EP1212209A2 - Verfahren zum bearbeiten und speichern von sensorsignalen, und entsprechend ausgelegte signalerfassungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum bearbeiten und speichern von sensorsignalen, und entsprechend ausgelegte signalerfassungsvorrichtung

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Publication number
EP1212209A2
EP1212209A2 EP00954351A EP00954351A EP1212209A2 EP 1212209 A2 EP1212209 A2 EP 1212209A2 EP 00954351 A EP00954351 A EP 00954351A EP 00954351 A EP00954351 A EP 00954351A EP 1212209 A2 EP1212209 A2 EP 1212209A2
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EP
European Patent Office
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value
sensor
bits
signal
detection device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00954351A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Claus Schmidt
Gerhard Mader
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0132—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G01D3/022—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation having an ideal characteristic, map or correction data stored in a digital memory
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups

Definitions

  • the invention relates to a method for processing and storing sensor signals and a correspondingly designed signal detection device.
  • the invention is preferably used in a motor vehicle occupant protection system in the treatment of acceleration sensor signals, but can also be used to process the output signals from sensors of a different type.
  • sensors are desired which have a high detection range (modulation range) of, for example, +/- 40 g (in the case of acceleration sensors) and which are also intended to offer high resolution, ie precise detection of intermediate values.
  • the resolution is generally relatively low due to the limited maximum signal level swing.
  • the change in the sensor signal voltage when there is a change in acceleration is only about 30 mV / g. If an analog / digital conversion with a high number of bits, for example 10 bits, is carried out in order to improve the detection accuracy, the storage space for the sensor signal output values is correspondingly high.
  • the object of the invention is to create a method for processing and storing sensor signals which enables sensor signals to be stored with a relatively good resolution and a small storage space requirement.
  • the sensor signals are subjected to a signal range shift with subsequent range stretching and subsequent storage with a reduced number of bits.
  • Artificial increase in resolution is nevertheless essentially achieved again in the final storage with a reduced number of bits.
  • "Storage with a reduced number of bits leads - without a greater loss of signal accuracy - to a significantly reduced storage space requirement, in particular when storing a large number of sensor signals, and also to a corresponding reduction in the computation and processing work involved in the subsequent further processing (for example algorithm calculation), since, for example only 8-bit signals have to be processed instead of 10-bit signals.
  • an intermediate signal processing can take place before the final storage of the area-transformed sensor signal data, so that the area-processed data is not saved directly, but the intermediate-processed data is within the scope of the invention.
  • the sensor output signal is preferably first subjected to a subtraction, so that the output value is reduced.
  • the entire sensor signal output level range is thus shifted downward, preferably to zero.
  • This also makes offset compensation possible and / or a zero point deviation compensation is reached.
  • the subtraction result is then subjected to a multiplication by a factor greater than 1, so that the sensor output signal range shifted towards smaller values is now expanded.
  • Subsequent storage with a reduced number of bits essentially reverses this artificial stretching, but the advantage of a reduced storage space requirement is achieved.
  • the order of the subtraction and multiplication steps can also be exchanged, so that the sensor output signal is first multiplied and then subjected to a subtraction, the value to be subtracted in this case being the offset value and / or the zero point deviation value, multiplied by the same factor as that Sensor output signal.
  • the procedure with initial subtraction and subsequent multiplication is preferred, since this ensures that even high sensor output signal values do not migrate out of the processable signal level range of, for example, a maximum of 5 V, and at the same time the multiplication effort is somewhat less.
  • the signal detection device can be designed as a hardware circuit with subtractor and multiplier. However, the subtraction and multiplication are preferably carried out by means of appropriate programs of a signal processing processor, so that the hardware expenditure required is very low.
  • Fig. 1 is a block diagram of an exemplary embodiment of the signal detection device
  • Fig. 2 is a flowchart
  • Fig. 3 is a signal representation of the invention.
  • the signal detection device contains a sensor 1, which is followed by an analog / digital converter 2, which converts the analog sensor output signal into a digital signal with 10 bits, for example.
  • an analog / digital converter 2 which converts the analog sensor output signal into a digital signal with 10 bits, for example.
  • a / D converter 2 can also be modified, e.g. 8 bits or 12 bits.
