JP6072112B2 - センサシステム - Google Patents
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Description
図1は測定される測定量の迅速な変化を表すステップ関数の図である。図のx軸は秒において時間を示し、y軸は測定される測定量を示し、この特定のケースでは相対湿度RH(t)は%で表されている。したがってt=0では、相対湿度RHは20%から80%へ増加する。図の他のグラフは相対湿度のステップ関数stに応答して相対湿度センサにより与えられる時間にわたるセンサ信号を示している。これらのグラフから、湿度センサは測定の変化に直ちに従うことができず、応答時間とも呼ばれる遅延によって80%の新しい相対湿度に接近することが導かれる。種々のグラフは摂氏による異なる周囲温度を受けたセンサ信号を表す。基本的に、周囲温度が高い程、センサ信号の応答時間は速くなる。周囲温度が低い程、センサ信号の応答時間は長くなる。
以下は湿度センサのモデル化について説明しており、そのモデル化から適切な補償装置が得られることができる。このような補償装置は実際のセンサに対して下流に設けられることができ、このようなセンサにより出力されるセンサ信号の力学を補償する。
G2(s)=KS+1/(T1s+1)(T2s+1) (式1)
ここで、sは複素ラプラス変数を示し、K、T1、T2は識別される定数である。T1とT2はそれぞれの拡散プロセスの時定数であり、Kは2つのプロセス間の結合を規定する。伝達関数G(s)は通常次式による周波数ドメインのセンサの特徴を示している。
RHsensor(s)=G(s)+RH(s)
湿度センサのハウジングが非常に複雑であるので、付加的な極とゼロが付加されることができ、湿度センサの伝達関数はしたがって修正されることができる。
G1(s)=1/(T1s+1) (式2)
このようなモデルは例えばハウジングへの拡散プロセスが無視されるように湿度センサがハウジングを含まないならば、または2つの拡散プロセスの一方、即ち外からハウジングへまたはハウジングからセンサ素子への拡散プロセスが他方よりも優勢であり、それによって伝達関数が優勢な拡散プロセスのみにより概算されることができるならば十分である。
x1(t)とx2(t)は二次センサモデルの内部状態を示し、
v(t)は時間tにわたるセンサモデル出力を示す。
x(t)は一次センサモデルの内部状態を示し、
v(t)は時間tにわたるセンサモデル出力を示す。
次のステップでは、図2からの補償装置3が決定され実行される。湿度センサ1が二次モデルによりモデル化されるとき、有効に、補償装置も二次モデルによってモデル化される。周波数ドメインにおいて補償装置としても示されるこのような二次補償フィルタ3の伝達関数C2(s)は次式により表されることができる。
G2(s)=(T1s+1)(T2s+1)/(Ks+1)(Ps+1) (式3)
一次センサモデルが適用されるならば、後続する一次補償フィルタが提案され、これは次式により周波数ドメインで伝達関数C1(s)により表されることができる。
G1(s)=(T1s+1)/(Ps+1) (式4)
両モデルについて、sは複素ラプラス変数を示し、K、T1、T2はセンサモデルを決定するときに識別された定数である。
RHcompensated(s)=C(s)*RHsensor(s)
好ましくは、補償フィルタの伝達関数C(s)はセンサモデル伝達関数G(s)に対する反転であり、即ち拡散関数であり、それによって次式になる。
C(s)=1/G(s)
項(Ps+1)は関数を物理的に応用可能にするために補償装置の伝達関数で導入される。パラメータPはフィルタ関数上の衝撃を低く維持するために小さくされているが、測定雑音を濾波するために使用されることができる。
x1(t)とx2(t)は二次補償フィルタの内部状態を示し、
y(t)は図2による補償されたセンサ信号、即ちRHcompensated(t)
を示す。
x(t)は二次補償フィルタの内部状態を示し、
y(t)は図2の補償されたセンサ信号、即ちRHcompensated(t)を示す。
G1(s)=1/(T1s+1)
パラメータT1が決定される必要がある。センサモデルの出力は図5に示されているように実際のセンサ出力に最良に適合するようにパラメータT1を決定するため、一次タイプのセンサモデルは先に説明された式にしたがって時間ディスクリート状態スペースで制御装置において実行される。
