DE102023201173B3

DE102023201173B3 - Verfahren, Computerprogramm und Vorrichtung zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung

Info

Publication number: DE102023201173B3
Application number: DE102023201173.5A
Authority: DE
Inventors: Hardy Naumann; Daniel Schütz; Stephan Herold; Kevin Wettin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2023-02-13
Filing date: 2023-02-13
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2043-02-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung, insbesondere eines Messgebers mit einer Anzahl physischer Detektionsabschnitte. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Maschine, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird der Messgeber bei einem Startvorgang zumindest mit einem gespeicherten Identifikator eines virtuellen Detektionsabschnitts initialisiert (10). Nach erfolgter Initialisierung (10) wird eine Messgröße eines physischen Detektionsabschnitts erfasst (11). Aus der erfassten Messgröße wird dann zumindest ein Identifikator eines zugehörigen virtuellen Detektionsabschnitts ermittelt (12). Der zumindest eine ermittelte Identifikator wird gespeichert (13). Im Ansprechen auf eine Abweichung zwischen dem beim Initialisieren des Messgebers verwendeten zumindest einen gespeicherten Identifikator und zumindest eines Identifikators für eine Startposition, die aus einer erfassten initialen Messgröße ermittelt wird, wird eine Korrektur der zumindest einen Startposition vorgenommen (14). Falls dies nicht möglich ist, wird eine Aufforderung zu einer Korrektur veranlasst (15).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung, insbesondere eines Messgebers mit einer Anzahl physischer Detektionsabschnitte. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Maschine, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird.
In der Robotik sowie allgemein in der Automatisierungstechnik ist das Messen der Position von rotatorischen oder translatorischen Achsen bzw. Servoachsen, die allgemein auch als Gelenk interpretiert werden, von großer Bedeutung. Eine Herausforderung insbesondere bei mobilen Robotern besteht wegen der stark begrenzten Bauräume in der Integration von Winkelgebern oder Linearmesssystemen in die mechanische Struktur. Werden translatorische Bewegungen mittels Spindelantrieb realisiert, ergibt sich unter der Prämisse, dass der Spindelantrieb nur ein minimales mechanisches Spiel besitzt, hier beispielsweise die Möglichkeit, mit als Absolutwertgeber ausgeführten Winkelgebern auch den Linearweg zu erfassen.
Komfortabel in der Anwendung sind Absolutwertgeber, die als sogenannte Multiturngeber ausgeführt sind. Diese haben z.B. eine Winkelmesseinrichtung für 0° bis 360° sowie eine Zähleinrichtung für die durchgeführten Rotationen. Allerdings sind diese zur Erreichung der Multiturnfähigkeit in der Regel mit Batterien oder zusätzlicher Elektronik ausgestattet, sodass sich Nachteile im Package oder zusätzlicher Wartungsaufwand ergeben.
Winkelgeber sehr kleiner Bauart, die auch in sehr kleine Bauräume integriert werden können, sind in Form von Singleturn-Absolutwertgebern verfügbar. Dabei besteht die Möglichkeit, die Multiturnfähigkeit nachzubilden.
In diesem Zusammenhang beschreibt die indische Patentanmeldung 265/MUM/2002 ein Verfahren zur Umwandlung eines n-Bit Singleturn-Absolutwertgebers in einen programmierbaren m*n-Bit Multiturn-Absolutwertgeber. Bei dem Verfahren wird die Anzahl vollständiger Umdrehungen der Achse des Singleturn-Absolutwertgebers gespeichert.
DE 10 2014 102 564 beschreibt einen Absolutwert-Singleturn-Drehgeber mit auswählbarer Multiturn-Funktion. Der Drehgeber weist einen elektronischen Winkelsensor und eine elektronische Auswertungseinheit auf. Der Winkelsensor und die Auswertungseinheit sind in ein geschlossenes Gehäuse integriert. Das Gehäuse weist eine äußere physische Schnittstelle zur Ankoppelung eines externen Anbauelements auf. Die Auswertungseinheit ist eingerichtet, sowohl in einer Singleturn-Konfiguration als auch in einer Multiturn-Konfiguration betrieben zu werden. Sie ist ferner eingerichtet, zu erkennen, ob das Anbauelement an die Schnittstelle gekoppelt ist. Falls dies der Fall ist, wechselt die Auswertungseinheit automatisch ohne weitere Konfigurationsmaßnahmen von der Singleturn-Konfiguration in die Multiturn-Konfiguration. Andernfalls verbleibt sie in der Singleturn-Konfiguration.
