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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorverarbeiten eines Eingangssignals. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein System und ein Verfahren zum Vorverarbeiten eines Eingangssignals als auch ein Computerprogrammprodukt sowie ein elektronisches Fahrzeugsteuergerät.
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Moderne Fahrzeuge (Autos, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die fahrzeuginterne und/oder fahrzeugexterne Phänomene erfassen und einem Fahrzeugführer oder einem autonomen Steuersystem des Fahrzeugs Informationen zur Verfügung stellen. Zudem gibt es eine Vielzahl an Aktoren, die basierend auf diesen erfassten Signalen einzelne Funktionen des Fahrzeugs umsetzen oder auch einen mehr oder weniger vollständig autonomen Betrieb des Fahrzeugs realisieren.
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In diesem Zusammenhang wachsen die Anforderungen an Diagnosen in elektronischen Steuergeräten (ECU) ständig. In diesem Umfeld müssen vielfältige Signale erfasst und verarbeitet werden. Insbesondere kann aus zur Verfügung stehenden elektrischen Signalen die Funktion einzelner Bauteile überwacht werden. Beispielsweise sind Diagnosen bzw. eine Überwachung von hydraulischen Bauteilen relevant. Bei einem adaptiven Dither wird beispielsweise zur Zustandsüberwachung der Strom und die Spannung am Magnet-Aktor erfasst. Um den Zustand mit hoher Genauigkeit nachverfolgen zu können, ist dabei eine präzise Erfassung der Signale erforderlich.
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In diesem Zusammenhang betrifft beispielsweise die
DE 10 2019 202 443 A1 ein System und Verfahren zur Regelung eines elektromagnetischen Aktors sowie ein Kraftfahrzeug. Das System umfasst ein Messelement zur Messung eines Messvektors, ein Steuerelement zum Bereitstellen eines Sollvektors und ein Schätzelement zum Rekonstruieren eines Schätzvektors aus dem Sollvektor und dem Messvektor und zum Bereitstellen des Schätzvektors an den elektromagnetischen Aktor.
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Eine Herausforderung im Zusammenhang mit der Erfassung von Signalen insbesondere in einem elektronischen Steuergerät liegt in den oftmals begrenzten Ressourcen, die dafür zur Verfügung stehen. Zum einen ist hierbei die Abtastzeit relevant, also wie oft ein Signal zyklisch abgetastet werden kann. Die Wahl dieser Abtastzeit ist dabei oft kompromissbehaftet. Oftmals ist die Softwarearchitektur eines elektronischen Steuergeräts für eine Regelung bzw. Steuerung mechanischer Größen ausgelegt und weist eine vergleichsweise langsame mögliche Abtastzeit auf. Zum anderen kann es dazu kommen, dass die Präzision des Abtastzeitpunkts bzw. der Abtastzeitpunkte nicht gewährleistet werden kann. Dies kann insbesondere darin begründet sein, dass in einem elektronischen Steuergerät zwar verschiedene Abtastzeiten gewählt werden können, die Umsetzung der Abtastzeitpunkte in der Softwarearchitektur jedoch durch Tasks erfolgt. Wenn die Abtastung beispielsweise als Task realisiert wird, würde eine hohe Präzision dazu führen, dass ein unterbrechender Task, der alle anderen laufenden Tasks unterbricht, verwendet wird. Hierfür gibt es jedoch nur begrenzte Ressourcen. Zudem gibt es Hardware-Zugriffsprozesse, die auch von unterbrechenden Tasks nicht gestoppt werden können. Hierzu zählen beispielsweise diverse Buszugriffe, wie SPI, CAN, MOST, E2C etc. Abgesehen hiervon ist die Messzeit auch stark von der zu messenden Größe abhängig, wobei auch die Signallaufzeit zwischen dem Sensor bzw. der Einheit, die die Daten liefert, und dem elektronischen Steuergerät relevant sein kann. Diese verschiedenen Faktoren können dazu führen, dass die maximale Abweichung eines Abtastzeitpunkts vergleichsweise groß ist. Die mittlere Abtastzeit kann oft jedoch präzise eingestellt werden. Zuletzt kann es auch zu Rundungseffekten kommen, die die Güte der Messung beeinträchtigen. Diese Effekte können sich durch den Messvorgang an sich oder auch durch Speicherplatzgrößen, Übertragungsprotokolle usw. ergeben.
