DE10339405B3

DE10339405B3 - Verfahren zum Erstellen einer Sensorkennlinie

Info

Publication number: DE10339405B3
Application number: DE10339405A
Authority: DE
Inventors: Harald Kerkmann
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-28

Abstract

In der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erstellen einer Sensorkennlinie mit begrenzter Stützstellenanzahl für Stelleinheiten elektromechanischer Komponenten mit integrierter Lageregelelektronik in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Durch Bestimmen einer begrenzten Anzahl von Stützstellen, welche mit Hilfe einer Fehlerquadratsummenbildung gefunden werden, können hohe Stellgenauigkeiten von Stellelementen verwirklicht werden, ohne zu viel Speicherplatz der Lageregelelektronik zu verbrauchen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Sensorkennlinie mit begrenzter Stützstellenanzahl für Stelleinheiten elektromechanischer Komponenten mit integrierter Lageregelelektronik in einem Kraftfahrzeug.

Elektromechanische Komponenten in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Drall-, Tumble- oder Drosselklappen oder auch Ventile, beispielsweise AGR-Ventile, benötigen zur zuverlässigen Ansteuerung der gewünschten Stellungen durch die zumeist elektromotorische Stelleinheit Sensoren zur Lageregelung. Für diese Sensoren müssen Kennlinien erstellt werden, die in der Elektronik der Stelleinheit gespeichert werden, um den jeweiligen Ausgangswert des Sensors, zumeist eine erzeugte Spannung, einer vorhandenen Stellung der Komponente zuordnen zu können.

Diese Kennlinien zur Lageregelung elektromechanischer Komponenten können auf verschiedene Weise gewonnen werden. Bei den bisher zumeist zur Lageregelung verwendeten, nicht berührungslosen Winkelsensoren wie beispielsweise Potentiometern konnten diese Kennlinien durch eine lineare Verbindung zweier gespeicherter Endstützstellen erreicht werden, da Potentiometer in der Regel eine nährungsweise lineare Kennlinie aufweisen.

Neuere Sensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren weisen in aller Regel Linearitätsfehler auf, welche die Positioniergenauigkeit der angesteuerten Komponenten unzulässig stark einschränken. Zusätzlich wurden bei neueren Anwendungen in Verbrennungsmotoren wie beispielsweise zur Ansteuerung von Drall-, Tumble- oder Schaltklappen die Anforderungen an die Stellgenauigkeit ständig erhöht. Dementsprechend ist es nicht mehr ausreichend, eine Linearität dieser Kennlinie der Sensoren vorauszusetzen, so daß mit lediglich zwei Stützstellen gearbeitet werden könnte.

Daher ist es zur Erzeugung einer den Anforderungen entsprechenden Kennlinie notwendig, diese möglichst über den gesamten Stellbereich zu vermessen und abzuspeichern, so daß die Kennlinie im wesentlichen der tatsächlichen Kennlinie entspricht. Dies erfordert jedoch eine extrem hohe Anzahl an Stützstellen und somit an Speicherkapazität. In der Regel übersteigt diese benötigte Speicherkapazität jedoch den in einer Stelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehenden Speicherplatz deutlich.