Derartige Winkelgeber müssen nach dem Einschalten des Roboters bzw. des Automatisierungssystems zunächst initialisiert werden, d.h. es muss auf einen gespeicherten Wert eines Initialisierungswinkels zurückgegriffen werden. Dabei kann es vorkommen, dass eine im Ruhezustand geänderte Position beim Wiedereinschalten dazu führt, dass mit einem falschen Initialisierungswinkel gestartet wird.
Eine vergleichbare Problematik kann auch bei Linearmesssystemen auftreten, deren Messung auf einer Mischung aus inkrementellen und absoluten Anteilen besteht.
Die WO 2022 / 214 167 A1 betrifft ein Verfahren zur Initialisierung eines Drehwinkelmesssystems und ein Drehwinkelmesssystem mit einer entsprechenden Initialisierungseinheit.
Die US 2004 / 0 162 700 A1 bezieht sich im Allgemeinen auf Eingabevorrichtungen für die Schnittstelle mit Computersystemen und insbesondere auf Computereingabevorrichtungen, die räumliche Informationen über ein dreidimensionales Objekt an Computersysteme liefern, die eine Darstellung des Objekts bereitstellen.
DE 10 2008 032 046 A1 betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Positionsbestimmungssystems eines Hinterachslenkungsaktuators für ein Kraftfahrzeug.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Lösungen zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung bereitzustellen, die eine verbesserte Handhabung von fehlerhaften Initialisierungspositionen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Computerprogramm mit Instruktionen gemäß Anspruch 8, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch eine Maschine gemäß Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung, wobei der Messgeber eine Anzahl physischer Detektionsabschnitte aufweist, die Schritte:

- Initialisieren des Messgebers zumindest mit einem gespeicherten Identifikator eines virtuellen Detektionsabschnitts;
- Erfassen einer Messgröße eines physischen Detektionsabschnitts;
- Ermitteln zumindest eines Identifikators eines zugehörigen virtuellen Detektionsabschnitts aus der erfassten Messgröße; und
- Speichern des zumindest einen ermittelten Identifikators.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der folgenden Schritte zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung, der eine Anzahl physischer Detektionsabschnitte aufweist, veranlassen:

Der Begriff Computer ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere umfasst er auch Steuergeräte, eingebettete Systeme und andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtungen.
Das Computerprogramm kann beispielsweise für einen elektronischen Abruf bereitgestellt werden oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung, der eine Anzahl physischer Detektionsabschnitte aufweist, auf:

- eine Initialisierungseinheit zum Initialisieren des Messgebers zumindest mit einem gespeicherten Identifikator eines Detektionsabschnitts;
- eine Signalverarbeitungseinheit zum Erfassen einer Messgröße eines physischen Detektionsabschnitts;
- eine Recheneinheit zum Ermitteln zumindest eines Identifikators eines zugehörigen virtuellen Detektionsabschnitts aus der erfassten Messgröße; und
- eine Speichereinheit zum Speichern des zumindest einen ermittelten Identifikators.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird aus der erfassten Messgröße eines physischen Detektionsabschnitts ermittelt, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt die Messgröße liegt. Ein Identifikator des ermittelten Detektionsabschnitts, z.B. eine Abschnittsnummer oder ein anderer eindeutiger Bezeichner, wird in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert und steht somit für eine spätere Initialisierung des Messgebers zur Verfügung. Im Falle eines Winkelgebers als Messgeber handelt es sich bei den Detektionsabschnitten um Sektoren, im Falle eines Lineargebers um Segmente. Vorzugsweise gibt der Messgeber ein analoges Ausgangssignal aus, vorzugsweise ein lineares Ausgangssignal. Allerdings kann auch ein sin/cos-Ausgangssignal genutzt werden. Das lineare Ausgangssignal hat dabei den Vorteil, dass nur ein Analogeingang zur Auswertung notwendig ist. Die Nutzung eines Messgebers mit sin/cos-Ausgangsspannung erfordert hingegen einen weiteren Analogkanal.