  • the A / D converter 2 is followed by an evaluation circuit, here in the form of a processor 3, which carries out the signal processing and possibly also signal evaluation and stores the sensor signal values, if necessary after processing, in a memory 4.
  • step SI shows a flowchart for the mode of operation of the processor 3.
  • the processor 3 cyclically queries the output of the A / D converter 2 at short intervals (step SI).
  • step SI a specific value is subtracted from the digital sensor signal acquired in step ⁇ 1, which value is preferably selected such that the minimum useful signal level of the sensor signal is shifted to zero.
  • a previously determined offset value is taken into account and compensated. If the minimum useful signal should have a level deviating from zero, ie there is a nominal zero point distance ⁇ O, this value is preferably also subtracted.
  • a nominal zero-point distance ⁇ O is defined in a sensor-typical manner and is usually specified by the manufacturer in the sensor specifications.
  • step S3 the digital value obtained as a result of step S2 is subjected to a multiplication by a factor of more than 1.
  • This factor is preferably selected so that the sensor useful signal range, which was shifted down in step S2, is transformed, ie expanded, to the entire evaluable signal range from, for example, 0 V to 5 V.
  • the factor should not exceed two digits and can be, for example, "1.5" or "2.4".
  • a multiplication by a factor of 2 or 4, ie a power of 2 is preferred since the multiplication can then be carried out very simply, for example by shifting the subtraction result temporarily stored in a register by one or two digits in the direction of higher bit valency.
  • the subtraction result is shifted by 1 position to the lower value and this value is then added to the undisplaced value.
  • the access to the register can be changed or the weights assigned to the individual register positions can be redefined, for example for a multiplication with two bit positions are assigned a higher value by 1.
  • steps S2 and S3 the number of bit positions determined by the A / D converter 2, for example 10 bits, is retained.
  • step S4 the result obtained in step S3 is stored with a reduced number of bits, for example only 8 bits (e.g. the 8 highest bits of the result obtained in step S3).
  • a reduced number of bits for example only 8 bits (e.g. the 8 highest bits of the result obtained in step S3).
  • the loss of accuracy occurring here is reduced or even completely compensated for by the previous range expansion.
  • Fig. 3 shows the sensor signal level range in the ideal case.
  • Sensor 1 which is designed here as a bidirectional acceleration sensor, emits an output signal which varies in the range from 0 V to 5 V. This area is converted with 10 bits by the A / D converter 2.
  • the sensor signal has a useful signal level range (nominal modulation range) 5, which for example ranges from 1.2 V to 3.8 V.
  • the nominal zero distance ⁇ O is designated by 6 (from 0 to 1.2 V).
  • the sensor is designed such that, in the ideal case, when there is no acceleration, it outputs a voltage which is in the middle of the nominal modulation range 5, ie 2.5 V here.
  • the sensor output signal When accelerating in one direction of detection, the sensor output signal continuously decreases to the maximum detectable acceleration value of, for example, -38 g and thereby reaches a level of 1.2 V, at which it remains even if the acceleration is increased further. Conversely, if the acceleration occurs in the opposite direction, the output signal level increases up to the maximum detectable acceleration value of, for example, +38 g and thereby reaches the maximum useful signal level of 3.8 V.
  • the sensor 1 regularly shows a voltage offset (offset) in relation to the actually expected values in terms of production technology or the current operating parameters. This offset 7 is shown schematically in FIG.
  • this corresponds to a shift of the useful signal level range 5 downwards in such a way that the minimum useful signal level is shifted to 0 V.
  • This shifted current sensor signal level is then subjected to multiplication by a factor X, so that the useful signal level is expanded, see FIG. 3d, "5x". It is also possible to choose the stretch even higher, ie to multiply by a factor of 2 or more, provided the maximum value does not exceed the permissible level range of normally 0 V to 5 V after the multiplication.
  • the sensor signal level present after the multiplication is then stored in the memory 4 with a reduced number of bits, here 8 bits.
  • the sensor should not have a zero distance ⁇ O, the subtraction of - ⁇ O is omitted. In any case, the sensor signal processing takes place with the higher bit position number of bits until the number of bits is then reduced during the final storage.