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Zusammenfassend ist die Diagnose bzw. die Messung eines Eingangssignals in einem elektronischen Steuergerät herausfordernd. Steuergeräte sind oft nicht optimal für eine derartige Verwendung ausgelegt. Dies gilt umso mehr, wenn hochdynamische Messgrößen gemessen werden sollen, die eine hohe Dynamik im Signal aufweisen. Eine Erfassung eines hochdynamischen elektrischen Signals mit hoher Abtastfrequenz bei hoher Präzision der Abtastzeitpunkte und präzisen Messwerten mittels eines elektronischen Steuergeräts stellt insoweit verschiedene Herausforderungen.
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Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine Messung eines hochdynamischen elektrischen Signals zu ermöglichen. Insbesondere soll eine präzise Signalrekonstruktion trotz begrenzter Abtastfrequenz ermöglicht werden.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Vorverarbeiten eines Eingangssignals, mit:
- einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Eingangsvektors einer vorgegebenen Länge mit Abtastzeitpunkten und zugeordneten Abtastwerten eines Signals, wobei die Abtastzeitpunkte regelmäßig oder unregelmäßig sind;
- einer Regressionseinheit zum Anpassen von Anteilsfaktoren einer periodischen Grundwelle und mindestens einer periodischen Oberwelle an den Eingangsvektor; und
- einer Synthetisiereinheit zum Erzeugen von synthetisierten Abtastwerten für äquidistante Abtastzeitpunkte basierend auf den angepassten Anteilsfaktoren, der Grundwelle und der mindestens einen Oberwelle; und
- einer Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Ausgangsvektors mit den synthetisierten Abtastwerten.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein elektronisches Fahrzeugsteuergerät mit einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Vorverarbeiten eines Eingangssignals, mit:
- einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben;
- einem Aktor zum Ausführen einer Funktion und/oder einem Sensor zum Erfassen eines physikalischen Phänomens, wobei an dem Aktor und/oder Sensor ein analoges Signal erfassbar ist; und
- einer Abtasteinheit zum Abtasten des analogen Signals zu auch unregelmäßigen Abtastzeitpunkten und zum Erzeugen des Eingangsvektors für die Eingangsschnittstelle, wobei
- die Abtasteinheit vorzugsweise als Teil eines elektronischen Fahrzeugsteuergeräts ausgebildet ist.
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Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein der Vorrichtung entsprechend ausgebildetes Verfahren sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. Zudem betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das System, das Verfahren, das elektronische Fahrzeugsteuergerät und das Computerprogrammprodukt entsprechend den für die Vorrichtung und das System in den abhängigen Ansprüchen definierten Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Eingangsvektor empfangen wird. Der Eingangsvektor stellt dabei insbesondere einen Abschnitt eines abgetasteten elektronischen Signals dar. Der Eingangsvektor umfasst verschiedene Abtastzeitpunkte mit jeweils zugeordneten Abtastwerten. Relevant ist dabei insbesondere, dass die Abtastzeitpunkte unregelmäßig sein können, also zumindest teilweise nicht zeitlich äquidistant sind. Die Abtastzeitpunkte hängen insbesondere von der Softwarearchitektur des abtastenden Geräts ab.
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Mittels der Regressionseinheit wird eine vordefinierte periodische Grundwelle sowie mindestens eine zugehöriges periodisches Vielfaches der Grundwelle an diesen Eingangsvektor angepasst. Die Anpassung erfolgt insbesondere mittels eines entsprechenden Ansatzes der Regressionsrechnung, bei dem beispielsweise ein mittlerer quadratischer Abstand minimiert wird. Basierend auf den Anteilsfaktoren, der Grundwelle und der mindestens einen Oberwelle kann eine Erzeugung von synthetisierten Abtastwerten erfolgen. Diese synthetisierten Abtastwerte basieren auf Werten, die sich an angenommenen äquidistanten Abtastzeitpunkten für die erzeugte Grund- und Oberwelle ergeben. Diese synthetisierten Abtastwerte werden dann in einem Ausgangsvektor ausgegeben. Der Ausgangsvektor hat dabei vorzugsweise dasselbe Format wie der Eingangsvektor. Es versteht sich aber, dass es nicht zwingend erforderlich ist, dass der Ausgangsvektor ebenfalls Abtastzeitpunkte umfasst.
