DE4342868B4

DE4342868B4 - Device for determining the gradient of a measuring signal

Info

Publication number: DE4342868B4
Application number: DE19934342868
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. Wild; Andreas Dipl.-Ing. Blumenstock (BA)
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2013-12-17
Also published as: DE4342868A1

Abstract

Einrichtung zur Bestimmung des Gradienten eines Messsignals, vorzugsweise eines digitalisierten Messsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal mittels eines Integrators (12) aufintegriert wird und der Gradient aus dem erhaltenen Integralwert gebildet wird, indem der Integralwert auf den Anfangswert oder den Endwert des Messsignals bezogen wird.Facility for determining the gradient of a measuring signal, preferably one digitized measurement signal, characterized in that the measurement signal is integrated by means of an integrator (12) and the gradient is formed from the obtained integral value by the integral value is related to the initial value or the end value of the measuring signal.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Bestimmung des Gradienten eines Meßsignales nach der Gattung des Hauptanspruchs.The The invention is based on a device for determining the gradient a measuring signal after the genus of the main claim.

Einrichtungen zur Ermittlung des Gradienten eines Meßsignales beispielsweise eines Signales, das die Drehzahl eines Verbrennungsmotors darstellt, sind bereits bekannt. So ist es beispielsweise aus der DE-PS 34 21 640 bekannt, die Drehzahl eines Motors aus den Abständen von drehzahlabhängigen Impulspaaren zu berechnen und aus wenigstens zwei so berechneten Drehzahlen einen Drehzahländerungswert, also einen Drehzahlgradienten zu bestimmen.facilities for determining the gradient of a measuring signal, for example one Signals that represents the speed of an internal combustion engine are already known. So it is for example from DE-PS 34 21 640 known, the speed of an engine from the intervals of speed-dependent pulse pairs and from at least two speeds thus calculated one Speed change value, So to determine a speed gradient.

Diese Gradientenbestimmung mit Hilfe einer sogeannten Zweipunktemessung hat den Nachteil einer hohen Meßunsicherheit insbesondere dann, wenn ein analoges Meßsignal mit kleiner Signalhöhe zunächst abgetastet wird und dadurch ein relativ hoher Quantisierungsfehler entsteht. Wird die Gradientenbestimmung gerade im Bereich eines durch die Quantisierung verursachten Signalsprunges durchgeführt, wird ein Gradient erhalten, der viel zu hoch ist.These Gradient determination using a so-called two-point measurement has the disadvantage of high measurement uncertainty especially when an analog measurement signal having a small signal height is first scanned and thereby a relatively high quantization error arises. If the gradient is just in the range of one by the quantization caused signal jump, a gradient is obtained, which is far too high.

Die DE 41 27 576 A1 beschreibt eine Ermittlung des Drehzahlgradienten eines Verbrennungsmotors mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer drehzahlabhängigen Impulsfolge, aus der in einer Recheneinrichtung zeitliche Abstände zwischen den Impulsen oder zwischen gleichartigen Flanken der Impulse bestimmt und aus diesen Abständen Drehzahlen berechnet werden. In der Recheneinrichtung wird dazu der Kehrwert der Drehzahländerung aus dem Quotienten eines zeitlichen Abstandes und der Differenz der Drehzahlwerte desselben und des vorherigen zeitlichen Abstandes bestimmt und aus dem Ergebnis der Kehrwert gebildet.The DE 41 27 576 A1 describes a determination of the speed gradient of an internal combustion engine with a device for generating a speed-dependent pulse train from which in a computing device time intervals between the pulses or between like edges of the pulses determined and calculated from these distances speeds. In the computing device, the reciprocal of the speed change from the quotient of a time interval and the difference of the speed values of the same and the previous time interval is determined and formed from the result of the reciprocal.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Bestimmung des Gradienten eines Meßsignales, beispielsweise eines digitalisierten Meßsignales mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich Quantisierungsfehler kaum bemerkbar machen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sich kurzzeitige Störungen, die zu Meßsignalsprüngen führen bei der Gradientenbildung nicht mehr oder nur geringfügig auswirken, da ihre zeitliche Wirkungsdauer nur sehr gering ist.The inventive device for determining the gradient of a measuring signal, for example a digitized measuring signals with the characterizing features of the main claim has the Advantage that yourself Quantization errors hardly noticeable. Another advantage is to be seen in that short-term disturbances, which lead to Meßsignalsprüngen at no longer or only marginally affect gradient formation, since their duration of action is only very small.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß auch sehr dicht beieinanderliegende Gradienten, also Gradienten von Meßsignalen, die sich nur sehr schwach voneinander unterscheiden, noch eindeutig voneinander unterschieden werden können.Farther is advantageous that too very close to each other gradient, so gradients of measurement signals, which differ only very slightly from each other, yet clearly can be distinguished from each other.