  • the principle according to the invention is not only applicable to the acceleration sensor described above, but also to all other sensors, provided that they should have an offset deviation and / or a zero point distance ⁇ O, or only part of the useful signal level range has to be taken into account, i.e. an expansion of the area to be recorded is possible.
  • the invention can also be used in cases in which a sensor should not show any offset deviation, but where there is a zero point distance ⁇ O. In this case, only the value ⁇ O is subtracted from the current sensor level, i.e. the minimum useful signal level is shifted to zero, and a multiplication is then carried out.

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Abstract

Das Beschleunigungssensorausgangssignal wird zunächst durch Subtraktion eines Offsetwerts und/oder Nullpunktabstandswerts auf kleineren Pegel verschoben und anschliessend mit einem Faktor grösser 1 multipliziert, so dass der Sensornutzsignalpegelumfang gedehnt wird. Der multiplizierte Wert wird anschliessend mit verringerter Bitzahl gespeichert. Hierdurch lässt sich der Speicherplatzbedarf ohne oder mit nur geringem Verlust an Auflösungsvermögen verringern.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bearbeiten und Speichern von Sensorsignalen, und entsprechend ausgelegte Signalerfassungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten und Speichern von Sensorsignalen und eine entsprechend ausgelegte Signalerfassungsvorrichtung. Die Erfindung kommt vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystem bei der Behand- lung von Beschleunigungssensor-Signalen zum Einsatz, kann aber auch zur Bearbeitung der Ausgangssignale von anders gearteten Sensoren verwendet werden.
Allgemein sind Sensoren erwünscht, die einen hohen Erfas- sungsbereich (Aussteuerungsbereich) von zum Beispiel +/- 40 g (bei Beschleunigungssensoren) aufweisen und zusätzlich noch hohe Auflösung, d.h. genaue Erfaßbarkeit von Zwischenwerten, bieten sollen. Bei Sensoren mit ausreichend großem Aussteuerungsbereich ist jedoch in der Regel die Auflösung aufgrund des begrenzten maximalen Signalpegelhubs relativ gering. Beispielsweise kann bei einem Beschleunigungssensor mit einem Erfassungsbereich von +/- 40 g die Sensorsignalspannungsände- rung bei einer Beschleunigungsänderung (ΔV/g) bei nur ca. 30 mV/g liegen. Wenn zur Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit eine Analog/Digital-Wandlung mit hoher Bitzahl, z.B. 10 Bits, ausgeführt wird, ergibt sich bei einer Speicherung der Sen- sorsignalausgangswerten entsprechend hoher Speicherplatzbedarf. Insbesondere, wenn eine Vielzahl von Sensorsignalen zur Dokumentierung und Auswertung des Beschleunigungsverlaufs im Hinblick auf eine Auslöseentscheidung (zur Auslösung des Insassenschutzsystems) zu speichern ist, kann der erforderliche Speicherplatzbedarf oftmals zu hoch sein. Wenn demgegenüber nur mit verringerter Bitzahl analog/digital-umgewandelt und gespeichert wird, ist der Genauigkeitsgrad entsprechend redu- ziert, so daß die Signalauswertung beeinträchtigt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten und Speichern von Sensorsignalen zu schaffen, das eine Speicherung von Sensorsignalen mit relativ guter Auflösung und geringem Speicherplatzbedarf ermöglicht.
Diese Ausgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Weiterhin wird mit der Erfindung eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 5 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der Erfindung werden die Sensorsignale einer Signalbereichsverschiebung mit anschließender Bereichsstreckung und abschließender Speicherung mit verringerter Bitzahl unterzo- gen. Durch die Bereichsaufspreizung, d.h. künstliche Auflösungserhöhung wird bei der abschließenden Speicherung mit verringerter Bitzahl dennoch die hohe Auflösung im wesentlichen wieder erreicht. Die" Speicherung mit verringerter Bitzahl führt - ohne größeren Verlust an Signalgenauigkeit - zu deutlich verringertem Speicherplatzbedarf, insbesondere bei Speicherung einer Vielzahl von Sensorsignalen, und auch zu einer entsprechenden Verringerung des bei der anschließenden Weiterverarbeitung (z.B. Algorithmusberechnung) anfallenden Rechen- und Verarbeitungsaufwand, da beispielsweise nur 8-Bit-Signale anstelle von 10-Bit-Signalen verarbeitet werden müssen. Gegebenenfalls kann vor der abschließenden Speicherung der bereichstransformierten Sensorsignaldaten eine zwischengeschaltete Signalverarbeitung stattfinden, so daß nicht unmittelbar die bereichsgedehnten, sondern die zwischenverar- beiteten Daten abschließend gespeichert werden. Auch dies liegt im Rahmen der Erfindung.
