DE10260244A1 - Method of measuring time for electronic control devices for controlling components of vehicles, e. g. engine and gear control, whereby the length of the time interval is calculated taking into account a correction parameter - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zeitmessung in einem elektronischen Gerät, wobei durch Auswertemittel anhand der Anzahl von Schwingungen eines Oszillators während eines zu ermittelnden Zeitintervalls die Länge des Zeitintervalls berechnet wird, der Oszillator auf einer ersten Frequenzstabilitätsstufe arbeitet, und wobei in dem elektronischen Gerät weiter eine Taktgebereinheit vorgesehen ist, die auf einer zweiten Frequenzstabilitätsstufe arbeitet, welche genauer ist als die erste Frequenzstabilitätsstufe.The invention relates to a Method for measuring time in an electronic device, wherein by evaluation means based on the number of oscillations of an oscillator while of a time interval to be determined, the length of the time interval is calculated the oscillator at a first frequency stability level works, and wherein a clock unit is further provided in the electronic device which operates at a second frequency stability level, which is more precise is as the first frequency stability level.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein elektronisches Gerät mit einem Oszillator, der auf einer ersten Frequenzstabilitätsstufe arbeitet, und mit einer Taktgebereinheit, die auf einer zweiten Frequenzstabilitätsstufe arbeitet, welche genauer ist als die erste Frequenzstabilitätsstufe, sowie mit Auswertemitteln zur Berechnung der Länge eines Zeitintervalls auf Grundlage der Anzahl der während des zu ermittelnden Zeitintervalls erfolgten Schwingungen des Oszillators.The invention further relates on an electronic device with an oscillator at a first frequency stability level works, and with a clock unit on a second Frequency stability level works, which is more precise than the first frequency stability level, and with evaluation means for calculating the length of a time interval Based on the number of during the oscillation of the oscillator to be determined.
Derartige Verfahren bzw. derartige elektronische Geräte sind beispielsweise aus dem Kraftfahrzeugbau bekannt. Dort werden zunehmend sog. Steuergeräte zur komplexen Ansteuerung von Fahrzeugkomponenten, wie etwa zur Motor- oder Getriebesteuerung, eingesetzt. Allerdings ist der Einsatz von Steuergeräten nicht auf diese Anwendungen und die vorliegende Erfindung nicht auf Steuergeräte beschränkt.Such methods or such electronic equipment are known for example from motor vehicle construction. There will be increasingly so-called control devices for complex control of vehicle components such as Engine or transmission control. However, the use of ECUs not to these applications and the present invention on control units limited.
Viele elektronische Geräte, insbesondere manche Steuergeräte, benötigen für ihren Betrieb die genaue Messung längerer Zeitintervalle. Beispielsweise gibt es Steuergeräte zur Motor- oder Getriebesteuerung von Kraftfahrzeugen, die beim Start die Information benötigen, wie lange der Motor zuvor ausge schaltet war. Dies ist nur eines von vielen Beispielen aus den unterschiedlichsten Anwendungsfeldern, in denen die genaue Messung längerer Zeitintervalle erforderlich ist.Many electronic devices, especially some Control devices, need for her Operation the exact measurement longer Time intervals. For example, there are control units for engine or transmission control of motor vehicles that need the information when starting, such as as long as the engine was switched off beforehand. This is just one of them many examples from the most diverse fields of application, in which the exact measurement longer Time intervals are required.
Es sind Anwendungen bekannt, bei denen das Steuergerät beim Abschalten sowie beim Neustart den Status einer zentralen Uhr abfragt und aus der Zeitdifferenz die Intervalllänge ermittelt. Dies ist jedoch gerade in modularen Systemen nachteilig, in denen jedes Steuergerät auch unabhängig von der konkreten Umgebung arbeiten können soll. Es wird daher vielfach für jedes Steuergerät eine eigene Uhr vorgesehen.Applications are known for which the control unit the status of a central clock when switching off and restarting queries and determines the interval length from the time difference. However, this is disadvantageous especially in modular systems in which each control unit is also independent of should be able to work in the specific environment. It therefore becomes multiple for each control unit provided its own watch.