Ermöglicht werden diese Vorteile, indem das Meßsignal nach seiner Digitalisierung mittels eines Integrators auf integriert wird und der Gradient nicht wie üblich aus einer zeitlichen Ableitung oder nach einer Zweipunktemessung gebildet wird, sondern aus dem erhaltenen Integralwert, wobei der Integralwert auf den Anfangswert oder den Endwert des Meßsignales bezogen wird.Be enabled these advantages by the measurement signal integrated after its digitization by means of an integrator and the gradient is not as usual from a time derivation or after a two-point measurement is formed, but from the obtained integral value, wherein the Integral value to the initial value or the end value of the measuring signal is related.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen. Dabei ist vorteilhaft. daß die Integration entweder über eine konstante Meßzeit erfolgen kann oder daß das Meßsignal aufintegriert wird, bis der erhaltene Integralwert oder das Meßsignal selbst einen vorgebbaren Schwellwert erreicht hat.Further Advantages of the invention will become apparent from the features listed in the dependent claims. It is advantageous. that the Integration either via a constant measuring time can be done or that the measuring signal is integrated until the obtained integral value or the measuring signal itself has reached a predefinable threshold.

Besonders vorteilhaft ist, daß die gesamte Einrichtung mit Hilfe einer Recheneinrichtung, beispielsweise eines Mikroprozessors realisiert werden kann.Especially It is advantageous that the entire device using a computing device, for example a microprocessor can be realized.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung, mit der die erfindungsgemäße Gradientenbestimmung erfolgen kann. In 2 ist der Verlauf eines Meßsignales über der Zeit aufgetragen, es wird ausserdem verdeutlicht, wie die Integrationsgrenzen zu wählen sind. In 3 sind zwei digitalisierte Signale, deren Gradienten sich nur geringfügig unterscheiden, dargestellt und in 4 sind Gradienten zu diesen Signalgen aufgezeichnet, die einmal nach der bekannten Zweipunktmethode und einmal nach einer der erfindungsgemäßen Methoden berechnet wurden.An embodiment is shown in the drawing and will be explained in more detail in the following description. It shows 1 a block diagram of an arrangement with which the gradient determination according to the invention can take place. In 2 the course of a measuring signal is plotted over time, it is also clarified how to choose the integration limits. In 3 For example, two digitized signals whose gradients differ only slightly are shown and in 4 Gradients are recorded to these signal genes, which were calculated once by the known two-step method and once by one of the methods of the invention.

Beschreibung des Ausführungsbeispielesdescription of the embodiment

In 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der Einrichtung zur Bestimmung des Gradienten eines Meßsignales dargestellt. Dabei ist mit 10 der Sensor bezeichnet, der das Ausgangssignal S1 abgibt. Dieses Ausgangssignal S1 kann entweder ein analoges Signal oder bereits ein digitales Signal sein, falls es ein analoges Signal ist wird es mit Ailfe des Analog-/Digital-Wandlers 11 digitalisiert.In 1 a block diagram of an embodiment of the device for determining the gradient of a measuring signal is shown. It is with 10 denotes the sensor which outputs the output signal S1. This output signal S1 can be either an analog signal or already a digital signal, if it is an analog signal it is with the aid of the analog / digital converter 11 digitized.

Bei der Digitalisierung wird das Signal S1 in äquidistanten Punkten abgetastet. Dabei treten insbesondere bei kleinen Signalhöhen relativ hohe Quantisierungsfehler auf, die bei der üblichen Signalweiterverarbeitung zu einer Verfälschung der abgeleiteten Größen führen.During digitization, the signal S1 is sampled at equidistant points. Thereby enter particular at low signal levels relatively high quantization errors, which lead in the usual signal processing to a falsification of the derived variables.