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Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen wird basierend auf einem Eingangsvektor mit auch unregelmäßigen Abtastzeitpunkten, der beispielsweise mittels einer Abtastung durch ein elektronisches Steuergerät erzeugt wird, ein Ausgangsvektor mit äquidistanten Abtastzeitpunkten erzeugt. Dieser Ausgangsvektor kann dann in einer Weiterverarbeitung verwendet werden. Hierdurch kann insbesondere mittels eines elektronischen Steuergeräts eine präzise Aufzeichnung von vergleichsweise hochfrequenten periodischen Strom- und Spannungsverläufen erreicht werden. Beispielsweise kann eine Aktorgeschwindigkeit und/oder Aktorpositionierung eines Magnetaktors eines adaptiven Dithers erfasst werden.
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Die Erfindung basiert insbesondere darauf, dass ein gemessenes Signal mit auch ungleichmäßiger Abtastung, niedriger Abtastrate und großer Signalrundung in ein äquidistant abgetastetes Signal umgewandelt wird. Durch eine intelligente Wahl der Form der Grundwelle entsteht der Vorteil, dass auch bei einer ungenauen Abtastung eine Weitergabe eines zuverlässigen und präzisen Signals ermöglicht wird. Beispielsweise kann ein physikalisches Phänomen mit höherer Genauigkeit erfasst werden. Insbesondere ist es möglich, dass ein Ausgangsvektor erzeugt wird, bei dem mehr Abtastwerte pro Zeitschritt vorgesehen sind. Dadurch, dass das Signal ursprünglich nicht äquidistant abgetastet wurde (unregelmäßige Abtastzeitpunkte) und durch Verwendung einer angepassten Grundwelle zur Rekonstruktion, kann auch für vergleichsweise hochfrequente Signale eine Rekonstruktion vorgenommen werden. Es kann in anderen Worten ausgenutzt werden, dass eine unregelmäßige Abtastung nicht dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem unterliegt und sozusagen Zusatzinformationen gewonnen werden können. Es ergibt sich eine Signalvorverarbeitung, die zu einem in weiteren Prozessschritten effizient verwendbaren präzisen Ausgangsvektor führt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Regressionseinheit zum Anpassen von Anteilsfaktoren einer sinusförmigen Grundwelle und mindestens einer sinusförmigen Oberwelle an den Eingangsvektor ausgebildet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, eine sinusförmige Elementarwelle zu verwenden. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang dann auf eine Fourier-Analyse bzw. eine Fourier-Transformation zurückgegriffen werden. Es ergibt sich eine effiziente Berechenbarkeit auch bei vergleichsweise beschränkten Ressourcen, wie beispielsweise in einem elektronischen Steuergerät.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Regressionseinheit zum Anpassen einer Anzahl der verwendeten periodischen Oberwellen basierend auf einem Signalparameter mit Informationen zu einer Charakteristik des dem Eingangsvektor zugrunde liegenden Signals ausgebildet. Die Eingangsschnittstelle ist zum Empfangen des Signalparameters ausgebildet, und/oder die Regressionseinheit ist zum Ermitteln des Signalparameters basierend auf dem Eingangsvektor ausgebildet. Je nach zugrunde liegendem Signal bzw. nach zugrunde liegendem physikalischen Phänomen, das mittels eines Sensors gemessen oder mittels eines Aktors hergestellt werden soll, kann die Anzahl an verwendeten Oberwellen angepasst werden. Die Anzahl an Oberwellen kann dabei einerseits extern spezifiziert werden, wobei dann der Signalparameter über die Eingangsschnittstelle empfangen wird. Andererseits ist es möglich, dass eine Ermittlung innerhalb der Regressionseinheit basierend auf dem Eingangsvektor durchgeführt wird. Insbesondere erhöht eine höhere Anzahl von verwendeten Oberwellen die Berechnungskomplexität. In