Bei der Erfindung wird das Sensorausgangssignal vorzugsweise zunächst einer Subtraktion unterzogen, so daß der Ausgangs- wert verringert wird. Der gesamte Sensorsignalausgangspegel- bereich wird damit nach unten, vorzugsweise auf Null, verschoben. Hierdurch wird zugleich auch eine Offsetkompensation und/oder eine Nullpunktabweichungskompensation erreicht. Anschließend wird das Subtraktionsergebnis einer Multiplikation mit einem Faktor größer 1 unterzogen, so daß der in Richtung zu kleineren Werten verschobene Sensorausgangssignalbereich nun gedehnt wird. Durch die anschließende Speicherung mit verringerter Bitanzahl wird diese künstliche Dehnung im wesentlichen wieder rückgängig gemacht, wobei aber der Vorteil verringerten Speicherplatzbedarfs erzielt wird.
Allerdings kann die Reihenfolge der Subtraktions- und Multiplikationsschritte auch ausgetauscht werden, so daß zunächst das Sensorausgangssignal multipliziert und dann einer Subtraktion unterzogen wird, wobei der zu subtrahierende Wert in diesem Fall dem Offsetwert und/oder dem Nullpunktabweichungs- wert, multipliziert mit demselben Faktor wie das Sensorausgangssignal, entspricht. Bevorzugt ist jedoch die Vorgehensweise mit anfänglicher Subtraktion und nachfolgender Multiplikation, da hierdurch sichergestellt wird, daß auch hohe Sensorausgangssignalwerte nicht aus dem verarbeitbaren Si- gnalpegelbereich von beispielsweise maximal 5 V herauswandern, und zugleich auch der Multiplikationsaufwand etwas geringer ist.
Die Signalerfassungsvorrichtung kann als Hardwareschaltung mit Subtrahierer und Multiplizierer ausgelegt sein. Vorzugsweise werden aber die Subtraktion und Multiplikation mittels entsprechender Programme eines Signalverarbeitungsprozessors ausgeführt, so daß der benötigte Hardwareaufwand sehr gering ist.
In bevorzugter Ausgestaltung wird eine Multiplikation mit dem Faktor 2 oder einer Potenz hiervon durchgeführt, da sich eine solche Multiplikation einfach durch entsprechende Datenverschiebung in einem Register realisieren läßt. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfuhrungsbeispie- len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen naher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels der SignalerfassungsVorrichtung, Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, und Fig. 3 eine signaltechnische Darstellung der Erfindung.