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt das Speichern des zumindest einen ermittelten Identifikators im Ansprechen auf eine Änderung des zumindest einen ermittelten Identifikators. Dies hat den Vorteil, dass Zugriffszeit auf den Permanentspeicher eingespart wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet der Messgeber einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte. Die Anzahl der zum ersten Satz gehörigen virtuellen Detektionsabschnitte ist dabei gleich oder größer der Anzahl der physischen Detektionsabschnitte. Der aus der erfassten Messgröße ermittelter Identifikator gibt dabei an, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt des ersten Satzes eine aktuelle Messposition liegt. Bei dieser Ausführungsform wird im Grunde eine Spur aus virtuellen Detektionsabschnitten erzeugt, die mindestens so viele Detektionsabschnitte besitzt, wie der Messgeber physische Detektionsabschnitte hat. Gespeichert wird dann jeweils der Identifikator des aktuellen virtuellen Detektionsabschnitts. Es muss also lediglich eine Variable gespeichert werden, deren Wert größer sein kann als die Anzahl der physischen Detektionsabschnitte. Der Wert der gespeicherten Variable erlaubt es, beim Initialisieren des Messgebers einen Fehler zu erkennen, der aus einer Änderung der Position im Ruhezustand resultiert. Dieser muss dann manuell korrigiert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Abschnittsgröße der virtuellen Detektionsabschnitte halb so groß wie die Abschnittsgröße der physischen Detektionsabschnitte. Die Anzahl der virtuellen Detektionsabschnitte ist damit doppelt so groß wie die Anzahl der physischen Detektionsabschnitte. Auf diese Weise wird mit vertretbarem Aufwand bereits eine Verdoppelung der Abschnittsauflösung erzielt. Durch eine weitere Reduzierung der Abschnittsgröße der virtuellen Detektionsabschnitte lässt sich die Abschnittssauflösung bei Bedarf noch weiter erhöhen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet der Messgeber einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte, deren Abschnittsgröße gleich der Abschnittsgröße der physischen Detektionsabschnitte ist und die um die halbe Abschnittsgröße gegenüber den physischen Detektionsabschnitten verschoben sind. Ein erster aus der erfassten Messgröße ermittelter Identifikator gibt dabei an, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt eine aktuelle Messposition liegt. Ein zweiter aus der erfassten Messgröße ermittelter Identifikator gibt an, in welchem physischen Detektionsabschnitt die aktuelle Messposition liegt. Bei dieser Ausführungsform wird im Grunde eine virtuelle Spur aus virtuellen Detektionsabschnitten erzeugt, deren Abschnittsgröße vorzugsweise gleich der Abschnittsgröße der physischen Detektionsabschnitte ist. Die virtuellen Detektionsabschnitte sind dabei um die halbe Abschnittsgröße gegenüber den physischen Detektionsabschnitten verschoben. In diesem Fall werden zwei Variablen nichtflüchtig gespeichert, nämlich der Identifikator des aktuellen physischen Detektionsabschnitts und der Identifikator des aktuellen virtuellen Detektionsabschnitts.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet der Messgeber zwei Sätze virtueller Detektionsabschnitte mit gleicher Abschnittsgröße, die um die halbe Abschnittsgröße gegeneinander verschoben sind. Die aus der erfassten Messgröße ermittelten Identifikatoren geben dabei an, in welchen virtuellen Detektionsabschnitten der zwei Sätze eine aktuelle Messposition liegt. Bei dieser Ausführungsform werden im Grunde zwei virtuelle Spuren aus virtuellen Detektionsabschnitten erzeugt. Die virtuellen Detektionsabschnitte der beiden Sätze sind dabei gegeneinander um die halbe Abschnittsgröße verschoben. Durch das Einführen einer weiteren virtuellen Spur, die um die halbe Abschnittsgröße verschoben ist, kann eine bessere Robustheit erzielt werden. Es wird dabei eine Art Quadratursignal erzeugt, das eine höhere Fehlertoleranz bzw. in Grenzen eine automatische Korrektur erlaubt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird im Ansprechen auf eine Abweichung zwischen dem beim Initialisieren des Messgebers verwendeten zumindest einen gespeicherten Identifikators und zumindest eines Identifikators für eine Startposition, die aus einer erfassten initialen Messgröße ermittelt wird, eine Korrektur der zumindest einen Startposition vorgenommen oder eine Aufforderung zu einer Korrektur veranlasst. Durch den Vergleich der initialen Identifikatoren mit den gespeicherten Identifikatoren kann beim Initialisieren ein Fehler erkannt werden. Dabei ist in Grenzen eine automatische Korrektur möglich. Andernfalls muss ein erkannter Fehler manuell korrigiert werden. In beiden Fällen ist gewährleistet, dass keine fehlerhaften Ausgaben des Messgebers genutzt werden. Voraussetzung für die Anwendbarkeit der beschriebenen Lösung ist lediglich, dass die betrachtete Dreh- oder Linearachse nach Verlust der Betriebsspannung in der Position verharrt und die Amplitude einer Winkelauslenkung oder Verschiebung, z.B. durch einen externen Eingriff, eingeschränkt ist.