Aus der DE 102 04 442 A1 ist des weiteren bekannt, Nichtlinearitäten eines Ausgangssignals eines elektrischen Bauelementes mittels eines Kennfeldes, welches über diskrete Stützstellen definiert ist, zu korrigieren. Dabei werden in Abhängigkeit von mindestens einem die Nichtlinearitäten des Ausgangssignals beeinflussenden Signals die benachbarten Stützstellen des Kennfeldes ermittelt. Zwischen diesen Stützstellen wird interpoliert und in Abhängigkeit von dem Signal ein entsprechendes Korrektursignal ermittelt. Mittels dieses Korrektursignals wird das Ausgangssignal des Bauelementes korrigiert. Der bei einem solchen Verfahren insgesamt benötigte Speicherplatz bleibt jedoch sehr hoch, da weiterhin eine hohe Stützstellenanzahl vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem eine Kennlinie erzeugt werden kann, welche eine begrenzte Stützstellenzahl aufweist, so daß der zur Verfügung stehende Speicherplatz beispielsweise der Elektronik von Stellelementen zur Verstellung von elektromechanischen Komponenten in Kraftfahr-, zeugen ausreicht. Dabei soll gleichzeitig eine möglichst hohe Genauigkeit der reduzierten Kennlinie und somit eine hohe Stellgenauigkeit des Stellelementes wie bei der tatsächlich gemessenen Kennlinie mit extrem hoher Stützstellenanzahl erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches folgende Schritte aufweist:

1. Messen einer Vergleichskennlinie mit großer Stützstellenanzahl i = 0 bis n eines Sensors und Speicherung der gemessenen Wertepaare (x_m,i, y_m,i) auf einem externen Speichermedium.
2. Bestimmen einer begrenzten Anzahl von Wertepaaren (x_red,j, y_red,j) als Stützstellen mit j = 0 bis p und p << n, wobei das erste Wertepaar (X_red,0, y_red,0) = (x_m,0,y_m,0) und das letzte Wertepaar (x_red,p, y_red,p) = (x_m,n, y_m,n) Stützstellen bilden und Bestimmen der übrigen Stützstellen (x_red,j, y_red,j) für j = 1 bis p – 1 aus den Messwerten (x_m,i, y_m,i) durch Aufteilung der Kennlinie in äquidistante Abschnitte, deren Anzahl durch die gewünschte Stützstellenanzahl p bestimmt wird, wobei die jeweiligen Anfangs- bzw. Endwertepaare eines jeden Abschnittes als Stützstellen dienen.
3. Die so gewonnenen Stützstellen (x_red,j, y_red,j) bilden die Ausgangsbasis der reduzierten Kennlinie.
4. Vergleich der reduzierten Kennlinie mit der Vergleichskennlinie, indem die Differenz jedes gemessenen Wertes y_m,i(x_m,i) vom zugehörigen Wert y_red,i(x_m,i) der reduzierten Kennlinie gebildet wird, wobei die zwischen den Stützstellen liegenden Werte der reduzierten Kennlinie durch lineare Interpolation berechnet werden und die resultierende Fehlerquadratsumme nach folgender Gleichung gebildet wird:
5. Variation der Stützstellen (x_red,j, y_red,j) bis die minimale Fehlerquadratsumme F(x,y) erreicht ist.
6. Speichern der ermittelten Stützstellen (x_red,j, y_red,j) und der resultierenden Sensorkennlinie in der Lageregelelektronik.

Mit einem solchen Verfahren wird der Fehler zwischen reduzierter Basiskennlinie und tatsächlich gemessener Vergleichskennlinie deutlich verringert, so daß mit einer begrenzten Stützstellenanzahl eine Kennlinie geschaffen wird, welche im wesentlichen der gemessenen Vergleichskennlinie entspricht, so daß der vorhandene Speicherplatz der Lageregelektronik ausreicht, um die reduzierte Kennlinie in der Elektronik einer Stelleinheit zu speichern und somit eine hohe Verstellgenauigkeit zu sichern.

Vorzugsweise erfolgt die Variation der Stützstellen (x_red,j, y_red,j) zur Minimierung der Fehlerquadratsumme nach folgenden Verfahrensschritten:

1. Die Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 der reduzierten Kennlinie wird testweise durch das links oder rechts in der gemessenen Kennlinie nächstliegende Meßwertepaar (x_m,i–1, y_m,i–1) oder (X_m,i+1, y_m,i+1) ersetzt.
2. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x,y).
3. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Meßwertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt und mit Schritt 6 fortgefahren; Bei Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das alte Stützstellenpaar (x_red,j, y_red,j) durch das an der anderen Seite in der gemessenen Kennlinie nächstliegende Meßwertepaar (x_m,i–1, y_m,i–1) oder (X_m,i+1, y_m,i+1) ersetzt.
4. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x,y).
5. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Meßwertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt; Bei erneuter Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das ursprüngliche Stützstellenpaar beibehalten.
6. Durchführen der Schritte 1 bis 5 der Reihe nach für j = 2 bis p – 1.
7. Wiederholen der Schritte 1 bis 6 bis die Fehlerquadratsumme F(x,y) minimiert ist oder eine bestimmte Anzahl an Schleifendurchläufen erfolgt ist.

Es erfolgt somit ein Verschieben der Stützstellenwertepaare entlang der x-Achse wodurch die Fehlerquadratsumme geändert wird und auf einfache Weise durch Auswahl der optimalen Stützstellenwertepaare minimiert werden kann.

In einer weiterführenden oder alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann eine weitere Anpassung und somit Optimierung der reduzierten Kennlinie an die tatsächlich gemessene Kennlinie durch folgende Schritte erfolgen:

1. Die Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 der reduzierten Kennlinie wird testweise durch ein Wertepaar (x_red,j, y_red,j + z) oder (x_red,j, y_red,j – z) ersetzt, wobei z eine abhängig von der Anwendung und den gemessenen Werten zu ermittelnder positiver Wert ist, mit der der Funktionswert des Wertepaares lediglich geringfügig nach oben oder unten verschoben wird.
2. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x, y).
3. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Wertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt und mit Schritt 6 fortgefahren; Bei Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das alte Stützstellenpaar (x_red,j, y_red,j) durch das andere darüber oder darunter liegende Meßwertepaar (x_red,j, y_red,j + z) oder (x_red,j, y_red,j – z) ersetzt.
4. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x, y).
5. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Meßwertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt; Bei erneuter Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das ursprüngliche Stützstellenpaar beibehalten.
6. Durchführen der Schritte 1 bis 5 der Reihe nach für j = 2 bis p – 1.
7. Wiederholen der Schritte 1 bis 6 bis die Fehlerquadratsumme F(x, y) minimiert ist oder eine bestimmte Anzahl an Schleifendurchläufen erfolgt ist.

Eine weitere Optimierung der entstehenden reduzierten Kennlinie kann erfolgen, indem auch bei Auftreten eines lokalen Fehlerquadratsummenminimums eine weitere Variation der Stützstellen (x_red,j, y_red,j) über den gesamten Bereich oder einen definierten Teilbereich zwischen den vorbestimmten Stützstellen erfolgt, indem bei einer in einem Schleifendurchlauf auftretenden Vergrößerung nach Variation einer der Stützstellen diese testweise weiter verschoben wird und die Stützstellen mit kleinster entsprechender Fehlerquadratsumme F(x, y) gespeichert werden. Auf diese Weise wird der Tatsache Rechnung getragen, daß nicht jedes lokale Fehlerquadratsummenminimum zwischen den ursprünglichen Stützstellen gleichzeitig das absolute Fehlerquadratsummenminimum des untersuchten Bereiches darstellt. Es wird somit eine absolute Optimierung der Kurve erreicht, welche nicht durch lokale Minima begrenzt wird.

Sollte kein besonderer Wert auf die Genauigkeit der Enden der Kennlinie gelegt werden, können die äußeren Stützstellen (x_red,0, y_red,0) und (x_red,p, y_red,p) in das Verfahren gemäß der Ansprüche 2 oder 3 mit einbezogen werden, wodurch unter Umständen eine weiter optimierte reduzierte Kennlinie entsteht.