Die Signalerfassungsvorrichtung enthalt gemäß dem m Fig. 1 gezeigten Blockschaltbild einen Sensor 1, dem e n Ana- log/Digital-Wandler 2 nachgeschaltet ist, der das analoge Sensorausgangssignal in ein digitales Signal mit beispielsweise 10 Bit umwandelt. Je nach gew nschtem Genauigkeitsgrad und Auflösungsvermögen des Sensors 1 kann die Bitzahl des
A/D-Wandlers 2 auch abgeändert se n, z.B. 8 Bit oder 12 Bit betragen. Dem A/D-Wandler 2 ist eine Auswerteschaltung, hier in Form eines Prozessors 3, nachgeschaltet, der die Signalaufbereitung und gegebenenfalls auch Signalauswertung durch- fuhrt und die Sensorsignalwerte, gegebenenfalls nach Verarbeitung, m einem Speicher 4 speichert.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Arbeitsweise des Prozessors 3. Der Prozessor 3 fragt den Ausgang des A/D-Wandlers 2 zyklisch m kurzen Abstanden ab (Schritt SI) . Bei einem anschließenden Schritt S2 wird von dem beim Schritt Ξl erfaßten digitalen Sensorsignal ein bestimmter Wert abgezogen, der vorzugsweise so gewählt ist, daß der minimale Nutzsignalpegel des Sensorsignals auf Null verschoben wird. Hierbei wird ein zuvor ermittelter Offsetwert berücksichtigt und kompensiert. Sofern das minimale Nutzsignal einen von Null abweichenden Pegel aufweisen sollte, d.h. ein nomineller Nullpunktabstand ΔO vorliegt, wird vorzugsweise auch dieser Wert subtrahiert. Ein solcher nomineller Nullpunktabstand ΔO ist sensortypisch festgelegt und wird blicherweise vom Hersteller m den Sen- sorspezifikationen angegeben. Insoweit muß also keine Messung durchgeführt werden, sondern es kann direkt diese Nullpunk- tabweichung vom digitalisierten Sensorausgangssignal subtrahiert werden. Wenn das aktuelle Sensorausgangssignal gerade dem Minimalpegel des Nutzsignalbereichs entsprochen haben sollte, wird beim Schritt S2 das Ergebnis 0 V (digitalisiert) erhalten. Wenn das Sensorsignal jedoch einen höheren Wert als den Minimalpegel gehabt haben sollte, ist dieser Wert nach der Subtraktion entsprechend verringert.
Bei dem nachfolgenden Schritt S3 wird der als Ergebnis des Schritts S2 erhaltene digitale Wert einer Multiplikation mit einem Faktor von mehr als 1 unterzogen. Vorzugsweise ist dieser Faktor so gewählt, daß der Sensor-Nutzsignalbereich, der beim Schritt S2 nach unten verschoben worden ist, auf den gesamten auswertbaren Signalbereich von beispielsweise 0 V bis 5 V transformiert, d.h. gedehnt wird. Zur Vereinfachung der Multiplikation sollte der Faktor jedoch nicht mehr als zwei Stellen umfassen und kann beispielsweise "1,5" oder "2,4" lauten. Bevorzugt ist eine Multiplikation mit dem Faktor 2 oder 4, d.h. eine Potenz von 2, da sich dann die Multiplika- tion sehr einfach, beispielsweise durch Verschiebung des in einem Register zwischengespeicherten Subtraktionsergebnisses um eine oder zwei Stellen in Richtung zu höherer Bitwertigkeit realisieren läßt. Zur einfachen Multiplikation mit Zwischenwerten wird eine zusätzliche Addition oder Subtraktion des um 1 oder 2 (oder mehr) Stellen in Richtung zu niedrigerer Wertigkeit verschobenen Subtraktionsergebnisses (z.B. ein auf oder des ursprünglichen Werts verringerter Wert) mit dem unverschobenen oder ggf. um 1 oder 2 Stellen zu höherer Wertigkeit verschobenen Subtraktionsergebnis ausgeführt. Um z.B. eine Multiplikation mit 1,5 zu erreichen, wird das Subtraktionsergebnis um 1 Stelle zu niedriger Wertigkeit verschoben und dieser Wert dann zum unverschobenen Wert addiert. Anstelle einer physikalischen Verschiebung im Register kann auch lediglich der Stellenzugiff zum Register geändert bzw. die den einzelnen Registerstellen zugeordneten Wertigkeiten umdefiniert werden, indem z.B. für eine Multiplikation mit zwei den Bitstellen eine um 1 höhere Wertigkeit zugeordnet wird.
Bei den Schritten S2 und S3 bleibt die durch den A/D-Wandler 2 bestimmte Bitstellenzahl von beispielsweise 10 Bit erhalten.
Bei einem abschließenden Schritt S4 wird das beim Schritt S3 erhaltene Ergebnis mit verringerter Bitstellenzahl von bei- spielsweise nur 8 Bit (z.B. die 8 höchsten Bits des beim Schritt S3 erhaltenen Ergebnisses) gespeichert. Durch die vorhergehende Bereichsdehnung ist der hierbei auftretende Genauigkeitsverlust jedoch verringert oder gar vollständig kompensiert .