Besonders vorteilhaft wird ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Maschine eingesetzt, insbesondere in einem Fortbewegungsmittel oder einer Industriemaschine. Bei dem Fortbewegungsmittel kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug handeln, z.B. einen Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Lösung dabei in allen Situationen anwendbar, in denen eine Winkel- oder Längenerfassung erforderlich ist, z.B. bei Stelleinrichtungen für Klappen, Ventile, Türen, etc. Bei der Industriemaschine kann es sich beispielsweise um einen Roboter oder ein anderes Automatisierungssystem handeln, bei dem eine Winkel- oder Längenerfassung benötigt wird.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Messgebers;
2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betreiben eines Messgebers;
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betreiben eines Messgebers;
4 stellt schematisch als Beispiel für eine Maschine ein Fortbewegungsmittel dar, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist;
5 zeigt schematisch einen Winkelgeber mit einem analogen Ausgangssignal;
6 zeigt schematisch einen Winkelgeber mit einem Satz virtueller Detektionsabschnitte mit halber Abschnittsgröße; und
7 zeigt schematisch einen Winkelgeber mit zwei Sätzen virtueller Detektionsabschnitte.

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Messgebers mit einer Anzahl physischer Detektionsabschnitte. In einem ersten Schritt wird der Messgeber bei einem Startvorgang zumindest mit einem gespeicherten Identifikator eines virtuellen Detektionsabschnitts initialisiert 10. Nach erfolgter Initialisierung 10 wird eine Messgröße eines physischen Detektionsabschnitts erfasst 11. Aus der erfassten Messgröße wird dann zumindest ein Identifikator eines zugehörigen virtuellen Detektionsabschnitts ermittelt 12. Dazu kann der Messgeber einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte verwenden. Die Anzahl der zum ersten Satz gehörigen virtuellen Detektionsabschnitte ist dabei gleich oder größer der Anzahl der physischen Detektionsabschnitte. Der aus der erfassten Messgröße ermittelte Identifikator gibt dabei an, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt des ersten Satzes eine aktuelle Messposition liegt. Alternativ kann der Messgeber einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte verwenden, deren Abschnittsgröße gleich der Abschnittsgröße der physischen Detektionsabschnitte ist und die um die halbe Abschnittsgröße gegenüber den physischen Detektionsabschnitten verschoben sind. Ein erster aus der erfassten Messgröße ermittelter Identifikator gibt dabei an, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt eine aktuelle Messposition liegt. Ein zweiter aus der erfassten Messgröße ermittelter Identifikator gibt an, in welchem physischen Detektionsabschnitt die aktuelle Messposition liegt. Als weitere Alternative kann der Messgeber zwei Sätze virtueller Detektionsabschnitte mit gleicher Abschnittsgröße verwenden, die um die halbe Abschnittsgröße gegeneinander verschoben sind. Die aus der erfassten Messgröße ermittelten Identifikatoren geben dabei an, in welchen virtuellen Detektionsabschnitten der zwei Sätze eine aktuelle Messposition liegt. Der zumindest eine ermittelte Identifikator wird gespeichert 13. Das Speichern 13 des zumindest einen ermittelten Identifikators erfolgt dabei vorzugsweise im Ansprechen auf eine Änderung des zumindest einen ermittelten Identifikators. Im Ansprechen auf eine Abweichung zwischen dem beim Initialisieren des Messgebers verwendeten zumindest einen gespeicherten Identifikators und zumindest eines Identifikators für eine Startposition, die aus einer erfassten initialen Messgröße ermittelt wird, wird eine Korrektur der zumindest einen Startposition vorgenommen 14. Falls dies nicht möglich ist, wird eine Aufforderung zu einer Korrektur veranlasst 15.