einzelnen Anwendungen kann eine hohe Anzahl an Oberwellen nicht notwendig sein, da bereits die mit einer geringen Anzahl erzielbare Genauigkeit ausreichend ist. Der Eingangsvektor kann in anderen Worten also analysiert werden, um eine für den vorliegenden Anwendungsfall geeignete Anzahl an Oberwellen festzulegen. Hierzu kann beispielsweise eine Frequenzanalyse durchgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Eingangsvektors mit Daten zu einer Zeitdauer von 50 ms bis 200 ms bei einer Abtastfrequenz zwischen 2 Hz und 50 Hz ausgebildet. Derartige Eingangsdaten können beispielsweise von einem Magnet-Aktor empfangen werden, dessen Strom und/oder Spannung (als analoges bzw. zugrundeliegendes Signal) abgetastet wird. Der Eingangsvektor stellt insoweit ein Segment eines Signalverlaufs dar. Insbesondere kann ein 100 ms Segment verwendet werden. Für jedes Segment, also für jeden Eingangsvektor, wird in der Regressionseinheit eine entsprechende Verarbeitung vorgenommen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Regressionseinheit zum Auswählen einer Wellenform der periodischen Grundwelle und/oder der mindestens einen periodischen Oberwelle ausgebildet. Vorzugsweise ist die Regressionseinheit zum Auswählen der Wellenform basierend auf einer Anwendung eines Ansatzes des maschinellen Lernens ausgebildet. Es ist möglich, dass die Wellenform bzw. die Wellenfunktion der Grundwelle und/oder der mindestens einen periodischen Oberwelle ausgewählt wird. Hierfür kann beispielsweise eine Auswahl aus einer vordefinierten Menge an möglichen Wellenformen erfolgen. Für die Auswahl an sich kann einerseits eine Analyse des Eingangsvektors bzw. des Signals vorgenommen werden. Andererseits ist es möglich, dass ein Ansatz des maschinellen Lernens, wie beispielsweise ein künstliches neuronales Netzwerk etc., verwendet wird. Es wird in anderen Worten eine für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Wellenform ausgewählt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Ausgangsvektors mit Daten zu einer Zeitdauer, die einer Zeitdauer des Eingangsvektors entspricht ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist die Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Ausgangsvektors in einem Format das einem Format des Eingangsvektors entspricht, ausgebildet. Insbesondere kann in anderen Worten der Ausgangsvektor in der Zeitdauer, die von ihm repräsentiert wird, sowie auch im Format dem Eingangsvektor entsprechen. Es kann insoweit eine Zwischenschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen. Für eine verarbeitende Einheit, die zuvor direkt die abgetasteten Werte bzw. den Eingangsvektor verwendet hat, kann eine Vorverarbeitung erfolgen, ohne dass diese verarbeitende Einheit hinsichtlich der empfangenen Daten angepasst werden muss. Hierdurch ergibt sich beispielsweise eine vorteilhafte nachträgliche Installierbarkeit.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Synthetisiereinheit zum Erzeugen von synthetisierten Abtastwerten mit einer höheren Abtastrate als die Abtastwerte des Eingangsvektors ausgebildet. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn ausgenutzt wird, dass auch vergleichsweise hochfrequente Signale rekonstruiert werden können, da aufgrund der ursprünglichen unregelmäßigen Abtastung das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem nicht anwendbar ist. Es kann also eine Zusatzinformation nutzbar gemacht werden, die möglicherweise in einer Weiterverarbeitung ausgenutzt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Abtasteinheit zum Empfangen des analogen Signals von einem hydraulischen Bauteil ausgebildet. Das analoge Signal entspricht vorzugsweise einem Strom durch oder einer Spannung an einem Magnet-Aktor.