In Fig. 3 ist die Erfindung schematisch anhand der jeweils resultierenden Signalpegel dargestellt. Fig. 3a zeigt den Sensorsignalpegelumfang im idealen Fall. Der hier als bidirektionaler Beschleunigungssensor ausgelegte Sensor 1 gibt ein Ausgangssignal ab, das im Bereich von 0 V bis 5 V variiert. Dieser Bereich wird mit 10 Bit durch den A/D-Wandler 2 umgewandelt. Das Sensorsignal weist einen Nutzsignalpegelum- fang (nomineller Aussteuerungsbereich) 5 auf, der beispielsweise von 1,2 V bis 3,8 V reicht. Mit 6 ist der nominelle Nullpunktabstand ΔO bezeichnet (von 0 bis 1,2 V). Der Sensor ist beispielsweise so ausgelegt, daß er im idealen Fall bei fehlender Beschleunigung eine Spannung abgibt, der mitten im nominellen Aussteuerungsbereich 5, d.h. hier bei 2,5 V liegt. Bei Beschleunigung in der einen Detektionsrichtung verringert sich das Sensorausgangssignal kontinuierlich bis zum maximal detektierbaren Beschleunigungswert von zum Beispiel -38 g und erreicht dabei einen Pegel von 1,2 V, bei dem es dann auch bei weiterer Beschleunigungserhöhung bleibt. Wenn umgekehrt die Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung auftritt, erhöht sich der Ausgangsignalpegel bis zu dem maximal erfaßbaren Beschleunigungswert von beispielsweise +38 g und erreicht dabei den maximalen Nutzsignalpegel von 3,8 V. In der Praxis zeigt der Sensor 1 jedoch regelmäßig einen herstellungstechnisch oder durch die aktuellen Betriebsparameter bedingten Spannungsversatz (Offset) gegenüber den eigentlich erwarteten Werten. Dieser Offset 7 ist in Fig. 3b schematisch gezeigt und führt dazu, daß der Nutzsignalpegelbereich 5 nach oben (oder auch nach unten) verschoben ist, wobei beim gezeigten Beispiel der minimale Nutzsignalpegel nun auf 1,9 V und der maximale Nutzsignalpegel auf 4,5 V erhöht ist, d.h. eine Offsetspannung von +0,7 V vorliegt. Diese Offsetspannung wird vor der Installation des Beschleunigungssensors 1 oder gegebenenfalls auch wiederholt, beispielsweise bei jeder Inbetriebnahme des Fahrzeugs, bei fehlender Beschleunigung gemessen. Die Offsetspannung ist dabei einfach die Differenz zwischen dem ideal erwarteten Sensorausgangspegel (2,5 V) und dem aktuell gemessenem Ausgangspegel (bei Fig. 3b wäre dies 3,2 V). Der während des Betriebs tatsächlich erhaltene, sich in der Regel ständig ändernde Sensorausgangspegel wird nach Digitalisierung mit 10 Bit zunächst einer Subtraktion unter- zogen, bei der sowohl der Offsetwert als auch der nominelle Nullpunktabstand ΔO subtrahiert werden. Dies entspricht, wie in Fig. 3c gezeigt ist, einer Verschiebung des Nutzsignalpegelbereichs 5 derart nach unten, daß der minimale Nutzsignalpegel auf 0 V verschoben ist. Anschließend wird dieser verschobene aktuelle Sensorsignalpegel einer Multiplikation mit einem Faktor X unterzogen, so daß der Nutzsignalpegelum- fang gedehnt wird, siehe Fig. 3d, "5x". Es ist auch möglich, die Dehnung noch höher zu wählen, d.h. mit einem Faktor 2 oder mehr zu multiplizieren, vorausgesetzt, der maximale Wert tritt nach der Multiplikation nicht aus dem zulässigen Pegelumfang von normalerweise 0 V bis 5 V hinaus. Der nach der Multiplikation vorliegende Sensorsignalpegel wird dann mit verringerter Bitzahl, hier 8 Bit, im Speicher 4 gespeichert.
Sofern der Sensor keinen Nullpunktabstand ΔO aufweisen sollte, unterbleibt die Subtraktion von -ΔO. In jedem Fall erfolgt die Sensorsignalverarbeitung mit der höheren Bitstel- lenzahl, bis dann bei der abschließenden Speicherung die Bitzahl verringert wird.