G1(s)=1/(8s+1)
時間ディスクリートドメインにおけるその表示は、以下のようになる。
v(k)=0.1667x(k)+0・w(k)
x(0)=(0.9211/(1-0.8465))w(0)
センサが最初にパラメータの第1の値でモデル化されることができるように、方法は変更されることができる。第1のパラメータ値を有するモデルに基づくセンサ出力の偏差が大き過ぎるならば、パラメータに対して別の値が選択される。反復して、センサモデル出力と実際のセンサ信号との間に十分な類似性があり、即ちこれらの2つの間の偏差はしきい値より低いと考えられる限り、同数のパラメータ値が選択される。
C2(s)=(T1s+1)/(Ps+1)
上記説明による時間ディスクリート状態スペースにおける表示は以下のようになる。
x(k+1)=0.3679・x(k)+0.6321・u(k)
y(k)=8.0・x(k)+−7.0・u(k)
x(0)=(0.6321/(1-0.3679))u(0)
補償装置は測定されたデータで有効にされることができる。Pは信号対雑音比SNRにおいて最良の性能に調節されることができる。
G2(s)=Ks+1/(T1s+1)(T2s+1)
パラメータT1、T2、Kが決定される必要がある。センサモデルの出力が図6の(a)に示されているように実際のセンサ出力に最良に適合するようにパラメータを決定するため、センサモデルは先に与えられた式にしたがって時間ディスクリート状態スペースでマイクロ制御装置において実行される。パラメータの初期値が選択され、センサモデルの出力が実際のセンサのセンサ信号に最良に適合するように反復方法でパラメータは設定される。図6の(a)では、異なるパラメータ設定で実行されるセンサモデルの多数の出力が示されている。T1=16、T2=155、K=90のパラメータ設定が最良に適合することが得られることができる。このようなパラメータ設定では、時間ディスクリート状態スペースのセンサモデルの説明は終了する。
G2(s)=(16s+1)(155s+1)/(90s+1)(20s+1)
この補償モデルは次式により時間ディスクリートな状態スペースで説明されることができる。
G2(s,T)=(Ks+1)/(T1(T)s+1)(T2(T)s+1)
ここで、Tは温度である。
G2(s,T)=(T1(T)s+1)(T2(T)s+1)/(Ks+1)(Ps+1)
時間連続状態スペースでは、次式は温度依存補償装置を表している。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]センサシステムにおいて、
温度以外の測定を表すセンサ信号を与えるセンサを具備し、前記センサ信号のダイナミックコンポーネントは温度に依存しており、前記センサシステムはさらに、
温度信号を与える温度センサと、
前記センサ信号と前記温度信号を受信する補償フィルタとを具備し、前記補償フィルタは前記温度信号にしたがって前記センサ信号の前記ダイナミックコンポーネントを調節し、補償されたセンサ信号を出力するように設計されているセンサシステム。
[2]前記補償フィルタは、温度の連続的な補償モデルを含んでいる前記[1]記載のセンサシステム。
[3]前記補償フィルタは、多数の異なる補償モデルを含み、各補償モデルは温度の部分的な範囲に関連され、各補償モデル自体は温度変化に対して不変である前記[1]記載のセンサシステム。
[4]前記補償フィルタは前記温度信号が含まれる部分的範囲を決定し、前記決定された部分的範囲に関連される前記補償モデルを適用するように構成されている前記[3]記載のセンサシステム。
[5]前記センサは湿度センサである前記[1]乃至[4]のいずれか1つに記載のセンサシステム。
[6]前記湿度センサと温度センサは窓ガラスの曇りを検出するためにビークルの窓ガラスの近くに配置されている前記[5]記載のセンサシステム。
[7]温度を感知し、
温度以外の測定を表すセンサ信号を与え、前記センサ信号のダイナミックコンポーネントは温度に依存し、
前記センサ信号の前記ダイナミックコンポーネントを前記感知された温度にしたがって調節し、
補償されたセンサ信号を与えるステップを含んでいるセンサ信号の調節方法。