Es wird daher das vom Analog-/Digital-Wandler 11 abgegebene Signal S2 einem Integrator 12 zugeführt. Im Integrator 12 wird das Signal S2 über der Zeit t aufintegriert. Es sind dabei zwei Integrationsverfahren möglich, die mit Hilfe der in 2 verdeutlichten Zusammenhänge erläutert werden sollen.It is therefore that of the analog / digital converter 11 output signal S2 an integrator 12 fed. In the integrator 12 the signal S2 is integrated over the time t. There are two methods of integration that are possible with the help of in 2 clarified relationships should be explained.

In 2 ist ein digitalisiertes Signal S2 über der Zeit t aufgetragen. Der Anfangswert des Signales ist mit Sa bezeichnet, der Endwert mit Se. Die Meßzeit sei T_M und eine vorgebbare Signalschwelle DS. Die Fläche, die einem Integralwert entspricht, ist mit A bezeichnet.In 2 a digitized signal S2 is plotted over time t. The initial value of the signal is denoted by Sa, the end value by Se. The measuring time is T _M and a predefinable signal threshold DS. The area corresponding to an integral value is denoted by A.

Nach dem ersten Integrationsverfahren wird das Signal S2 während einer konstanten Meßzeit T_M aufintegriert. Der Integrator 12 gibt dann als Ausgangssignal S3 ein Signal ab, das dem Meßwert S des Signales S2 minus dem Anfangswert Sa entspricht. Nach Ablauf der vorgegebenen Meßzeit T_M wird die Messung beendet.After the first integration process, the signal S2 is integrated during a constant measuring time T _M. The integrator 12 then outputs as output S3 a signal corresponding to the measured value S of the signal S2 minus the initial value Sa. After the predetermined measurement time T _M , the measurement is terminated.

In einer zweiten Integrationsmethode wird bis zu einer vorgegebenen Signalschwelle integriert. Es ergibt sich dann, daß das erhaltene Integral gleich dem Meßwert S minus dem Endwert Se ist. Nach Erreichen der Signalschwelle DS wird die Messung beendet. Es wird dabei nach Ende der Messung der Integrator angehalten, sein Wert stellt ein Maß für den zu ermittelnden Gradienten dar.In a second integration method is up to a predetermined Signal threshold integrated. It then appears that the obtained Integral equal to the measured value S minus the final value is Se. After reaching the signal threshold DS the measurement is ended. It is doing after the end of the measurement of Integrator stopped, its value provides a measure of the gradient to be detected represents.

Aus dem nach der ersten oder der zweiten Integrationsmethode erhaltenen Integralwert wird in der Auswertestufe 13 der tatsächliche Gradient berechnet. Dabei werden Normierungsgrößen berücksichtigt, wobei letztendlich die dem Integralwert entsprechende Fläche A nach 2 als Maß für den Gradienten verwendet wird.The integral value obtained according to the first or the second integration method is used in the evaluation stage 13 the actual gradient is calculated. In this case, normalization quantities are taken into account, whereby ultimately the area A corresponding to the integral value 2 is used as a measure of the gradient.

Die beiden Integrationsverfahren lassen sich formelmäßig folgendermaßen festlegen:

für die beiden Eingangsgrößen: S-Se bzw. S-Sa.The two integration methods can be defined as follows:

for the two input variables: S-Se or S-Sa.

Der Analog-/Digital-Wandler 11, der Integrator 12 sowie der Auswerteblock 13 können als Einzelelemente aufgebaut sein oder mit Hilfe einer einzigen Recheneinrichtung 14 realisiert sein. Ist der Sensor 10 ein Sensor, der eine Größe bei einem Kraftfahrzeug mißt, beispielsweise die Raddrehzahl, kann die Gradientenermittlung mit Hilfe des Steuergerätes des Kraftfahrzeuges erfolgen, das dann der Recheneinrichtung 14 entspricht.The analog / digital converter 11 , the integrator 12 as well as the evaluation block 13 may be constructed as individual elements or with the aid of a single computing device 14 be realized. Is the sensor 10 a sensor that measures a size in a motor vehicle, for example, the wheel speed, the gradient can be done using the control unit of the motor vehicle, which then the computing device 14 equivalent.