Das erfindungsgemäße Prinzip ist nicht nur bei dem vorstehend ■ beschriebenen Beschleunigungssensor, sondern auch bei allen anderen Sensoren anwendbar, sofern diese eine Offsetabweichung und/oder einen Nullpunktabstand ΔO aufweisen sollten, oder nur ein Teil des Nutzsignalpegelumfangs zu berücksichtigen ist, d.h. eine Bereichsdehnung des zu erfassenden Be- reichs möglich ist.
Die Erfindung ist ferner auch in Fällen einsetzbar, bei denen ein Sensor keine Offsetabweichung zeigen sollte, jedoch ein Nullpunktabstand ΔO vorliegt. In diesem Fall wird vom aktu- eilen Sensorpegel lediglich der Wert ΔO subtrahiert, d.h. der minimale Nutzsignalpegel auf Null verschoben, und anschließend eine Multiplikation durchgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bearbeiten und Speichern von Sensorsignalen, bei dem a) das analoge Sensorsignal einer Analog/Digital- Wandlung mit einer bestimmten Bitzahl unterzogen wird, b) von dem digitalisierten Signal ein Wert subtrahiert wird, der im wesentlichen einem Offsetwert und/oder einem Nullpunktabstandswert (ΔO) entspricht, c) der bei dem vorhergehenden Schritt erhaltene Wert mit einem Faktor von mehr als 1 multipliziert wird, und d) der beim vorhergehende Schritt erhaltene Wert mit verringerter Bitzahl gespeichert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schritt b) vor dem Schritt c) ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t, daß die Subtraktion derart ausgeführt wird, daß der minimale Sensor-Nutzsignalpegel auf Null oder einen nahe bei Null liegenden Wert verschoben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Schritt a) eine Analog/Digital-Wandlung mit 10 Bit ausgeführt wird und das Ergebnis beim Schritt d) mit 8 Bit gespeichert wird.
5. Signalerfassungsvorrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystem, mit einem Sensor (1), einem Analog/Digital-Wandler (2) und einer mit dem Ausgang des Analog/Digital-Wandlers (2) verbundenen Auswerteschaltung (3) , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswerteschaltung (3) einen Subtrahierabschnitt zum Subtrahieren ei- nes Werts von dem digitalisierten Sensorsignal, der im wesentlichen einem Offsetwert und/oder einem Nullpunktabstandswert (ΔO) entspricht, einen Multiplizierabschnitt zum Multi- plizieren des erhaltenen Werts mit einem Faktor von mehr als 1, und einen Speicher (4) zum Speichern des multiplizierten Werts mit geringerer Bitzahl umfaßt.
6. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Multiplizierabschnitt vor dem Subtrahierabschnitt angeordnet ist und das digitale Sensorsignal mit einem Faktor von mehr als 1 multipliziert, und der Subtrahierabschnitt von dem hierbei erhaltenen Wert den Subtraktionswert abzieht, der in diesem Fall dem mit dem Faktor multiplizierten Offsetwert und/oder Nullpunktabstands- wert entspricht, und daß der Speicher (4) das Subtraktionsergebnis mit verringerter Bitzahl speichert.
7. Signalerfassungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Faktor dem Wert 2 oder einer Potenz von 2 entspricht.
8. Signalerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Multiplikation durch Verschiebung des in einem Register gespeicherten, zu multiplizierenden Werts in Richtung zu höherer Bitwertigkeit erfolgt und/oder durch eine Summation oder Subtraktion des in Richtung zu niedriger Bitwertigkeit verscho- benen Werts und des unverschobenen oder in Richtung zu höherer Bitwertigkeit verschobenen Werts erfolgt.
9. Signalerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche
5 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Subtra- hierabschnitt und Multiplizierabschnitt in einem Prozessor (3) enthalten und softwaretechnisch realisiert sind.
10. Signalerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Sensor (1) ein Beschleunigungssensor ist.
EP00954351A 1999-07-20 2000-07-20 Verfahren zum bearbeiten und speichern von sensorsignalen, und entsprechend ausgelegte signalerfassungsvorrichtung Withdrawn EP1212209A2 (de)

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