Vorzugsweise wird ein solches Verfahren für einen Drosselklappenstutzen verwendet, welcher ein Stellelement mit einer Lageregelelektronik mit einem berührungslosen Sensor aufweist, wobei die zugehörige, in der Lageelektronik gespeicherte, Sensorkennlinie eine reduzierte Kennlinie ist, welche mehr als zwei Stützstellen aufweist. Insbesondere bei Drosselklappenstutzen ist es notwendig eine sehr genaue Einstellung vornehmen zu können, um dem Motor jeweils die optimale Luftmenge zur Verfügung stellen zu können, was durch die Verwendung einer nach dem beschriebenen Verfahren gewonnenen Kennlinie möglich ist.

Denkbar sind ebenfalls Anwendungen für Stellelemente aller beweglicher Klappen in Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Tumbleklappen, Schaltklappen oder Drallklappen oder auch zur Regelung und Steuerung der Hubhöhe beispielsweise von Abgasrückführventilen.

Eine auf beschriebene Weise hergestellte synthetische Kennlinie mit reduzierter Stützstellenanzahl gleicht in hohem Maße der gemessenen Vergleichskennlinie, so daß Anforderungen an die Stellgenauigkeit heutiger Stellelemente auch bei Verwendung von berührungslosen Sensoren zuverlässig erfüllt werden können.