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Hierin wird unter einem Signal bzw. einem zugrundeliegenden Signal insbesondere ein analoges Signal verstanden. Beispielsweise kann ein Signal ein Strom und/oder eine Spannung an einem Sensor und/oder an einem Aktor sein. Anhand des Signals kann eine Rekonstruktion eines physikalischen Phänomens, beispielsweise einer Bewegung eines Aktors, vorgenommen werden. Ein Abtastzeitpunkt bezieht sich vorzugsweise auf eine vordefinierte Zeitbasis. Einheiten von Abtastzeitpunkten und Abtastwerten sind vorzugsweise vordefiniert. Anteilsfaktoren für verschiedene Grund- und Oberwellen addieren sich vorzugsweise zu eins.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Vorverarbeiten eines Signals;
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vorverarbeiten eines Signals;
- 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Abtastung eines Signals; und
- 4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Signalvorverarbeitung; und
- 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System 10 zum Vorverarbeiten eines Signals gezeigt. Das System 10 umfasst eine Vorrichtung 12 zum Vorverarbeiten eines Signals, einen Sensor 14 zum Erfassen eines physikalischen Phänomens sowie eine Abtasteinheit 16, mittels der ein analoges Signal des Sensors 14 abgetastet werden kann.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Vorrichtung 12 sowie die Abtasteinheit 16 in einem elektronischen Fahrzeugsteuergerät 18 (ECU) angeordnet. Das System 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Fahrzeug 20 integriert. Die Darstellung in der 1 ist dabei als seitliche Schnittansicht auf das Fahrzeug 20 zu verstehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass mittels des Sensors 14 ein analoges Signal erfassbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensor um einen Strom- und/oder Spannungssensor an einem Magnet-Aktor handeln. Hierbei versteht es sich, dass anstelle des Sensors 14 oder zusätzlich zu dem Sensor 14 auch ein Aktor zum Ausführen einer Funktion vorgesehen sein kann, wobei durch den Aktor ebenfalls ein analoges Signal erfassbar ist. Insbesondere kann beispielsweise ein Strom durch und/oder eine Spannung an einem Magnet-Aktor eines adaptiven Dithers erfasst werden. Das analoge Signal wird abgetastet und in Form eines Eingangsvektors mit vorgegebener Länge in der Vorrichtung 12 weiterverarbeitet. Nach der Weiterverarbeitung wird ein Ausgangsvektor ausgegeben, der dann für eine Weiterverarbeitung bzw. für eine weitere Verwendung zur Verfügung steht.
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Durch die Erfindung kann eine Erfassung bzw. eine Abtastung eines elektrischen hochdynamischen Signals mittels eines elektronischen Steuergeräts ermöglicht werden. Insbesondere kann auch ein mittels des elektronischen Steuergeräts abgetastetes Signal, bei dem die Abtastung aufgrund der Taskverarbeitung im elektronischen Steuergerät nicht äquidistant erfolgt, vorverarbeitet werden. Das gemessene Signal (ungleichmäßige Abtastung, niedrige Abtastrate und/oder große Signalrundung) wird in ein äquidistant abgetastetes Signal mit vergleichsweise hoher Abtastrate und verringerter Rundung umgewandelt.
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In der 2 ist schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 zum Vorverarbeiten eines Signals dargestellt. Die Vorrichtung 12 umfasst eine Eingangsschnittstelle 22, eine Regressionseinheit 24, eine Synthetisiereinheit 26 sowie eine Ausgabeeinheit 28. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 12 zudem eine (optionale) Regeleinheit 30. Die Einheiten und Schnittstellen können dabei teilweise oder vollständig in Soft- und/oder in Hardware umgesetzt sein. Insbesondere können die Einheiten als Prozessor, Prozessormodule oder auch als Software für einen Prozessor ausgebildet sein. Die Vorrichtung 12 kann insbesondere in ein elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugs bzw. in einen Zentralcomputer eines Fahrzeugs integriert sein oder als Software für ein Steuergerät oder einen Zentralcomputer eines Fahrzeugs ausgebildet sein.