Ein wesentliches Kriterium ist neben der erforderlichen Genauigkeit der Uhr ihr Energieverbrauch. Dies gilt insbesondere für Systeme, in denen lange Intervalle gemessen werden sollen, während derer das System außer Betrieb ist, also nur in sehr geringem Maße mit externer Energie, z. B. über die Batterie eines Kraftfahrzeugs anstatt, wie im Betriebsfall, über dessen Lichtmaschine, versorgt werden kann. Daher wird als Uhr eine besondere Elektronik mit möglichst geringer Stromaufnahme gewünscht.An essential criterion is beside the required accuracy of the watch its energy consumption. This applies in particular to Systems in which long intervals are to be measured during which the system except Operation is, so only to a very small extent with external energy, e.g. B. about the battery of a motor vehicle instead of, as in the operating case, on its Alternator, can be supplied. Therefore, as a watch, it becomes a special one Electronics with as much as possible low power consumption desired.
Oft werden dafür Oszillatoren eingesetzt, deren Schwingungen während des zu ermittelnden Zeitintervalls von einer nachfolgenden Auswerteeinheit gezählt und mit der bekannten Frequenz bzw. Schwingungsperiode des Oszillators in die gewünschte Intervalllänge umgerechnet werden. Als Oszillatoren können z. B. Schwingkreise, insbesondere sog. RC-Glieder, oder Oszillatoren auf Quarz- oder Resonatorbasis verwendet werden. Im Gegensatz zu Quarzen und Resonatoren sind einfache RC-Schwingkreise vergleichsweise kostengünstig. Allerdings sind sie in der Regel wesentlich ungenauer als diese, d. h. sie arbeiten auf einer ungenaueren Frequenzstabilitätsstufe. In der Kraftfahrzeugindustrie sind jedoch, insbesondere für Steuergeräte, große Genauigkeiten bei gleichzeitig niedrigen Kosten erwünscht. Zwar sind in allen Steuergeräten Mikrocontroller mit hochgenauer Zeitbasis vorgesehen, diese sind je doch mit anderen Aufgaben ausgelastet oder wegen ihrer hohen Stromaufnahme nicht dauerhaft eingeschaltet und zu teuer als dass ein zusätzliches solches Gerät allein für Zeitintervall-Messungen vorgesehen werden könnte.Oscillators are often used for this, their vibrations during of the time interval to be determined is counted by a subsequent evaluation unit and with the known frequency or oscillation period of the oscillator in the desired one interval length can be converted. As oscillators z. B. resonant circuits, in particular so-called RC elements, or oscillators based on quartz or resonator be used. In contrast to quartz crystals and resonators, simple RC resonant circuits are comparative inexpensive. Indeed are they usually much less precise than this, i. H. she work at an inaccurate frequency stability level. In the automotive industry are, however, especially for Control devices, size Accuracies at low costs are desirable. Though are in all control units Microcontrollers with a highly accurate time base are provided, these are but are busy with other tasks or because of their high power consumption not switched on permanently and too expensive than that an additional one such device alone for Time interval measurements are provided could be.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein elektronisches Gerät zur Verfügung zu stellen, durch die die genannten Probleme des Standes der Technik überwunden werden, wobei insbesondere eine kostengünstige und gleichzeitig genaue Zeitmessung erreicht werden soll.It is the task of the present Invention, method and electronic device available by which the aforementioned problems of the prior art are overcome be, in particular an inexpensive and at the same time accurate Time measurement should be achieved.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This task comes with the characteristics the independent Expectations solved. Advantageous embodiments of the present invention are set out in the dependent claims.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass zu einem oder mehreren Zeitpunkten ein Vergleich der Frequenzen des Oszillators und der Taktgebereinheit erfolgt, anhand des Vergleichsergebnisses eine Korrekturgröße ermittelt und eine um die Korrekturgröße korrigierte Länge des Zeitintervalls berechnet wird.The invention is based on the generic method by making a comparison at one or more times the frequencies of the oscillator and the clock generator unit, a correction variable is determined on the basis of the comparison result and a length of the corrected by the correction quantity Time interval is calculated.
Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass, wie bereits erwähnt, in jedem Steuergerät eine genaue Taktgebereinheit, z. B. als Schwingquarz eines Mikrocontrollers, vorhanden ist, die aber nicht ständig für die Zeitintervallmessung zur Verfügung steht, etwa, weil sie zeitweise abgeschaltet oder für andere Aufgaben benötigt wird. Zeitweise kann sie jedoch auch für diese Aufgabe genutzt werden. Während dieser im Vergleich zu dem zu ermittelnden Zeitintervall kurzen Zeitdauern findet erfindungsgemäß eine Selbstkalibrierung des kostengünstigen, aber zu ungenauen Oszillators statt. Diese Kalibrierung erfolgt derart, dass durch einen Frequenzvergleich der Oszillator- mit der Taktgeberfrequenz die tatsächliche Oszillatorfrequenz bzw. ihre Abweichung von ihrer Nominalfrequenz, die ggf. der Auswerteeinheit bekannt ist, ermittelt und in Form einer Korrekturgröße festgelegt wird. Mit Hilfe dieser Kor rekturgröße ist es dann für die Auswerteeinheit möglich, anhand der Anzahl der Oszillatorschwingungen während des zu ermittelnden Zeitintervalls dessen tatsächliche Länge wenigstens in guter Näherung zu berechnen. Dabei ist grundsätzlich ohne Bedeutung, ob die Anzahl der Oszillatorschwingungen während des zu ermittelnden Zeitintervalls mittels der Korrekturgröße korrigiert werden oder zunächst aus der unkorrigierten Anzahl eine scheinbare Intervalllänge berechnet wird, die anschließend mittels der Korrekturgröße korrigiert wird.This is based on the consideration that, as already mentioned, an exact clock unit, for. B. is present as a quartz crystal of a microcontroller, but is not always available for the time interval measurement, for example, because it is temporarily switched off or needed for other tasks. At times, however, it can also be used for this task. During this short period of time in comparison to the time interval to be determined, the low-cost but too imprecise oscillator is self-calibrated according to the invention. This calibration is carried out in such a way that the actual oscillator frequency or its deviation from its nominal frequency, which may be known to the evaluation unit, is determined by a frequency comparison of the oscillator frequency with the clock generator frequency and is determined in the form of a correction variable. With the help of this correction size it is then it is possible for the evaluation unit to calculate, based on the number of oscillator oscillations during the time interval to be determined, its actual length at least to a good approximation. It is basically irrelevant whether the number of oscillator oscillations during the time interval to be determined is corrected using the correction variable or whether an apparent interval length is first calculated from the uncorrected number, which is then corrected using the correction variable.
Auf diese Weise ist es möglich, für die Zeitintervall-Messung einen kostengünstigen Oszillator mit geringer Stromaufnahme zu verwenden ohne die Ungenauigkeit in Kauf nehmen zu müssen, die Verfahren nach dem Stand der Technik prägt.In this way it is possible for the time interval measurement an inexpensive Low power consumption oscillator to use without the inaccuracy to have to put up with characterizes the processes according to the prior art.
Der Oszillator ist vorzugsweise ein Schwingkreis, der ein RC-Element umfasst. Eine solche Vorrichtung hat sich im Hinblick auf die Kosten und die Stromaufnahme als besonders günstig erwiesen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Oszillatoren einsetzbar.The oscillator is preferably a Resonant circuit which is an RC element includes. Such a device has changed in terms of cost and the power consumption proved to be particularly favorable. Of course however, other oscillators can also be used.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Taktgebereinheit eine Quarz- oder Keramik-Schwingeinheit eines Mikrocontrollers, vorzugsweise eines Mikrocontrollers, der ohnehin aufgrund anderer Aufgaben in dem elektronischen Gerät vorhanden ist und zumindest gelegentlich zu einem Frequenzvergleich mit dem Oszillator herangezogen werden kann.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention the clock unit is a quartz or ceramic vibration unit of a microcontroller, preferably a microcontroller, which is due to others anyway Tasks exist in the electronic device and at least occasionally used for a frequency comparison with the oscillator can be.
Obwohl es eine Reihe von Möglichkeiten der Einführung einer Korrekturgröße gibt, wird bevorzugt, dass die Korrekturgröße ein Korrekturfaktor ist. Dieser lässt sich nämlich einfach aus einem Quotienten der im Rahmen des Vergleichs der gemessenen Frequenzen bzw. Perioden berechnen und vereinfacht die Korrektur der ermittelten Intervalllänge auf eine einfache Multiplikation.Although there are a number of ways the introduction a correction quantity, it is preferred that the correction quantity is a correction factor. This leaves namely simply from a quotient of the measured comparison Calculate frequencies or periods and simplify the correction the determined interval length to a simple multiplication.