Im folgenden wird anhand eines Beispiels mit Hilfe der beigefügten Figuren das Verfahren erklärt.
1 zeigt einen üblichen Regelkreis bei dem eine Sensorkennlinie verwendet wird.
2 zeigt beispielhaft eine Vergleichskennlinie mit 100 Stützstellen.
3 zeigt eine reduzierte Kennlinie zur Vergleichskennlinie gemäß 2 mit 10 Stützstellen.
Die Lageregelung eines Stellelementes und somit der mit dem Stellelement beispielsweise verbundenen Klappenwelle erfolgt entsprechend eines Regelkreises nach 1. Dabei erfolgt die Ansteuerung beispielsweise eines Elektromotors über einen Soll-Istwert-Vergleich der Klappenstellung. Der Sollwert entspricht dabei beispielsweise einem über die Motorsteuerung berechneten Signal, welches sich aus der Stellung eines Gaspedals ergibt. Entsprechend der Differenz zwischen Sollwert und Istwert wird von einem beliebig ausgeführten Regler, beispielsweise einem PID-Regler die Stelleinheit, also beispielsweise ein Elektromotor mit einer entsprechenden Spannung angesteuert. Aus der daraus resultierenden Lageänderung des Stellgliedes resultiert am Sensor, der beispielsweise ein Hall-Sensor sein kann, beispilesweise eine Spannungsänderung durch ein verändertes auf ihn einwirkendes magnetisches Feld, wobei die Spannungsänderung ein Maß für die Lageänderung des zu verstellenden Gliedes darstellt. Diese Beziehung zwischen Spannungsänderung und Lageänderung ist in einer zum Sensor zugehörigen digitalen Kennlinie abgespeichert, so dass die gemessenen Spannungswerte einer bestimmten Stellung des Stellgliedes zugeordnet werden können. Aus dieser Zuordnung ergibt sich der Ist-Wert der Lage des Stellgliedes, welcher wiederum, wie beschrieben mit dem Sollwert verglichen wird. Bei Gleichheit von Soll- und Ist-Wert findet keine weitere Verstellung statt.
Da wie bereits in der Beschreibungseinleitung aufgezeigt, die zu speichernde Kennlinie nicht der tatsächlichen Kennlinie entspricht, da nicht ausreichend Speicherplatz zur Verfügung steht, wird mit reduzierten Kennlinien gearbeitet, welche nur eine begrenzte Stützstellenanzahl aufweisen dürfen.
In 2 ist eine gemessene Kennlinie eines Sensors dargestellt, wobei beispielsweise die x-Werte einer Spannungsänderung entsprechen könnten und die y-Werte einem Stellwinkel einer Klappenwelle. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Kennlinie erstellt, die 100 entsprechende Meßwertepaare (y_m,i, x_m,i) für i = 0 bis 99 beinhaltet und somit beispielsweise bei einem 90°-Steller in 0,9 Grad Schritten erstellt wurde, was auch bei heutigen Anforderungen einer sehr guten Auflösung entspricht.
In 3 ist zu der in 2 dargestellten als Vergleichskurve dienenden Kennlinie eine reduzierte Kennlinie dargestellt, welche lediglich 11 Stützstellen (x_red,j, y_red,j) mit j = 0 bis 10 aufweist, wobei benachbarte Stützstellen jeweils linear miteinander verbunden sind. Es ist deutlich zu erkennen, daß entsprechende Abweichungen vorliegen, welche die derzeit geforderten Toleranzen an die Messgenauigkeit übersteigt. Entsprechend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Minimierung einer berechneten Fehlerquadratsumme eingesetzt. Am Beispiel der 2 und 3 wird dieses Verfahren im folgenden noch beschrieben:
Zunächst wird eine Vergleichskennlinie durch Vermessung erstellt, deren Stützstellenanzahl möglichst groß ist, im vorliegenden Beispiel 100. Es entstehen so jeweils Meßwertepaare (x_m,i, y_m,i) die diese Kurve festlegen und auf einem externen Speichermedium abgespeichert werden. Zur Erstellung einer daraus resultierenden reduzierten Kennlinie wird das Anfangswertepaar der gemessenen Vergleichskennlinie (x_m,0, y_m,0) sowie das Endwertepaar (x_m,99, y_m,99) als Grenzwertepaare (x_red,0, y_red,0) (x_red,10, y_red,10) für die reduzierte Kennlinie übernommen und der dazwischen liegende Bereich der Kurve in in x-Richtung möglichst gleich große Abschnitte, im vorliegenden Beispiel 10, unterteilt. Hieraus resultieren nun 9 weitere Wertepaare (x_red,j, y_red,j) mit j = 1 bis 9, welche als Stützstellen dienen, wobei wiederum jedes Wertepaar linear mit den benachbarten Wertepaaren verbunden wird. So ergibt sich im vorliegenden Beispiel, dass das Wertepaar (x_m,60, y_m,60) der Vergleichskennlinie dem Wertepaar (x_red6, y_red6) der reduzierten Kennlinie entspricht, wobei y_red6 = y_m60 und x_red6 = x_m60 ist. Eine Abweichung der Kennlinien ergibt sich aufgrund der Interpolation der reduzierten Kennlinie zwischen den Stützstellen.
Zur Optimierung der reduzierten Kennlinie wird die Lage der Stützstellen nach einem Verfahren zur Minimierung der Summe der Fehlerquadrate optimiert. Dazu werden nun die einzelnen Wertepaare (x_m,i, y_m,i) der Vergleichskennlinie mit der reduzierten Kennlinie verglichen. Dies bedeutet, dass zu jedem gemessenen Wert x_m,i für i = 0 bis 99 der zugehörige y-Wert der reduzierten Kurve mit dem zugehörigen y-Wert der Vergleichskurve durch Differenzbildung verglichen wird. Nach Bilden dieser Differenz wird daraus eine Fehlerquadratsumme über alle im vorliegenden Beispiel 100 Messwertepaare gebildet. Es ergibt sich folgende Gleichung:
In einem darauffolgenden Schritt wird zunächst die erste Stützstelle entlang der x-Achse probehalber um einen Wert beispielsweise nach links verschoben. Dies bedeutet, daß im vorliegenden Beispiel das Wertepaar (x_red,1, y_red,1), welches bisher identisch mit dem Messwert (x_m,10, y_m,10) War, nun dahingehend geändert wird, daß dieser Stützstelle (x_red,1, y_red,1) die Meßstelle (x_m,9, y_m,9) zugeordnet wird. Nachdem dies erfolgt ist, wird erneut die Fehlerquadratsumme entlang des veränderten Teils der Kurve und so indirekt mit den bereits bekannten Werten über die gesamte Kurve gebildet. Bei Verkleinerung der Fehlerquadratsumme wird zunächst dieser Wert als neue Stützstelle gespeichert. Sollte beim Verschieben der Stützstelle (x_red,1, y_red,1) nach links keine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme erfolgen, so wird die entsprechende Stützstelle (x_red,1, y_red,1) beispielsweise zum Wert (x_m11, y_m11) also nach rechts verschoben. Tritt auch hier keine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme auf, so wird die alte Stützstelle beibehalten, tritt hingegen eine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme ein wird das Wertepaar (x_m11, y_m11) als neue Stützstelle (x_red,1, y_red,1) eingesetzt.
Nun wird der Reihe nach mit den weiteren 8 Stützstellen ebenso verfahren. Hat so eine erste Optimierung der Fehlerquadratsumme stattgefunden wird diese Prozedur erneut durchlaufen. Wurde beispielsweise das Wertepaar (x_m,9, y_m,9) als neue Stützstelle eingesetzt wird diese im folgenden Schritt durch den Messwert (x_m8, y_m8) ersetzt, also weiter nach links verschoben. Daraufhin wird erneut die Fehlerquadratsumme gebildet und das im Vorabschnitt beschriebene Verfahren für die im ersten Schleifendurchlauf gewonnenen Stützstellen wiederholt. Dies geschieht so lange bis ein Minimum erreicht ist, also während eines Schleifendurchlaufes keine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme mehr auftritt oder eine bestimmte Anzahl an Schleifendurchläufen erfolgt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Minimierung der Fehlerquadratsumme erfolgen, indem für die bezüglich der x-Achse festgelegten Stützstellen die zugehörigen y-Werte geringfügig vergrößert (x_red,j, y_red,j+ z) beziehungsweise verkleinert (x_red,j, y_red,j – z) werden, im vorliegenden Fall beispielsweise um z = 0,1° je Schritt. Dies führt zwar dazu, daß die entsprechende Stützstelle nicht mehr exakt dem bei der Vergleichskennlinie gemessenen Wert entspricht, kann jedoch andererseits bezüglich der sich daraus auch verändernden Zwischenwerte zu einer weiteren Minimierung der Fehlerquadratsumme führen. Das Verfahren verläuft im wesentlichen identisch zu dem vorher beschriebenen Verfahren ab. Hier wird zunächst der y-Wert um eine bestimmte Größe z beispielsweise reduziert und die Fehlerquadratsumme berechnet. Bei Verkleinerung der Fehlerquadratsumme wird wiederum dieser Wert (x_red,1, y_red,1 – z) als neue Stützstelle gespeichert. Sollte beim Verschieben der Stützstelle (x_red,1, y_red,1) nach unten keine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme erfolgen, so wird die entsprechende Stützstelle (x_red,1, y_red,1) um den Wert z nach oben verschoben. Tritt auch hier keine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme auf, so wird die alte Stützstelle beibehalten, tritt hingegen eine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme ein wird das Wertepaar (x_red,1, y_red,1 + z) als neue Stützstelle (x_red,1, y_red,1) eingesetzt. Dies erfolgt der Reihe nach für alle 9 inneren Stützstellen. Hat so eine erste Optimierung der Fehlerquadratsumme stattgefunden wird diese Prozedur erneut durchlaufen bis während eines Schleifendurchlaufes keine Verkleinerung der Fehlerquadratsumme mehr auftritt oder eine bestimmte Anzahl an Schleifendurchläufen erfolgt ist.
Die vorgeschriebenen Verfahren können entweder jeweils bei einem so gefundenen lokalen Fehlerquadratsummenminimum beendet werden oder aber über den gesamten zur Verfügung stehenden Bereich oder einen definierten Teilbereich zwischen den vordefinierten Stützstellen der reduzierten Kennlinie erfolgen, so daß das absolute Fehlerquadratsummenminimum erreicht werden kann. Die einzelnen Stützstellen werden dabei testweise wenn keine Verringerung der Fehlerquadratsumme beim Verschieben um einen Wert erfolgt um einen weiteren oder mehrere weitere Werte verschoben.
Dadurch können lokale Minima durchlaufen werden und die absoluten Minima gefunden werden. Im übrigen läuft das Verfahren jedoch ab wie oben beschrieben.
Dabei ist es abhängig von der Anwendung, ob die äußeren Stützstellen (x_red,0, y_red,0) beziehungsweise (x_red,10, y_red,10) ebenfalls in die Verfahren mit einbezogen werden, je nachdem ob Wert auf die Genauigkeit der äußeren Stützstellen gelegt wird, was beispielsweise bei der Drosselklappensteuerung der Fall ist.
Nach Beendigung der vorbeschriebenen Optimierungsverfahren werden die ermittelten Stützstellen und die so gewonnene reduzierte Kennlinie in der Lageregelelektronik abgespeichert.
Mit einem derartig durchgeführten Verfahren wird es möglich, die reduzierte Kennlinie an ihrer schlechtesten Stelle soweit an die gemessene Vergleichskennlinie anzupassen, daß auftretende Differenzen 0,2 Winkelgrad nicht überschreiten. Gegenüber einer vergleichbaren reduzierten Kennlinie, welche nicht mit vorliegendem Verfahren optimiert wurde, kann die auftretende Fehlersumme auf ca. 1/5 des Betrages verringert werden.
Es wird somit eine zuverlässige und extrem genaue Ansteuerung bestimmter Anfahrpunkte von elektromechanischen Komponenten in Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Drosselklappen, Abgasrückführventile, Tumble- oder Drallklappen über Stellelemente, welche mit berührungslosen Sensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren arbeiten, ermöglicht, ohne zu große Speicherkapazitäten zu binden.