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Über die Eingangsschnittstelle 22 wird ein Eingangsvektor einer vorgegebenen Länge empfangen. Der Eingangsvektor umfasst Abtastzeitpunkte und zugeordnete Abtastwerte eines Signals, also jeweils Wertepaare. Insbesondere wird insoweit ein Segment eines Signalverlaufs empfangen. Beispielsweise kann ein Segment bzw. ein Eingangsvektor mit Daten zu einer Zeitdauer von 50 ms bis 200 ms bei einer Abtastfrequenz zwischen 2 kHz und 50 kHz empfangen werden. Insoweit wird sozusagen ein Segment einer Länge von beispielsweise 100 ms empfangen. Der Eingangsvektor kann insoweit also beispielsweise zweidimensional ausgebildet sein, wobei für jeden Eintrag sowohl ein Abtastzeitpunkt als auch ein zugeordneter Abtastwert vorhanden ist. Im Eingangsvektor sind die Abtastzeitpunkte insoweit unregelmäßig. Insbesondere ist es möglich, dass die Abstände zwischen den Abtastzeitpunkten zumindest teilweise unterschiedlich sind. Zum Empfang des Eingangsvektors kann die Eingangsschnittstelle 20 beispielsweise an ein Bussystem des Fahrzeugs angebunden sein, über das eine Kommunikation mit einer entsprechenden Abtasteinheit und/oder mit einem Sensor erfolgt. Insbesondere kann mit einer Abtasteinheit in der ECU kommuniziert werden.
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In der Regressionseinheit 24 wird eine Regression durchgeführt. Insbesondere kann eine Regression mittels periodischen Elementarwellen erfolgen. Unter einer Regression ist dabei beispielsweise eine Fourier-Analyse oder eine andere Art einer Regressionsrechnung zu verstehen. Für mindestens eine periodische Grundwelle und mindestens eine periodische Oberwelle werden Anteilsfaktoren ermittelt, sodass eine Summe aus Grundwelle und periodischer Oberwelle basierend auf einer vordefinierten Metrik möglichst gut zu den Abtastwerten des Eingangsvektors passt. Beispielsweise kann ein mittlerer quadratischer Abstand minimiert werden. Das zugrundeliegende Signal wird sozusagen nachgebildet. Die Anzahl der regressiv erzeugten Oberwellen kann sich dabei nach der Charakteristik des zugrundeliegenden Signals und der Eingangsabtastfrequenz richten. Insbesondere kann eine Anpassung der Anzahl der verwendeten periodischen Oberwellen vorgenommen werden. Hierzu kann beispielsweise auf einen extern vorgegebenen Signalparameter oder auch auf eine zuvor durchgeführte Auswertung zurückgegriffen werden. Insbesondere können sinusförmige Grund- und Oberwellen verwendet werden. Dabei ist es aber auch möglich, dass eine andere Wellenform verwendet wird. Denkbar ist auch, dass eine Auswahl der verwendeten Wellenform erfolgt. Für die Auswahl kann beispielsweise ein Ansatz des maschinellen Lernens verwendet werden. Beispielsweise kann ein neuronaler Algorithmus verwendet werden.
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In der Synthetisiereinheit 26 werden synthetisierte Abtastwerte für äquidistante Abtastzeitpunkte basierend auf den angepassten Anteilsfaktoren der Regressionseinheit 24 sowie der Grundwelle und der mindestens einen Oberwelle erzeugt. Es wird insoweit eine Synthetisierung oder Nachbildung des Eingangsvektors zu äquidistanten Zeitpunkten vorgenommen. Hierbei können synthetisierte Abtastwerte verwendet werden, die eine höhere Abtastrate repräsentieren als die Abtastwerte des Eingangsvektors.
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Über die Ausgabeeinheit 28 wird ein Ausgangsvektor mit den synthetisierten Abtastwerten ausgegeben. Insbesondere kann ein Ausgangsvektor ausgegeben werden, der in seiner Länge sowie in seinem Format dem Eingangsvektor entspricht. Die Ausgabe kann beispielsweise über eine entsprechende Busschnittstelle erfolgen, an die die Ausgabeeinheit 28 angeschlossen ist und mit einer entsprechenden Einheit zur Weiterverarbeitung des Signals in Kommunikation steht.