2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 20 zum Betreiben eines Messgebers 1 für eine Dreh- oder Linearbewegung, der eine Anzahl physischer Detektionsabschnitte aufweist. Die Vorrichtung 20 hat eine Initialisierungseinheit 22 zum Initialisieren des Messgebers 1 zumindest mit einem gespeicherten Identifikator IP1, IP2 eines virtuellen Detektionsabschnitts bei einem Startvorgang. Die Vorrichtung 20 hat zudem einen Eingang 21, über den eine Signalverarbeitungseinheit 23 eine Messgröße M_i eines physischen Detektionsabschnitts erfasst. Eine Recheneinheit 24 ist eingerichtet, zumindest einen Identifikator P1_i, P2_i eines zugehörigen virtuellen Detektionsabschnitts aus der erfassten Messgröße M_i zu ermitteln. Dazu kann der Messgeber 1 einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte verwenden. Die Anzahl der zum ersten Satz gehörigen virtuellen Detektionsabschnitte ist dabei gleich oder größer der Anzahl der physischen Detektionsabschnitte. Der aus der erfassten Messgröße M_i ermittelte Identifikator P1_i gibt dabei an, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt des ersten Satzes eine aktuelle Messposition liegt. Alternativ kann der Messgeber 1 einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte verwenden, deren Abschnittsgröße gleich der Abschnittsgröße der physischen Detektionsabschnitte ist und die um die halbe Abschnittsgröße gegenüber den physischen Detektionsabschnitten verschoben sind. Ein erster aus der erfassten Messgröße M_i ermittelter Identifikator P1_i gibt dabei an, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt eine aktuelle Messposition liegt. Ein zweiter aus der erfassten Messgröße ermittelter Identifikator P2_i gibt an, in welchem physischen Detektionsabschnitt die aktuelle Messposition liegt. Als weitere Alternative kann der Messgeber 1 zwei Sätze virtueller Detektionsabschnitte mit gleicher Abschnittsgröße verwenden, die um die halbe Abschnittsgröße gegeneinander verschoben sind. Die aus der erfassten Messgröße M_i ermittelten Identifikatoren P1_i, P2_i geben dabei an, in welchen virtuellen Detektionsabschnitten der zwei Sätze eine aktuelle Messposition liegt. Eine Speichereinheit 25 ist eingerichtet, den zumindest einen ermittelte Identifikator P1_i, P2_i in einem nicht-flüchtigen Speicherbereich eines Speichers 27 zu speichern. Zudem kann der zumindest eine ermittelte Identifikator P1_i, P2_i über einen Ausgang 28 der Vorrichtung 20 ausgegeben werden. Im Ansprechen auf eine von der Recheneinheit 24 erkannte Abweichung zwischen dem beim Initialisieren des Messgebers verwendeten zumindest einen gespeicherten Identifikators IP1, IP2 und zumindest eines Identifikator für eine Startposition, die aus einer erfassten initialen Messgröße M_s ermittelt wird, kann die Recheneinheit 24 eine Korrektur der zumindest einen Startposition vornehmen. Falls dies nicht möglich ist, kann über eine Nutzerschnittstelle 29 eine Aufforderung zu einer Korrektur veranlasst werden.
Die Initialisierungseinheit 22, die Signalverarbeitungseinheit 23, die Recheneinheit 24 und die Speichereinheit 25 können von einer Kontrolleinheit 26 gesteuert werden. Über die Benutzerschnittstelle 29 können gegebenenfalls Einstellungen der Initialisierungseinheit 22, der Signalverarbeitungseinheit 23, der Recheneinheit 24, der Speichereinheit 25 oder der Kontrolleinheit 26 geändert werden. Die in der Vorrichtung 20 anfallenden Daten können bei Bedarf im Speicher 27 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 20. Die Initialisierungseinheit 22, die Signalverarbeitungseinheit 23, die Recheneinheit 24, die Speichereinheit 25 sowie die Kontrolleinheit 26 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer GPU oder einer CPU. Der Eingang 21 und der Ausgang 28 können als getrennte Schnittstellen oder als eine kombinierte bidirektionale Schnittstelle implementiert sein.
3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betreiben eines Messgebers für eine Dreh- oder Linearbewegung, der eine Anzahl physischer Detektionsabschnitte aufweist. Die Vorrichtung 30 weist einen Prozessor 32 und einen Speicher 31 auf. Beispielsweise handelt es sich bei der Vorrichtung 30 um einen Computer oder ein Steuergerät. Im Speicher 31 sind Instruktionen abgelegt, die die Vorrichtung 30 bei Ausführung durch den Prozessor 32 veranlassen, die Schritte gemäß einem der beschriebenen Verfahren auszuführen. Die im Speicher 31 abgelegten Instruktionen verkörpern somit ein durch den Prozessor 32 ausführbares Programm, welches das erfindungsgemäße Verfahren realisiert. Die Vorrichtung 30 hat einen Eingang 33 zum Empfangen von Informationen, beispielsweise von Informationen zu Bedienhandlungen eines Nutzers der Maschine. Vom Prozessor 32 generierte Daten werden über einen Ausgang 34 bereitgestellt. Darüber hinaus können sie im Speicher 31 abgelegt werden. Der Eingang 33 und der Ausgang 34 können zu einer bidirektionalen Schnittstelle zusammengefasst sein.
Der Prozessor 32 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.
Die Speicher 27, 31 der beschriebenen Ausführungsformen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.