Auch für das Verfahren zur Ermittlung der Korrekturgröße stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In vielen Fällen kann es ausreichend sein, hierzu einen einzigen Frequenzvergleich durchzuführen. Dieses Verfahren bietet sich an, wenn der Oszillator, sobald er eingeschwungen ist, seine Frequenz vergleichsweise stabil hält, diese aber z. B. eine Abhängigkeit von äußeren Bedingungen zum Einschwingzeitpunkt zeigt. Auch ist dieses Verfahren geeignet, wenn etwa die Abschaltzeit eines Motors gemessen werden soll, der Taktgeber mit seiner Referenzfrequenz aber während dieses gesamten Intervalls ausgeschaltet ist und erst bei einem Neustart, d. h. am Ende des Intervalls wieder zugeschaltet wird. Steht andererseits der Taktgeber mit seiner Referenzfrequenz mehrfach während des zu ermittelnden Zeitintervalls zur Verfügung, kann bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Korrekturgröße ein Mittelwert aus mehreren Korrektur-Hilfsgrößen ist, die auf Basis von zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgten Frequenzvergleichen ermittelt wurden. Unter „Mittelwertbildung" ist hier nicht nur das arithmetische Mittel zu verstehen, sondern jede geeignete und der jeweiligen Situation angemessene Zusammenfassung mehrerer Hilfsgrößen zu einer Korrekturgröße, z. B. gewichtete Mittelwertbildung. Selbstverständlich bietet sich auch die Möglichkeit an, mehrere korrigierte Teilintervalle zu berechnen und abschließend aufzuaddieren.Also for the determination procedure the correction size different ways to Available. In many cases it may be sufficient to do a single frequency comparison perform. This procedure is useful when the oscillator, as soon as it has settled, its frequency is comparatively stable, this but e.g. B. a dependency of external conditions shows at the settling time. This method is also suitable if, for example, the switch-off time of an engine is to be measured, the Clock generator with its reference frequency but during this entire interval is switched off and only after a restart, d. H. at the end of Intervals is switched on again. On the other hand is the clock with its reference frequency several times during the time interval to be determined to disposal, can be provided in a development of the method according to the invention, that the correction quantity is an average is made up of several correction auxiliary variables, based on frequency comparisons made at different times were determined. "Averaging" is not just here to understand the arithmetic mean, but any appropriate and appropriate combination of several auxiliary variables into one for each situation Correction quantity, e.g. B. weighted Averaging calculation. Of course there is also the possibility to calculate several corrected subintervals and then add them up.
Wie bereits erwähnt ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet zum Einsatz in einem Steuergerät zur Ansteuerung einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motors oder Getriebes und eignet sich weiter besonders gut zur Messung derjenigen Zeit, die die von dem Steuergerät angesteuerte Kraftfahrzeugkomponente vor einem Neustart ausgeschaltet war.As already mentioned, the method according to the invention is Particularly suitable for use in a control device for control a component of a motor vehicle, in particular an engine or Transmission and is particularly well suited for measuring those Time taken by the control unit controlled motor vehicle component switched off before a restart was.
Die Erfindung baut auf einem gattungsgemäßen elektronischen Gerät dadurch auf, dass die Auswertemittel Vergleichsmittel umfassen, die in der Lage sind, einen Vergleich der Frequen zen der Taktgebereinheit und des Oszillators durchzuführen, Berechnungsmittel zur Berechnung einer Korrekturgröße aus dem Vergleichsergebnis sowie Korrekturmittel zur Berechnung einer um die Korrekturgröße korrigierten Länge des Zeitintervalls. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht die Anwendung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention is based on a generic electronic Device thereby on that the evaluation means include comparison means that are capable are a comparison of the frequencies of the clock generator unit and Perform oscillator, Calculation means for calculating a correction quantity from the Comparison result and correction means for calculating an order corrected the correction quantity Length of Time interval. Such a configuration enables the use of the above described inventive method.
Wie bereits erwähnt, ist es im Hinblick auf Kosten und Stromaufnahme besonders günstig, wenn der Oszillator ein Schwingkreis ist, der ein RC-Element umfasst.As mentioned earlier, it is in terms of cost and power consumption particularly favorable if the oscillator is a resonant circuit that includes an RC element.
Weiter ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Taktgebereinheit eine Quarz- oder Keramik-Schwingeinheit eines Mikrocontrollers ist.Next is a preferred one embodiment provided that the clock generator unit is a quartz or ceramic oscillating unit Microcontroller.
