiges Ist-Signal bereitstellt, das jeweils in der Steuereinheit verarbeitet wird, wobei ferner ein mit der Steuereinheit verbundener kalibrierter Referenzsensor ein Soll-Signal der physikalischen Größe bereitstellt, umfassend die folgenden Schritte:
- a) Messung einer ersten physikalischen Größe mittels der Sensoren,
- b) Bestimmung der Amplituden des ersten wellenförmigen Ist-Signals und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals,
- c) Normierung des ersten wellenförmigen Ist-Signals und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals, indem das erste Ist-Signal durch die erste Amplitude des ersten Ist-Signals dividiert wird und das zweite Ist-Signal durch die Amplitude des zweiten Ist-Signals dividiert wird,
- d) Erzeugung eines ersten Hilfssignals durch Subtraktion des ersten normierten wellenförmigen Ist-Signals von dem zweiten normierten wellenförmigen Ist-Signal,
- e) Erzeugung eines zweiten, winkelabhängigen Hilfssignals mittels Berechnung einer arcus-funktion des ersten Hilfssignals,
- f) Verwendung des zweiten, winkelanhängigen Hilfssignals, des ersten Ist-Signals, des zweiten Ist-Signals sowie des Soll-Signals zur Definition eines Korrekturelements, mittels dessen eine winkelabhängige Signalkorrektur ohne gemessene Winkelinformationen ermöglicht ist, indem eine Korrelation des ersten Ist-Signals mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal und/oder des zweiten Ist-Signals mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal durchgeführt wird, und das so jeweils berechnete winkelabhängigen Ist-Signal bereitgestellt und mit dem winkelabhängigen Soll-Signal verglichen wird, wobei die Differenz aus dem berechneten winkelabhängigen Ist-Signal und dem winkelabhängigen Soll-Signal winkelabhängige Korrekturfaktoren für ein wellenförmiges Ist-Signal bereitstellt.
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Hierdurch wird ein Kalibrierverfahren für ein Korrekturelement der Sensoranordnung bereitgestellt, das beispielsweise vor der ersten Inbetriebnahme an einem Kalibrierstand der Sensoranordnung durchgeführt wird.
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Die durch das Verfahren zu reduzierenden Messfehler stellen sich bei den eingangs genannten Wellgetrieben als systematische, also wiederholbar auftretende Messfehler dar. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Messfehler mit der Winkelposition des Wellgenerators in Zusammenhang stehen. Daher soll die Winkelposition des Wellengenerators zur Kragenhülse erfasst werden und zur Korrektur des ausgegebenen Messwertes mittels eines Korrekturelements herangezogen werden.
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Dies kann z.B. durch Erfassung und Speicherung der winkelabhängigen Fehler geschehen. Im Betrieb werden die so ermittelten Fehler durch das Korrekturelement wieder von den Ist-Messwerten „abgezogen“, um dann einen korrigierten, näher am erwarteten Soll-Signal liegenden Messwert auszugeben. Eine weitere Möglichkeit ein Korrekturelement zu erhalten ist es, die gemessenen physikalischen Ist-Signale, beispielsweise Dehnungen, die gemessenen Winkel und die zugehörigen Referenzmomente zu verwenden, um einen KI-Algorithmus zu trainieren wie beispielsweise ein neuronales Netz.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anwendung bei Wellgetrieben und wird nachfolgend erläutert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ferner ein mit der Steuereinheit verbundener kalibrierter Referenzsensor ein winkelabhängiges Soll-Signal der physikalischen Größe bereitstellt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass das später in der Anwendung berechnete Winkelsignal mit Hilfe des Referenzsensors kalibriert werden kann, um so die Präzision der Messfehlerkorrektur weiter zu steigern.