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In der (optionalen) Regeleinheit 30 wird eine Anpassung einer Frequenz der periodischen Grundwelle und der mindestens einen periodischen Oberwelle vorgenommen. Als Grundlage für diese Frequenzanpassung kann insbesondere der Eingangsvektor verwendet werden. Zusätzlich kann in der Regressionseinheit 24 ein Güteparameter ermittelt werden, der eine Güte der in der Regressionseinheit durchgeführten Anpassung widerspiegelt. Beispielsweise kann als Güteparameter eine Abweichung verwendet werden. In der Regeleinheit 30 wird insoweit eine Art Phasenregelung der Frequenz der Grundwelle vorgenommen. Die Frequenz der Grundwelle wird derart gesteuert, dass die Regressionseinheit 24 möglichst phasensynchron zur Grundwelle bzw. zur Grundfrequenz des zugrundeliegenden Signals (das vorzugsweise ebenfalls periodisch ist) mitläuft. Über die Regeleinheit kann insoweit eine Anpassung verbessert werden. Es wird also beispielsweise mittels einer geringeren Anzahl an periodischen Oberwellen bereits eine Anpassung hoher Güte ermöglicht. Dies bedingt insbesondere, dass auch bei begrenzten Rechnerressourcen eine zuverlässige Anpassung vorgenommen werden kann.
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In der 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Ansatz der Informationsverarbeitung dargestellt. Das Rohsignal bzw. das zugrundeliegende Signal 32, das beispielsweise einem Strom oder einer Spannung an einem Aktor entsprechen kann, wird abgetastet. Die oben dargestellte Abtastung (A) zeigt dabei eine Abtastung mit äquidistanten Abtastzeitpunkten. Die unten dargestellte Abtastung (B) zeigt eine Abtastung mit unregelmäßigen bzw. ungleichmäßigen Abtastzeitpunkten. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Abtastzeitpunkten ist dabei unregelmäßig. Eine derartige Abtastung kommt beispielsweise aufgrund einer Verwendung eines Tasks in einer Softwarearchitektur eines elektronischen Steuergeräts zustande.
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In der 4 ist schematisch ein Verarbeitungsansatz dieses unregelmäßig abgetasteten Signals gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Abtastzeitpunkte sowie die zugeordneten Abtastwerte werden in Form eines Eingangsvektors zur Verfügung gestellt. In der Regressionseinheit 24 wird eine fortlaufende zeitnahe Regression mittels einer Überlagerung von periodischen, vorzugsweise sinusförmigen, Elementarwellen (Grundwellen und Oberwellen) hergestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine sinusförmige periodische Grundwelle 34 sowie zwei sinusförmige periodische Oberwellen 36a, 36b dargestellt. Mittels einer Synthetisiereinheit 26 wird ein Ausgangssignal 38 erzeugt, das ein möglichst gutes Abbild des zugrundeliegenden Signals 32 darstellt. Das Ausgangssignal 38 wird dann in Form eines Ausgangsvektors mit synthetisierten Abtastwerten ausgegeben.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dabei zusätzlich eine Phasenregelung der Regressionsfunktionen. Mittels der Regeleinheit 30 wird also eine Frequenz der periodischen Grundwelle und der mindestens einen periodischen Oberwelle angepasst. Insbesondere kann eine Art Nachführung erfolgen. Durch diese Nachführung wird eine geringere Anzahl an Oberwellen benötigt, um zu einer Nachbildung mit hoher Güte zu gelangen. Hierdurch können Verarbeitungsressourcen eingespart werden.
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In der 5 ist schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des Empfangens S10 eines Eingangsvektors, des Anpassens S12 von Anteilsfaktoren, des Erzeugens S14 von synthetisierten Abtastwerten und des Ausgebens S 18 eines Ausgangsvektors. Das Verfahren kann insbesondere in Form einer Software implementiert sein, die auf einem Steuergerät bzw. einem Zentralrechner eines Fahrzeugs ausgeführt wird. Es versteht sich, dass das Verfahren auch als Smartphone-App implementiert sein kann.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Vorrichtung
- 14
- Sensor
- 16
- Abtasteinheit
- 18
- Fahrzeugsteuergerät
- 20
- Fahrzeug
- 22
- Eingangsschnittstelle
- 24
- Regressionseinheit
- 26
- Synthetisiereinheit
- 28
- Ausgabeeinheit
- 30
- Regeleinheit
- 32
- Signal
- 34
- Grundwelle
- 36a, 36b
- Oberwellen
- 38
- Ausgangssignal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019202443 A1 [0004]