4 stellt schematisch als Beispiel für eine Maschine 40 ein Fortbewegungsmittel dar, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist. Bei dem Fortbewegungsmittel handelt es sich in diesem Beispiel um ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist in diesem Beispiel eine Stelleinrichtung 41 für Ventile auf. Die Stelleinrichtung 41 ist mit einem Messgeber 1 versehen. Für den Betrieb des Messgebers 1 weist das Kraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 auf. Weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs sind ein Infotainment-System 42 mit einer Anzeigevorrichtung 43, eine Anzahl von Assistenzsystemen 44, eine Umgebungssensorik 45 zum Erfassen von Umgebungsinformationen, wie Kameras, Radarsensoren, Lidarsensoren oder Ultraschallsensoren, sowie eine Datenübertragungseinheit 46. Die Assistenzsysteme 44 können bei Bedarf auf die Messwerte des Messgebers 1 zurückgreifen. Mittels der Datenübertragungseinheit 46 kann beispielsweise eine Verbindung zu einem Backend aufgebaut werden, z.B. zum Übermitteln von Einstellungen oder zum Abrufen aktualisierter Software für die Komponenten des Kraftfahrzeugs. Zur Speicherung von Daten ist ein Speicher 47 vorhanden. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs erfolgt über ein Netzwerk 48.
Nachfolgend sollen anhand von 5 bis 7 weitere Details der erfindungsgemäßen Lösung aufgezeigt werden.
5 zeigt schematisch einen Winkelgeber, d.h. einen Messgeber 1 für eine Drehbewegung, mit einem analogen Ausgangssignal. Der Winkelgeber weist beispielhaft vier physische Detektionsabschnitte S₁-S₄ auf, d.h. vier Sektoren mit einem Winkelbereich von je 90°. Es sind allerdings auch andere Konfigurationen möglich, z.B. Konfigurationen mit Halbkreisabschnitten oder einem Vollkreis. Die physischen Detektionsabschnitte S₁-S₄ liefern jeweils ein lineares analoges Ausgangssignal, in diesem Beispiel eine Spannung zwischen 0 mV und 5000 mV. Angenommen sei, dass die Abschaltposition P_a beim Abschalten des Winkelgebers im Detektionsabschnitt S₃ liegt. Kommt es nun im Ruhezustand zu einer Änderung der Position, sodass die initiale Position P1_s beim Wiedereinschalten des Winkelgebers außerhalb des Detektionsabschnitts S₃ liegt, resultiert daraus ein fehlerhafter Initialisierungswinkel, der weder festgestellt noch korrigiert werden kann.
6 zeigt schematisch einen Winkelgeber, d.h. einen Messgeber 1 für eine Drehbewegung, mit einem Satz virtueller Detektionsabschnitte VS1₁-VS1₈ mit einer Abschnittsgröße von 45°, d.h. mit halber Abschnittsgröße in Bezug auf die physischen Detektionsabschnitte S₁-S₄. Dargestellt sind lediglich die virtuellen Detektionsabschnitte VS1₁-VS1₈ für eine vollständige Umdrehung. Sie setzen sich entsprechend der Anzahl der möglichen Umdrehungen fort, d.h. bei z.B. zehn möglichen Umdrehungen werden in diesem Beispiel 80 virtuelle Detektionsabschnitte genutzt. Den virtuellen Detektionsabschnitten VS1₁-VS1₈ ist jeweils ein Wertebereich des analogen Ausgangssignals von 0 mV bis 2500 mV bzw. von 2500 mV bis 5000 mV zugeordnet. Zur Verdeutlichung der virtuellen Detektionsabschnitte VS1₁-VS1₈ ist der virtuelle Detektionsabschnitt VS1₁ hervorgehoben. Angenommen sei, dass die Abschaltposition P_a beim Abschalten des Winkelgebers im virtuellen Detektionsabschnitt VS1₅ und damit im Wertebereich des analogen Ausgangssignals von 0 mV bis 2500 mV liegt. Kommt es nun im Ruhezustand zu einer Änderung der Position, sodass die initiale Position P1_s beim Wiedereinschalten des Winkelgebers im virtuellen Detektionsabschnitt VS1₄ und damit im Wertebereich 2500 mV bis 5000 mV liegt (Position (A) in 6), resultiert daraus ein fehlerhafter Initialisierungswinkel. Allerdings lässt sich der Fehler in diesem Fall feststellen. Eine automatische Korrektur ist aber nicht ohne weiteres möglich, da die initiale Position P1'_s auch im virtuellen Detektionsabschnitt VS1₆ liegen könnte (Position (A*) in 6). Es muss daher eine manuelle Korrektur durchgeführt werden. Eine Grenze der beschriebenen Lösung ist dadurch gegeben, dass die Änderung der Position im Ruhezustand den halben Winkel der physischen Detektionsabschnitte S₁-S₄, in diesem Fall also 45°, nicht überschreiten darf. Liegt die initiale Position P1_s im virtuellen Detektionsabschnitt VS1₃ (Position (B) in 6), lässt sich der Fehler somit nicht feststellen.