Vorteilhafterweise ist auch vorgesehen, dass die Auswertemittel einen Mikrocontroller umfassen. Dies ermöglicht eine leichte Programmierbarkeit des Korrekturverfahrens, das auch komplexere Berechnungen, z. B. Mittelwertbildungen umfassen kann. Der Mikrocontroller der Auswertemittel kann dabei so ausgeführt sein, dass er bei geringer eigener Stromaufnahme ständig in Betrieb ist oder aber nur zum Frequenzvergleich und/oder zur Korrekturberechnung zugeschaltet wird und dann Werte aus vorgeschalteten, einfachen und stromsparenden Zählereinheiten übernimmt.It is also advantageously provided that the evaluation means comprise a microcontroller. This enables one easy programming of the correction process, which is also more complex Calculations, e.g. B. may include averaging. The microcontroller the evaluation means can be designed so that it is less own power consumption constantly is in operation or only for frequency comparison and / or Correction calculation is switched on and then values from upstream, simple and energy-saving meter units.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Korrekturgröße ein Korrekturfaktor ist, so dass die Korrektur als einfache Multiplikation durchführbar ist.It is preferably provided that the Correction quantity is a correction factor is so that the correction can be carried out as a simple multiplication.
Das erfindungsgemäße Gerät kann vorteilhafterweise so ausgestaltet sein, dass die Korrekturgröße ein Wert ist, der über zumindest einen Frequenzvergleich bestimmt wird, insbesondere ein Mittelwert aus mehreren Korrektur-Hilfsgrößen, die auf Basis von zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgten Frequenzvergleichen ermittelt wurden.The device according to the invention can advantageously do so be configured such that the correction quantity is a value which is at least a frequency comparison is determined, in particular an average from several correction auxiliary variables, the based on frequency comparisons made at different times were determined.
Schließlich lässt sich die Erfindung besonders vorteilhaft einsetzen, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Gerät um ein Steuergerät zur Ansteuerung einer Komponente eines Kraftfahrzeugs handelt.Finally, the invention can be used particularly advantageously when it is in the electronic device according to the invention is a control device for controlling a component of a motor vehicle.
Hinsichtlich des vorzugsweise ein RC-Element umfassenden Oszillators kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise ein vergleichsweise kostengünstiger RC-Oszillator in Verbindung mit einem digitalen Baustein (beispielsweise dem Timerbaustein 555) zum Einsatz kommen. Bei derartigen Timern wird ein Kondensator über einen Widerstand aufgeladen und entladen. Daraus ergibt sich eine exponentielle Auflade- und Entladekurve. Beim Erreichen einer Schwelle schaltet der Baustein einen Ausgang in den jeweils anderen Zustand (HIGH oder LOW), so dass sich am Ausgang eine Rechteckspannung ergibt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von derartigen RC-Oszillatoren beschränkt, sondern es können beispielsweise auch klassische Schwingkreise mit Kondensator und Induktivität verwendet werden.Regarding the preferably one RC element comprising oscillator can be used in all embodiments the invention, for example, a relatively inexpensive RC oscillator in connection with a digital component (e.g. the Timer block 555) are used. With such timers a capacitor over charged and discharged a resistor. This results in one exponential charging and Discharge curve. The block switches on when a threshold is reached Output in the other state (HIGH or LOW), so that there is a square wave voltage at the output. The invention is however, not limited to the use of such RC oscillators, but it can For example, classic resonant circuits with capacitors and inductors are also used become.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention will now be referenced to the accompanying drawing based on a preferred embodiment exemplified.
Es zeigt:It shows:
Die einzige
In dem gestrichelten Oval
Erfolgt nun nach einer zu ermittelnden
Abschaltzeit ein Neustart des Steuergerätes bzw. der zugeordneten Kraftfahrzeugkomponente,
wird der Zählerstand
der Zähleinheit
Natürlich stellt das gezeigte Ausführungsbeispiel
lediglich eine exemplarische Illustration einer bevorzugten Ausführungsform
dar, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältig abwandelbar
ist. Insbesondere ist die Gestaltung des Oszillators
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the description above, in the drawings and in the claims disclosed features of Invention can both individually and in any combination for the realization the invention be essential.
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DE2002160244 Withdrawn DE10260244A1 (en) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | Method of measuring time for electronic control devices for controlling components of vehicles, e. g. engine and gear control, whereby the length of the time interval is calculated taking into account a correction parameter |
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