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Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch ein Verfahren zur Verbesserung von Messergebnissen einer Mehrzahl von einer physikalischen Größe messenden Sensoren, umfassend einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, wobei die Sensoren an einem Wellgetriebe angeordnet sind, mit einer Steuereinheit verbunden sind, und der erste Sensor ein erstes wellenförmiges Ist-Signal und der zweite Sensor ein zweites wellenförmiges Ist-Signal bereitstellt, das jeweils in der Steuereinheit verarbeitet wird, umfassend die folgenden Schritte:
- a) Messung einer ersten physikalischen Größe mittels der Sensoren,
- b) Bestimmung der Amplituden des ersten wellenförmigen Ist-Signals und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals
- c) Normierung des ersten wellenförmigen Ist-Signals und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals, indem das erste Ist-Signal durch die erste Amplitude des ersten Ist-Signals dividiert wird und das zweite Ist-Signal durch die Amplitude des zweiten Ist-Signals dividiert wird,
- d) Erzeugung eines ersten Hilfssignals durch Subtraktion des ersten normierten wellenförmigen Ist-Signals von dem zweiten normierten wellenförmigen Ist-Signal,
- e) Erzeugung eines zweiten, winkelabhängigen Hilfssignals mittels Berechnung der arc-Funktion des ersten Hilfssignals,
- f) Korrelation des ersten Ist-Signals mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal und/oder des zweiten Ist-Signals mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal, so dass ein berechnetes winkelabhängiges Ist-Signal an ein Korrekturelement geleitet wird, wobei das Korrekturelement einen winkelabhängigen Korrekturfaktor für ein wellenförmiges Ist-Signal bereitstellt.
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Hierdurch wird mittels eines vorab kalibrierten Korrekturelements eine Messfehlerkompensation für die gemessenen Ist-Signale der Sensoren realisiert. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass zur Fehlerkorrektur keine Winkelinformation für die Ist-Signale vorliegen muss, wodurch der Hardware-Aufwand zur Messfehlerkompensation geringgehalten werden kann. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, dass systematisch und sich wiederholende winkelabhängig auftretende Fehler besonders gut kompensiert werden können. Damit ist es möglich, einfachere Sensoraufbauten zu realisieren, die eine geringere Komplexität aufweisen und dennoch ein sehr präzises Sensorsignal auszugeben.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Korrekturelement eine Look-Up-Tabelle, eine mathematische Funktion oder eine künstliche Intelligenz ist.
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Das Korrekturelement als eine Look-Up-Tabelle auszuführen hat den Vorteil, dass dies besonders einfach umsetzbar ist und im Wesentlichen nur entsprechender Speicher für die Lookup-Tabelle benötigt wird. Ferner benötigt diese Ausführung des Korrekturelements sehr wenig Rechenleistung, so dass auf leistungsstarke und kostspielige Prozessoren verzichtet werden kann.
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Alternativ oder ergänzend kann das Korrekturelement auch als eine mathematische Funktion ausgeführt sein. Dies erfordert beispielsweise im Vergleich zur Look-Up-Tabelle einen erhöhten Entwicklungsaufwand, um die mathematische Funktion zu definieren und zu parametrieren, jedoch hat die mathematische Funktion den Vorteil in der Anwendung nur wenig Speicher und wenig Rechenleistung zu benötigen, so dass die Hardwareanforderungen geringgehalten werden können.