7 zeigt schematisch einen Messgeber 1 mit zwei Sätzen virtueller Detektionsabschnitte VS1₁-VS1₈ und VS2₁-VS2₈ mit einer Abschnittsgröße von 45°, d.h. mit halber Abschnittsgröße in Bezug auf die physischen Detektionsabschnitte S₁-S₄. Dargestellt sind wiederum lediglich die virtuellen Detektionsabschnitte VS1₁-VS1₈ und VS2₁-VS2₈ für eine vollständige Umdrehung. Den virtuellen Detektionsabschnitten VS1₁-VS1₈ des ersten Satzes ist jeweils ein Wertebereich des analogen Ausgangssignals von 0 mV bis 2500 mV bzw. von 2500 mV bis 5000 mV zugeordnet. Den virtuellen Detektionsabschnitten VS2₁-VS2₈ des zweiten Satzes ist jeweils ein Wertebereich des analogen Ausgangssignals von 1250 mV bis 3750 mV bzw. von 3750 mV bis 1250 mV zugeordnet. Zur Verdeutlichung der verschiedenen virtuellen Detektionsabschnitte VS1₁-VS1₈ und VS2₁-VS2₈ sind beispielhaft die virtuellen Detektionsabschnitte VS1₁ und VS2₂ hervorgehoben. Die virtuellen Detektionsabschnitte VS1₁-VS1₈ und VS2₁-VS2₈ sind gegeneinander um die halbe Abschnittsgröße verschoben, d.h. um 22,5°. Angenommen sei, dass die Abschaltposition P_a beim Abschalten des Winkelgebers in den virtuellen Detektionsabschnitten VS1₅ und VS2₄ und damit im Wertebereich des analogen Ausgangssignals von 0 mV bis 1250 mV liegt. Kommt es nun im Ruhezustand zu einer Änderung der Position, sodass die initialen Positionen P1_s, P2_s beim Wiedereinschalten des Winkelgebers in den virtuellen Detektionsabschnitten VS1₄ und VS2₄ und damit im Wertebereich 3750 mV bis 5000 mV liegen (Position (A) in 7), resultiert daraus ein fehlerhafter Initialisierungswinkel. Allerdings lässt sich der Fehler in diesem Fall feststellen und auch automatisch korrigieren. Liegen die initialen Positionen P1_s, P2_s in den virtuellen Detektionsabschnitten VS1₄ und VS2₃ und damit im Wertebereich 2500 mV bis 3750 mV (Position (B) in 7), so lässt sich der Fehler zumindest noch feststellen. Eine automatische Korrektur ist aber nicht ohne weiteres möglich, da die initialen Positionen P1'_s, P2'_s auch in den virtuellen Detektionsabschnitten VS1₆ und VS2₅ liegen könnten (Position (B*) in 7). Es muss daher eine manuelle Korrektur durchgeführt werden. Liegen die initialen Positionen P1_s, P2_s in den virtuellen Detektionsabschnitten VS1₃ und VS2₃ und damit im Wertebereich 1250 mV bis 2500 mV (Position (C) in 7), so lässt sich der Fehler nicht feststellen.