Claims

Verfahren zum Erstellen einer Sensorkennlinie mit begrenzter Stützstellenanzahl für Stelleinheiten elektromechanischer Komponenten mit integrierter Lageregelelektronik in einem Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: 1. Messen einer Vergleichskennlinie mit großer Stützstellenanzahl i = 0 bis n eines Sensors und Speicherung der gemessenen Wertepaare (x_m,i,y_m,i) auf einem externen Speichermedium. 2. Bestimmen einer begrenzten Anzahl von Wertepaaren (x_red,j, y_red,j) als Stützstellen mit j = 0 bis p und p << n, wobei das erste Wertepaar (x_red,0, y_red,0) = (x_m,0, y_m,0) und das letzte Wertepaar (x_red,p, y_red,p) = (x_m,n, y_m,n) Stützstellen bilden und Bestimmen der übrigen Stützstellen(x_red,j, y_red,j) für j = 1 bis p – 1 aus den Messwerten (x_m,i, y_m,i) durch Aufteilung der Kennlinie in äquidistante Abschnitte, deren Anzahl durch die gewünschte Stützstellenanzahl p bestimmt wird, wobei die jeweiligen Anfangs- bzw. Endwertepaare eines jeden Abschnittes als Stützstellen dienen. 3. Die so gewonnenen Stützstellen (x_red,j, y_red,j) bilden die Ausgangsbasis der reduzierten Kennlinie. 4. Vergleich der reduzierten Kennlinie mit der Vergleichskennlinie, indem die Differenz jedes gemessenen Wertes y_m,i(x_m,i) vom zugehörigen Wert y_red,i(x_m,i) der reduzierten Kennlinie gebildet wird, wobei die zwischen den Stützstellen liegenden Werte der reduzierten Kennlinie durch lineare Interpolation berechnet werden und die resultierende Fehlerquadratsumme nach folgender Gleichung gebildet wird:
5. Variation der Stützstellen (x_red,j, y_red,j) bis die minimale Fehlerquadratsumme F(x, y) erreicht ist. 6. Speichern der ermittelten Stützstellen (x_red,j, y_red,j) und der resultierenden Sensorkennlinie in der Lageregelelektronik.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Stützstellen (x_red,j, y_red,j) zur Minimierung der Fehlerquadratsumme F(x, y) nach folgenden Verfahrensschritten erfolgt: 1. Die Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 der reduzierten Kennlinie wird testweise durch das links oder rechts in der gemessenen Kennlinie nächstliegende Meßwertepaar (x_m,i–1, y_m,i–1) oder (x_m,i+1,y_m,i+1) ersetzt. 2. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x, y). 3. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Meßwertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt und mit Schritt 6 fortgefahren; Bei Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das alte Stützstellenpaar (x_red,j, y_red,j) durch das an der anderen Seite in der gemessenen Kennlinie nächstliegende Meßwertepaar (x_m,i–1,y_m,i–1) oder (x_m,i+1,y_m,i+1) ersetzt. 4. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x, y). 5. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Meßwertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt; bei Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das ursprüngliche Stützstellenpaar beibehalten. 6. Durchführen der Schritte 1 bis 5 der Reihe nach für j = 2 bis p – 1. 7. Wiederholen der Schritte 1 bis 6 bis die Fehlerquadratsumme F(x, y) minimiert ist oder eine bestimmte Anzahl an Schleifendurchläufen erfolgt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Minimierung der Fehlerquadratsumme F(x,y) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: 1. Die Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 der reduzierten Kennlinie wird testweise durch ein Wertepaar (x_red,j, y_red,j + z) oder (x_red,j, y_red,j – z) ersetzt, wobei z eine abhängig von der Anwendung und den gemessenen Werten zu ermittelnder positiver Wert ist, mit der der Funktionswert des Wertepaares lediglich geringfügig nach oben oder unten verschoben wird. 2. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x, y). 3. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Wertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt und mit Schritt 6 fortgefahren; Bei Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das alte Stützstellenpaar (x_red,j, y_red,j) durch das andere darüber oder darunter liegende Meßwertepaar (x_red,j, y_red,j + z) oder (x_red,j, y_red,j – z) ersetzt. 4. Berechnung der neu entstehenden Fehlerquadratsumme F(x, y). 5. Bei Verringerung der Fehlerquadratsumme wird das neue Meßwertepaar als Stützstelle (x_red,j, y_red,j) für j = 1 eingesetzt; Bei erneuter Vergrößerung der Fehlerquadratsumme wird das ursprüngliche Stützstellenpaar beibehalten. 6. Durchführen der Schritte 1 bis 5 der Reihe nach für j = 2 bis p – 1. 7. Wiederholen der Schritte 1 bis 6 bis die Fehlerquadratsumme F(x, y) minimiert ist oder eine bestimmte Anzahl an Schleifendurchläufen erfolgt ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch bei Auftreten eines lokalen Fehlerquadratsummenminimums eine weitere Variation der Stützstellen (x_red,j, y_red,j) über den gesamten Bereich oder einen definierten Teilbereich zwischen den vorbestimmten Stützstellen erfolgt, indem bei einer in einem Schleifendurchlauf auftretenden Vergrößerung nach Variation einer der Stützstellen diese testweise weiter verschoben wird und die Stützstellen mit kleinster entsprechender Fehlerquadratsumme F(x, y) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Stützstellen (x_red,0, y_red,0) und (x_red,p, y_red,p) in das Verfahren gemäß der Ansprüche 2 oder 3 mit einbezogen werden.
Drosselklappenstutzen, welcher ein Stellelement mit einer Lageregelelektronik mit einem berührungslosen Sensor aufweist, wobei die zugehörige, in der Lageelektronik gespeicherte, Sensorkennlinie eine reduzierte Kennlinie ist, welche mehr als zwei Stützstellen aufweist.