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Alternativ oder ergänzend kann das Korrekturelement auch als eine künstliche Intelligenz (KI) ausgeführt werden. Hierzu wird zwar ein erhöhter Entwicklungsaufwand zum Erstellen der KI im Vergleich zu einer Look-Up-Tabelle benötigt und auch der Rechenaufwand wird erhöht sein, jedoch liefert eine KI aber eine besonders gute Unterdrückung der systematischen Fehler und somit besonders präzises Sensorsignal. Zusätzlich können mehrdimensionale Störungen mit vertretbarem Aufwand zu kompensiert werden. Solche zusätzlichen Störungen können z.B. sein: Temperatureinflüsse, Asymmetrien in den Teilsensoren, Querkrafteinflüsse, Einflüsse durch mechanische Toleranzen im Sensor-Aufbau, etc. Diese Störungen müssen während des KI-Trainings vorliegen, damit die KI darauf angelernt werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die winkelabhängige Korrekturfaktoren in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert werden. Hierdurch lässt sich insbesondere der Vorteil erzielen, dass beispielsweise bei einem Stromausfall der Steuereinheit das Korrekturelement bei einem Neustart der Steuereinheit nicht neu kalibriert werden muss.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Verfahrens gemäß der Schritte a) - f) für eine Mehrzahl an Werten der ersten physikalischen Größe durchgeführt wird, so dass eine Messreihe erzeugt ist, wobei wenigstens der jeweilige Wert der ersten physikalischen Größe und die zugehörigen Korrekturfaktoren in dem Speicher gespeichert wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass durch die Messreihe eine genauere Messfehlerkorrektur realisiert werden kann.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Erzeugung eines dritten Messsignals durch Subtraktion des erwarteten Fehlers von dem ersten wellenförmigen Sensorsignal und/oder dem zweiten wellenförmigen Sensorsignal erfolgt. Hierdurch kann erreicht werden, dass das berechnete Winkelsignal eine verbesserte Präzision aufweist, was wiederum der Kompensation der systematischen, winkelabhängigen Fehler zugutekommt.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Verfahren iterativ durchgeführt wird, indem ein fehlerbehaftetes Ist-Signal, in einem ersten Iterationsschritt über das Korrekturelement korrigiert wird und das so korrigierte Signal in einem zweiten Iterationsschritt erneut über das Korrekturelement korrigiert wird, wodurch sich eine weiter verbesserte Fehlerkorrektur der Ist-Signale realisieren lässt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, weisen das erste wellenförmige Sensorsignal und/oder das zweite wellenförmige Sensorsignal einen sinus-ähnlichen Verlauf auf. Die Sensorsignale sind insbesondere eine Summe mehrerer Sinussignale unterschiedlicher Frequenzen. Die Frequenzen sind bevorzugt ganzzahlige Vielfache der Frequenz des maßgeblichen sinus-ähnlichen Signals. Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das erste wellenförmige Sensorsignal und/oder das zweite wellenförmige Sensorsignal einen sinus-förmigen Verlauf aufweist. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Verfahren für sinus-förmige Sensorsignale besonders geeignet ist und besonders gut korrigierte Signale bereitstellen kann. Es versteht sich, dass ein wellenförmiges Signal auch cosinus-förmig sein kann, da es in diesem Fall lediglich ein phasenverschobenes Sinus-Signal darstellt.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die physikalische Größe ein Drehmoment, eine Winkelposition, eine Kraft, ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, eine mechanische Dehnung, ein elektrischer Widerstand oder aus den vorgenannten Größen abgeleitete physikalische Größe ist.
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Höchst bevorzugt werden die in der Messreihe gespeicherten Werte zum Trainieren eines auf künstliche Intelligenz basierenden Vorhersagealgorithmus und/oder Klassifizierungsalgorithmus verwendet. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass Abweichungen der systematischen Fehler, die nicht alleine winkelabhängig sind, mittels KI-Ansätzen besser kompensiert werden können, da KI-Ansätze in der Lage sind, mehrdimensionale Störungen mit vertretbarem Aufwand zu kompensieren. Solche zusätzlichen Störungen können z.B. sein: Temperatureinflüsse, Asymmetrie in den Teilsensoren, Querkrafteinflüsse, Einflüsse durch mechanische Toleranzen im Sensor-Aufbau, etc. Diese Störungen müssen während des KI-Trainings vorliegen, damit die KI darauf angelernt werden kann.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Steuereinheit verwendet. Eine Steuereinheit, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dient insbesondere der elektronischen Steuerung und/oder Reglung der Sensoren und/oder eines oder mehrerer übergeordneter technischer Systeme, wie beispielsweise einer Steuerung eines Roboters mit einem Wellgetriebe. Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher eines übergeordneten technischen Systems.