Bezugszeichenliste

1: Messgeber
10: Initialisieren des Messgebers
11: Erfassen einer Messgröße
12: Ermitteln von Identifikatoren zugehöriger virtueller Detektionsabschnitte
13: Speichern der ermittelten Identifikatoren
14: Korrigieren der Startposition
15: Veranlassen einer Korrektur
20: Vorrichtung
21: Eingang
22: Initialisierungseinheit
23: Signalverarbeitungseinheit
24: Recheneinheit
25: Speichereinheit
26: Kontrolleinheit
27: Speicher
28: Ausgang
29: Benutzerschnittstelle
30: Vorrichtung
31: Speicher
32: Prozessor
33: Eingang
34: Ausgang
40: Maschine
41: Stelleinrichtung
32: Infotainment-System
43: Anzeigevorrichtung
44: Assistenzsystem
45: Umgebungssensorik
46: Datenübertragungseinheit
47: Speicher
48: Netzwerk
IP1, IP2: Gespeicherter Identifikator
Mi: Messgröße
P1i, P2i: Identifikator
P1s, P2s: Initiale Position
P1's, P2's Pa: Abschaltposition
Si: Physischer Detektionsabschnitt
VS1i, VS2i: Virtueller Detektionsabschnitt

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Messgebers (1) für eine Dreh- oder Linearbewegung, wobei der Messgeber eine Anzahl physischer Detektionsabschnitte (S_i) aufweist, mit den Schritten: - Initialisieren (10) des Messgebers (1) zumindest mit einem gespeicherten Identifikator (IP1, IP2) eines virtuellen Detektionsabschnitts (VS1_i, VS2_i); - Erfassen (11) einer Messgröße (M_i) eines physischen Detektionsabschnitts (S_i); - Ermitteln (12) zumindest eines Identifikators (P1_i, P2_i) eines zugehörigen virtuellen Detektionsabschnitts (VS1_i, VS2_i) aus der erfassten Messgröße (M_i); und - Speichern (13) des zumindest einen ermittelten Identifikators (P1_i, P2_i).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Speichern (13) des zumindest einen ermittelten Identifikators (P1_i, P2_i) im Ansprechen auf eine Änderung des zumindest einen ermittelten Identifikators (P1_i, P2_i) erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Messgeber (1) einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte (VS1_i) verwendet, wobei die Anzahl der zum ersten Satz gehörigen virtuellen Detektionsabschnitte (VS1_i) gleich oder größer der Anzahl der physischen Detektionsabschnitte (S_i) ist, und wobei der aus der erfassten Messgröße (M_i) ermittelter Identifikator (P1_i) angibt, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt (VS1j) des ersten Satzes eine aktuelle Messposition liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Abschnittsgröße der virtuellen Detektionsabschnitte (VS1_i, VS2_i) halb so groß ist wie die Abschnittsgröße der physischen Detektionsabschnitte (S_i).
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Messgeber (1) einen ersten Satz virtueller Detektionsabschnitte (VS1_i) verwendet, deren Abschnittsgröße gleich der Abschnittsgröße der physischen Detektionsabschnitte (S_i) ist und die um die halbe Abschnittsgröße gegenüber den physischen Detektionsabschnitten (S_i) verschoben sind, wobei ein erster aus der erfassten Messgröße (M_i) ermittelter Identifikator (P1_i) angibt, in welchem virtuellen Detektionsabschnitt (VS1_i) eine aktuelle Messposition liegt, und wobei ein zweiter aus der erfassten Messgröße (M_i) ermittelter Identifikator (P2_i) angibt, in welchem physischen Detektionsabschnitt (S_i) die aktuelle Messposition liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Winkelgeber (1) zwei Sätze virtueller Detektionsabschnitte (VS1_i, VS2_i) mit gleicher Abschnittsgröße verwendet, die um die halbe Abschnittsgröße gegeneinander verschoben sind, wobei die aus der erfassten Messgröße (M_i) ermittelten Identifikatoren (P1_i, P2_i) angeben, in welchen virtuellen Detektionsabschnitten (VS1_i, VS2_i) der zwei Sätze eine aktuelle Messposition liegt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Ansprechen auf eine Abweichung zwischen dem beim Initialisieren (10) des Messgebers (1) verwendeten zumindest einen gespeicherten Identifikators (IP1, IP2) und zumindest eines Identifikators (P1_i, P2_i) für eine Startposition (P1_s, P2_s), die aus einer erfassten initialen Messgröße (M_s) ermittelt wird, eine Korrektur der zumindest einen Startposition (P1_s, P2_s) vorgenommen wird (14) oder eine Aufforderung zu einer Korrektur veranlasst wird (15).
Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Betreiben eines Messgebers (1) für eine Dreh- oder Linearbewegung veranlassen.
Vorrichtung (20) zum Betreiben eines Messgebers (1) für eine Dreh- oder Linearbewegung, wobei der Messgeber eine Anzahl physischer Detektionsabschnitte (S_i) aufweist, mit: - einer Initialisierungseinheit (22) zum Initialisieren (10) des Messgebers (1) mit zumindest einem gespeicherten Identifikator (IP1, IP2) eines virtuellen Detektionsabschnitts (VS1;, VS2_i). - einer Signalverarbeitungseinheit (23) zum Erfassen (11) einer Messgröße (M_i) eines physischen Detektionsabschnitts (S_i); - einer Recheneinheit (24) zum Ermitteln (12) zumindest eines Identifikators (P1_i, P2_i) eines zugehörigen virtuellen Detektionsabschnitts (VS1_i, VS2_i) aus der erfassten Messgröße (M_i); und - einer Speichereinheit (25) zum Speichern (13) des zumindest einen ermittelten Identifikators (P1_i, P2_i).
Maschine (40), dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (40) eine Vorrichtung (20) gemäß Anspruch 9 aufweist oder eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Betreiben eines Messgebers (1) für eine Dreh- oder Linearbewegung auszuführen.