[8]前記センサ信号のダイナミックコンポーネントは温度の連続的な補償モデルを適用することによって調節される前記[7]記載の方法。
[9]前記センサ信号の前記ダイナミックコンポーネントは、多数の異なる補償モデルを適用することによって調節され、各補償モデルは温度の部分的範囲に関連付けられ、各補償モデル自体は温度の変化に対して不変である前記[7]記載の方法。
[10]前記感知された温度が含まれている温度の部分的範囲が決定され、前記決定された温度の部分的距離に関連される前記補償モデルが前記センサ信号に適用される前記[9]記載の方法。
[11]前記センサ信号は測定された湿度を表し、前記補償されたセンサ信号はビークルの曇り止め応用で使用される前記[7]乃至[10]のいずれか1つに記載の方法。
[12]伝達関数により特徴付けされているセンサのセンサモデルを構築し、
前記センサモデルの前記伝達関数の反転に基づいて前記補償フィルタをモデル化し、
温度依存項を前記補償フィルタに適用するステップを含んでいる前記[1]乃至[6]のセンサシステムで使用するための補償フィルタの構築方法。
[13]前記センサモデルのパラメータは、第1の値をこのようなパラメータに割当て、このような第1のパラメータ値で構成される前記センサ信号の前記出力を前記実際のセンサの前記センサ信号と比較し、前記実際のセンサの前記センサ信号からの前記センサモデルの出力の前記偏差がしきい値よりも低いとき前記パラメータの前記第1の値を受取るステップにより行われる前記[12]記載の方法。
[14]新しい値を前記パラメータに割当て、このような新しいパラメータ値で構成されるセンサモデルの前記出力を前記実際のセンサの前記センサ信号と比較するルーチンは、前記偏差が前記しきい値に依然として達していない限り反復して適用される前記[13]記載の方法。
[15]前記センサモデルについて受取られた前記パラメータ値は前記補償フィルタに適用される前記[12]乃至[14]のいずれか1つに記載の方法。
[16]前記センサモデルの前記伝達関数の前記大きさは前記実際のセンサの拡散特性にしたがって選択され、前記センサモデルの伝達関数に対して選択された前記同じ大きさは前記補償フィルタの前記伝達関数に適用される前記[12]乃至[15]のいずれか1つに記載の方法。
[17]センサ信号を調節するためのコンピュータプログラムエレメントにおいて、
前記コンピュータプログラムエレメントは、
温度信号を受信し、
温度以外の測定を表すセンサ信号を受信し、前記センサ信号のダイナミックコンポーネントは温度に依存しており、
前記センサ信号の前記ダイナミックコンポーネントを前記感知された温度にしたがって調節し、
補償されたセンサ信号を与えるためにコンピュータにより実行可能なコンピュータプログラム命令を含んでいるコンピュータプログラムエレメント。
Claims (9)
- センサシステムにおいて、
温度以外の測定を表すセンサ信号を与えるセンサを具備し、前記センサ信号のダイナミック成分は温度に依存しており、前記センサシステムはさらに、
温度信号を与える温度センサと、
前記センサ信号と前記温度信号を受信する補償フィルタとを具備し、前記補償フィルタは前記温度信号にしたがって前記センサ信号の前記ダイナミック成分を調節し、補償されたセンサ信号を出力するように設計されており、
前記補償フィルタは、温度の連続的な補償モデルを含み、
前記センサは湿度センサであり、
前記センサはハウジングを備え、
前記センサはセンサ素子を備え、
前記補償フィルタは、前記センサのセンサモデルの伝達関数の反転に基づいてモデル化され、
前記センサモデルは、2つの拡散プロセスを表す二次モデルであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第1の拡散プロセスは、外部から前記ハウジングへの湿度の拡散プロセスであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第2の拡散プロセスは、前記ハウジング内から前記センサ素子への湿度の拡散プロセスである、センサシステム。 - 前記湿度センサと温度センサは窓ガラスの曇りを検出するためにビークルの窓ガラスの近くに配置されている、請求項1記載のセンサシステム。
- 温度を感知し、
温度以外の測定を表すセンサ信号を与え、前記センサ信号のダイナミック成分は温度に依存し、