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Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
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Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
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Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
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Ganz besonders bevorzugt besitzt die Steuereinheit wenigstens einen Prozessor und wenigstens einen Speicher, der insbesondere einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Ausführung des Computerprogrammcodes zu veranlassen. Ganz besonders bevorzugt ist der Computerprogrammcode konfiguriert, den Prozessor zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren zu veranlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine Messanordnung zur Kalibrierung eines Korrekturelements in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
- 2 ein Verfahrensablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verbesserung von Messergebnissen einer Mehrzahl von einer physikalischen Größe messenden Sensoren,
- 3 eine Messanordnung mit einem kalibrierten Korrekturelement in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
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Die 1 zeigt eine Messanordnung zur Kalibrierung eines Korrekturelements für ein Verfahren zur Verbesserung von Messergebnissen einer Mehrzahl von einer physikalischen Größe 4 messenden Sensoren 1, die an einem hier nicht dargestellten Wellgetriebe angeordnet sind.
Der gezeigte Messaufbau umfasst einen ersten Sensor 11 und einen zweiten Sensor 12, wobei die Sensoren 1 mit einer Steuereinheit 2 verbunden sind. Der erste Sensor 11 stellt ein erstes wellenförmiges Ist-Signal 21 und der zweite Sensor 12 ein zweites wellenförmiges Ist-Signal 22 bereit, das jeweils in der Steuereinheit 2, beispielsweise in dem Prozessor 52, verarbeitet wird, wobei ferner ein mit der Steuereinheit 2 verbundener kalibrierter Referenzsensor 13 ein Soll-Signal 23 der physikalischen Größe 4 bereitstellt, das ebenfalls in dem Prozessor 52 der Steuereinheit 2 verarbeitet wird, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Kalibrierung kann alternativ auch mit Hilfe eines externen Rechners vorgenommen werden, wobei dann nur die Ergebnisse der Kalibrierung in die Steuereinheit 2 bzw. deren Speicher 51 eingebracht werden.
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Mittels des gezeigten Messaufbaus der 1 erfolgt also zunächst die Kalibrierung eines Korrekturelements, mittels dessen die aufgrund von beispielsweise Fertigungstoleranzen hervorgerufenen Messfehler in dem durch die Sensoren zu überwachenden technischen System, wie beispielsweise einem Wellgetriebe, korrigiert werden können. Zur Kalibrierung des Korrekturelements stellt der mit der Steuereinheit 2 verbundene kalibrierte Referenzsensor 13 ein winkelabhängiges Soll-Signal 23 der physikalischen Größe 4 bereit, was während der Kalibrierung des Korrekturelements zur Ermittlung der winkelabhängigen Korrekturfaktoren 9 genutzt werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen das erste wellenförmige Sensorsignal 21 und das zweite wellenförmige Sensorsignal 22 einen sinus-förmigen Verlauf auf. Die von den Sensoren 1 gemessene physikalische Größe 4 ist im vorliegenden Fall ein Drehmoment oder eine durch ein Drehmoment bewirkte mechanische Dehnung.
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Zur Durchführung des Kalibrierungsverfahrens erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt a) die Messung einer ersten physikalischen Größe 4 mittels der Sensoren 1. Dies kann auch gut anhand der Darstellung der 2 nachvollzogen werden. Beide Sensoren 1 messen dabei also die gleiche physikalische Größe 4, beispielsweise ein Drehmoment. Durch die Rotation, beispielsweise einer Welle des technischen Systems, wird durch die Sensoren 1 ein wellenförmiges Ist-Signal 21, 22 erzeugt, welche das entsprechende Drehmoment direkt oder indirekt repräsentieren.
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In einem zweiten Verfahrensschritt b) erfolgt dann eine Bestimmung der Amplituden 16a,16b des ersten wellenförmigen Ist-Signals 21 und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals 22 der Sensoren 1.