In 3 sind zur Verdeutlichung der Vorgehensweise zwei Signale S2 über der Zeit t aufgetragen, wobei diese Signale geringfügig voneinander abweichende Gradienten aufweisen. Die durchgezogene Kurve 1 zeigt ein Signal mit einem etwas kleineren Gradienten, die gestrichelte Kurve 2 zeigt denselben Zusammenhang für ein Signal mit einem etwas größeren Gradienten. Bei beiden Signalen wird der treppenförmige Verlauf infolge der Digitalisierung erhalten.In 3 To illustrate the procedure, two signals S2 are plotted over time t, these signals having slightly different gradients. The solid curve 1 shows a signal with a slightly smaller gradient, the dashed curve 2 shows the same relationship for a signal with a slightly larger gradient. For both signals, the staircase shape is obtained as a result of the digitization.

Aus den in 3 dargestellten Signalen soll der Gradient gebildet werden. Geschieht dies nach der herkömmlichen Zweipunktmethode, wird ein Gradient erhalten, wie er in 4 mit Kurve 12 bzw. Kurve 2Z dargestellt ist. Dabei ist in 4 der erhaltene Gradient über der Zeit dargestellt. Gestrichelt sind mögliche Toleranzbereiche angegeben.From the in 3 represented signals, the gradient is to be formed. If this is done according to the conventional two-point method, a gradient is obtained, as in 4 with curve 12 or curve 2Z is shown. It is in 4 the gradient obtained is shown over time. Dashed lines indicate possible tolerance ranges.

Die Kurven 1E und 2E zeigen den zu den in 3 aufgetragenen Signalen gehörenden Gradienten, die erhalten werden, wenn die Signale zuvor erfindungsgemäß zur Gradientenbildung auf integriert werden. Es ist zu erkennen, daß bei den Kurven 1E und 2E keine Quantisierungssprünge mehr vorhanden sind und daß die Grdientenverläufe sehr viel glatter sind als bei den Kurven 1Z oder 2Z. Weiterhin ist zu erkennen, daß die Kurven 1E und 2E voneinander eindeutig getrennt sind, während die Kurve 1Z im Bereich des Quantisierungssprunges höher ist als die Kurve 2Z an einer Stelle, die nicht im Bereich des Quantisierungssprunges liegt. Infolge dieser nach der Zweipunktmethode auftretenden Überlappung der ermittelten Gradienten sind diese nicht separierbar. Werden dagegen die Gradienten nach der Integrationsmethode berechnet, lassen sich die beiden Gradienten eindeutig trennen.The curves 1E and 2E show that to the in 3 applied gradients, which are obtained when the signals are previously integrated according to the invention for gradient formation. It can be seen that in the curves 1E and 2E there are no more quantization jumps and that the gradient curves are much smoother than in the curves 1Z or 2Z , Furthermore, it can be seen that the curves 1E and 2E are clearly separated from each other while the curve 1Z is higher than the curve in the range of the quantization jump 2Z at a point that is not in the range of the quantization jump. As a result of this overlap of the determined gradients occurring according to the two-point method, these are not separable. If, on the other hand, the gradients are calculated according to the integration method, the two gradients can be clearly separated.

Claims

Device for determining the gradient of a measuring signal, preferably a digitized measuring signal, characterized in that the measuring signal is detected by means of an integrator ( 12 ) and the gradient is formed from the obtained integral value by relating the integral value to the initial value or the end value of the measurement signal.

Device for determining the gradient a measurement signal according to claim 1, characterized in that the integration ( 12 ) takes place over a constant time (T _M ).

Device for determining the gradient of a measuring signal according to Claim 1, characterized in that the integration ( 12 ) is terminated in each case when the integral value has reached a predefinable threshold value (DS).

Device for determining the gradient of a measuring signal according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the output signal (S1) of a sensor (S1) 10 ) by means of an analog / digital converter ( 11 ) is digitized and the obtained digitized measurement signal (S2) is evaluated.

Device for determining the gradient of a measuring signal according to one of the preceding claims, characterized in that the integrator ( 12 ) is stopped after the predetermined measuring time (T _M )) and its value is output as a measure of the gradient of the measuring signal.

Device for determining the gradient of a measuring signal according to one of the preceding claims, characterized in that the integration ( 12 ) and the subsequent gradient determination from the integral in a computing device ( 14 ), which provides an output signal representing the gradient.