前記センサ信号の前記ダイナミック成分を前記感知された温度にしたがって調節し、
補償されたセンサ信号を与えるステップを含み、
前記センサ信号は測定された湿度を表し、
前記センサ信号のダイナミック成分は温度の連続的な補償モデルを適用することによって調節され、
センサはハウジングを備え、
前記センサはセンサ素子を備え、
補償フィルタは、前記センサのセンサモデルの伝達関数の反転に基づいてモデル化され、
前記センサモデルは、2つの拡散プロセスを表す二次モデルであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第1の拡散プロセスは、外部から前記ハウジングへの湿度の拡散プロセスであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第2の拡散プロセスは、前記ハウジング内から前記センサ素子への湿度の拡散プロセスである、センサ信号の調節方法。 - 前記補償されたセンサ信号はビークルの曇り止め応用で使用される請求項3記載の方法。
- 前記センサのセンサモデルを構築し、ここで、前記センサモデルは伝達関数により特徴付けられている、
前記補償フィルタのモデル中の温度依存項を使用することにより、前記センサモデルの前記伝達関数の反転に基づいて前記補償フィルタをモデル化するステップを含み、
前記センサはハウジングを備え、
前記センサはセンサ素子を備え、
前記補償フィルタは、前記センサのセンサモデルの伝達関数の反転に基づいてモデル化され、
前記センサモデルは、2つの拡散プロセスを表す二次モデルであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第1の拡散プロセスは、外部から前記ハウジングへの湿度の拡散プロセスであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第2の拡散プロセスは、前記ハウジング内から前記センサ素子への湿度の拡散プロセスである、請求項1のセンサシステムで使用するための補償フィルタの構築方法。 - 前記センサモデルのパラメータは、
第1の値を前記パラメータに割当て、
前記第1の値で構成される前記センサモデルの出力を実際のセンサのセンサ信号と比較し、
前記実際のセンサの前記センサ信号からの前記センサモデルの出力の偏差がしきい値よりも低いとき前記パラメータの前記第1の値を受取ることにより、
決定される請求項5記載の補償フィルタの構築方法。 - 新しい値を前記パラメータに割当て、このような新しいパラメータ値で構成されるセンサモデルの出力を前記実際のセンサのセンサ信号と比較するルーチンは、偏差が前記しきい値に依然として達していない限り反復して適用される請求項6記載の補償フィルタの構築方法。
- 前記センサモデルについての受取られた前記パラメータ値は前記補償フィルタに適用される請求項6または7記載の補償フィルタの構築方法。
- センサ信号を調節するためのコンピュータプログラムにおいて、
前記コンピュータプログラムは、
温度センサにより与えられた温度信号と、温度以外の測定を表す、センサにより与えられたセンサ信号とを補償フィルタにより受信し、ここで、前記センサ信号のダイナミック成分は温度に依存している、
前記センサ信号の前記ダイナミック成分を前記受信された温度信号にしたがって調節し、
補償されたセンサ信号を与える、
ように、コンピュータにより実行可能な命令を含み、
前記補償フィルタは、温度の連続的な補償モデルを含み、
前記センサは湿度センサであり、
前記センサはハウジングを備え、
前記センサはセンサ素子を備え、
前記補償フィルタは、前記センサのセンサモデルの伝達関数の反転に基づいてモデル化され、
前記センサモデルは、2つの拡散プロセスを表す二次モデルであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第1の拡散プロセスは、外部から前記ハウジングへの湿度の拡散プロセスであり、前記2つの拡散プロセスのうちの第2の拡散プロセスは、前記ハウジング内から前記センサ素子への湿度の拡散プロセスである、コンピュータプログラム。
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