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Nachfolgend wird in dem Verfahrensschritt c) eine Normierung des ersten wellenförmigen Ist-Signals 21 und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals 22 vorgenommen, indem das erste Ist-Signal 21 durch die erste Amplitude 16a des ersten Ist-Signals 21 und das zweite Ist-Signal 22 durch die Amplitude 16b des zweiten Ist-Signals 22 dividiert wird.
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Diese normierten Ist-Signale 21, 22 werden dann in dem Verfahrensschritt d) zur Erzeugung eines ersten Hilfssignals 5 durch Subtraktion des ersten normierten wellenförmigen Ist-Signals 21 von dem zweiten normierten wellenförmigen Ist-Signal 22 verwendet.
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Mittels dieses ersten Hilfssignals 5 ist es nun in einem nachfolgenden Verfahrensschritt e) möglich, die Erzeugung eines zweiten, winkelabhängigen Hilfssignals 7 mittels Berechnung einer arcus-Funktion des ersten Hilfssignals 5 vorzunehmen. Durch die arcus-Funktion kann ein winkelabhängiges Hilfssignal 7 erzeugt werden, wobei das Ausgangssignal, nämlich das erste Hilfssignal 5, diese Winkelinformation noch nicht bereitstellen konnte, wie auch die Ist-Signale 21,22 diese Winkelinformation noch nicht beinhaltet hatten. Die Generierung eines winkelabhängigen Signals ist daher von Bedeutung, da in dem gegebenen Anwendungsfall davon ausgegangen wird, dass Messfehler der Sensoren 1 in einem periodisch wiederkehrenden Winkelbezug stehen und beispielsweise durch Fertigungstoleranzen, wie eine Unrundheit, herrühren können.
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Zeigen die Ist-Signale 21,22 der Sensoren 1, beispielsweise aufgrund ihrer Winkellage zueinander in dem technischen System, einen Phasenversatz von 180° so wird als arcus-Funktion der arcsinus verwendet. Weisen die Ist-Signale 21, 22 einen Phasenversatz von 90° auf, so kann als arcus-Funktion der arctan verwendet werden.
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Abschließend werden in einem Verfahrensschritt f) das zweite, winkelanhängige Hilfssignal 7, das erste Ist-Signal 21, das zweite Ist-Signal 22 sowie das Soll-Signals 23 zur Definition eines Korrekturelements, mittels dessen eine winkelabhängige Signalkorrektur ohne gemessene Winkelinformationen ermöglicht ist, verwendet. Dies erfolgt im Wesentlichen dadurch, dass eine Korrelation des ersten Ist-Signals 21 mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal 7 und/oder des zweiten Ist-Signals 22 mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal 7 durchgeführt wird, und das so jeweils berechnete winkelabhängige Ist-Signal 21, 22 bereitgestellt und mit dem winkelabhängigen Soll-Signal 23 verglichen wird. Die Differenz aus dem berechneten winkelabhängigen Ist-Signal 21, 22 und dem winkelabhängigen Soll-Signal 23 stellt dann die winkelabhängigen Korrekturfaktoren 9 für ein wellenförmiges Ist-Signal 21, 22 bereit.
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Wie in der 2 dargestellt, ist das Korrekturelement in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Look-Up-Tabelle ausgeführt, in der die winkelabhängige Korrekturfaktoren 9 in einem Speicher 51 der Steuereinheit 2 gespeichert werden. Indem das Verfahren gemäß der Schritte a-f für eine Mehrzahl an Werten der ersten physikalischen Größe 4 durchgeführt wird, wird eine Messreihe 10 erzeugt, wobei wenigstens der jeweilige Wert der ersten physikalischen Größe 4 und die zugehörigen Korrekturfaktoren 9 in dem Speicher 51 gespeichert wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind neben den Korrekturfaktoren 9 die korrespondierenden korrigierten Ist-Signale 21, 22 der Sensoren 1 für die entsprechende Messreihe in der Look-Up-Tabelle hinterlegt.
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Wird nun die Sensoranordnung, wie sie aus der 1 bekannt ist, im kalibrierten Zustand des Korrekturelements in einem technischen System verbaut, so kann auf den Referenzsensor 13 verzichtet werden. Diese Sensoranordnung ist in der 2 gezeigt. Mit dem vorher kalibrierten Korrekturelement kann nun ohne den Referenzsensor 13 und folglich ohne Vorliegen eines die Winkellage repräsentierenden separaten Sensorsignals eine Fehlerkorrektur der Ist-Signale 21, 22 der Sensoren 1 erfolgen. Auf einen, beispielsweise entsprechenden DrehwinkelSensor kann somit verzichtet werden, wodurch die Sensoranordnung in ihrem physischen Aufbau besonders kostengünstig ausgebildet werden kann, da die entsprechende winkelabhängige Signalkorrektur rein software-basiert erfolgen kann.
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Hierzu wird ein Verfahren zur Verbesserung von Messergebnissen einer Mehrzahl von einer physikalischen Größe 4 messenden Sensoren 1, umfassend einen ersten Sensor 11 und einen zweiten Sensor 12, wobei die Sensoren 1 mit einer Steuereinheit 2 verbunden sind, und der erste Sensor 11 ein erstes wellenförmiges Ist-Signal 21 und der zweite Sensor 12 ein zweites wellenförmiges Ist-Signal 22 bereitstellt, durchgeführt. Dieses Verfahren umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:
- Zunächst erfolgt in einem Verfahrensschritt a) die Messung einer ersten physikalischen Größe 4 mittels der Sensoren 1, so wie es auch in der 2 dargestellt ist. Nachfolgend wird in dem Verfahrensschritt b) eine Bestimmung der Amplituden 16a, 16b des ersten wellenförmigen Ist-Signals 21 und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals 22 vorgenommen.
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Mittels der ermittelten Amplituden 16a, 16b erfolgt dann in dem Verfahrensschritt c) eine Normierung des ersten wellenförmigen Ist-Signals 21 und des zweiten wellenförmigen Ist-Signals 22, indem das erste Ist-Signal 21 durch die erste Amplitude 16a des ersten Ist-Signals 21 dividiert wird und das zweite Ist-Signal 22 durch die Amplitude 16b des zweiten Ist-Signals 22 dividiert wird.
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Hiernach kann in dem Verfahrensschritt d) die Erzeugung eines ersten Hilfssignals 5 durch Subtraktion des ersten normierten wellenförmigen Ist-Signals 21 von dem zweiten normierten wellenförmigen Ist-Signal 22 erfolgen, welches nachfolgend in einem Verfahrensschritt e) zur Erzeugung eines zweiten, winkelabhängigen Hilfssignals 7 mittels Berechnung der arc-Funktion des ersten Hilfssignals 5, herangezogen wird.
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Nun erfolgt, wie bei der Kalibrierung des Korrekturelements auch, eine Korrelation des ersten Ist-Signals 21 mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal 7 und/oder des zweiten Ist-Signals 22 mit dem zweiten, winkelabhängigen Hilfssignal 7, so dass ein berechnetes winkelabhängiges Ist-Signal 21, 22 an ein Korrekturelement geleitet wird, wobei das Korrekturelement einen winkelabhängigen Korrekturfaktor 9 für ein wellenförmiges Ist-Signal 21, 22 bereitstellt. Im vorliegenden Fall wird also der ermittelte Korrekturfaktor 9 an eine Look-Up Tabelle gesendet, aus der dann die korrelierenden und korrigierten Ist-Signale 21, 22 entnommen werden können, die dann zur weiteren Verarbeitung bzw. Verwendung einem technischen System bereitgestellt werden.
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In der 2 ist auch angedeutet, dass das Verfahren iterativ durchgeführt werden kann, indem ein fehlerbehaftetes Ist-Signal 21, 22 in einem ersten Iterationsschritt über das Korrekturelement korrigiert wird und das so korrigierte Signal in einem zweiten Iterationsschritt erneut über das Korrekturelement korrigiert wird, was durch den entsprechenden Pfeil in der 2 symbolisiert ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
