WO2021121827A1

WO2021121827A1 - Verfahren, computerprogramm, elektronisches speichermedium und vorrichtung zur überwachung eines sensorsystems.

Info

Publication number: WO2021121827A1
Application number: PCT/EP2020/082369
Authority: WO
Inventors: Michael Roelleke
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2021-06-24
Also published as: DE102019219820A1; CN114829879A

Abstract

Verfahren (100) zum Überwachen eines Sensorsystems, wobei das Sensorsystem mindestens 3 Sensoren umfasst, wobei die mindestens 3 Sensoren dieselbe Messgröße erfassen, mit den Schritten: Erfassen (101) von Sensorsignale der mindestens 3 Sensoren; Bestimmen (102) des Minimums und des Maximums der erfassten Sensorsignale; Erkennen (103) eines defekten Sensors in Abhängigkeit von dem Verhältnis des bestimmten Verhältnisses.

Description

Beschreibung

Titel

Verfahren, Computerprogramm, elektronisches Speichermedium und Vorrichtung zur Überwachung eines Sensorsystems.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm, ein elektronisches Speichermedium sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines Sensorsystems.

Stand der Technik

Überwachungskonzepte sind lange in der Industrie bekannt, sie haben vielfache Anwendung z. B. bei Kernkraftwerken oder Flugzeugen. Für viele Anwendungen ist der Mensch der Beobachter und Entscheider. In der Literatur sind diese Systeme auch generell beschrieben worden.

So z. B. in Isermann, R. (2010). Fault-Diagnossi Systems: An Introduction from Fault Detection. London: Springer.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Sensorsystems, wobei das Sensorsystem mindestens drei Sensoren umfasst, wobei die mindestens drei Sensoren dieselbe Messgröße erfassen. Das Verfahren umfasst die nachstehenden Schritte.

Erfassen von Sensorsignale der mindestens drei Sensoren.

Bestimmen des Minimums und des Maximums der erfassten Sensorsignale. Erkennen eines defekten Sensors in Abhängigkeit von dem Verhältnis des bestimmten Verhältnisses.

Die Erfindung kann eingesetzt werden zur Überwachung von Sensorsystemen mit mindestens drei Sensoren. Eine Erweiterung auf Systeme mit mehr als drei Sensoren ist ohne Weiteres möglich.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das überwachte Sensorsystem mindestens drei Sensoren, die dieselbe Messgröße erfassen. Die Sensoren können identisch aufgebaut sein. Für die Erfindung ist dies allerdings nicht zwingend erforderlich.

Wesentlich ist vielmehr, dass die Sensoren dieselbe Messgröße erfassen und dass Unterschiede in den erfassten Messgrößen primär auf die sensorspezifischen Toleranzen zurückzuführen sind.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass in einem Sensorsystem mit mindestens drei Sensoren, die Sensorsignale der erfassten Messgröße innerhalb der durch die sensorspezifischen Toleranzen aufgespannten Grenzen zu finden sein müssen. Abweichungen treten dann auf, wenn einer der mindestens drei Sensoren defekt ist. Befinden sich alle erfassten Sensorsignale innerhalb der aufgespannten Grenzen sind alle Sensoren in Ordnung.

Nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Schritt des Erkennens die erfassten Sensorsignale paarweise miteinander verglichen werden, wenn das bestimmte Verhältnis einen vorgegeben Schwellenwert überschreitet, wobei der paarweise Vergleich in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Schwellenwert erfolgt.

Nach dieser Ausführungsform ist das Überwachungsverfahren der vorliegenden Erfindung zweistufig aufgebaut. In einer ersten Stufe wird das Verhältnis zwischen dem Minimum und dem Maximum der aktuell erfassten Sensorsignale bestimmt. Dieses Verhältnis wird im Wesentlichen durch die Toleranzen der mindestens drei Sensoren des überwachten Sensorsystems festgelegt. Überschreitet das Verhältnis den vorgegebenen Schwellenwert für das Verhältnis zwischen dem erfassten Minimum und dem erfassten Maximum, so tritt das Verfahren in die zweite Stufe ein.

In der zweiten Stufe erfolgt ein paarweiser Vergleich der erfassten Sensorsignale.

Bei drei Sensoren können drei Fälle auftreten, bei dem jeweils ein Sensorsignal außerhalb des vorgegebenen Schwellenwerts für die Toleranzen der Sensoren liegt. Bei mehr als drei Sensoren können entsprechend mehr Fälle auftreten. Dementsprechend sind mehr paarweise Vergleiche zu tätigen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, welches derart eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung eines Sensorsystem umfassend mindestens drei Sensoren. Die mindestens drei Sensoren erfassen dabei dieselbe Messgröße. Die Vorrichtung ist dabei dazu eingerichtet, alle Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.

Nachfolgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung; Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens 100 der vorliegenden Erfindung.

In Schritt 101 werden Sensorsignale von mindestens drei Sensoren eines Sensorsystems erfasst. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die mindestens drei Sensoren dieselbe Messgröße erfassen. Dabei müssen die drei Sensoren nicht zwingend identisch aufgebaut sein. Die mindestens drei Sensoren liefern dabei mindestens drei Sensorsignale der erfassten Messgröße. Unter der Annahme, dass die Sensorsignale der Sensoren lediglich in den sensorspezifischen Toleranzgrenzen voneinandern abweichen, kann nachfolgend eine Auswertung der Sensorsignale zur Überwachung des Sensorsystems, genauer zur Erkennung eines defekten Sensors erfolgen.

In Schritt 102 werden zunächst das Minimum und das Maximum der erfassten Sensorsignale bestimmt und dann ins Verhältnis zueinander gesetzt. Effiziente Verfahren zur bestimmen des Minimums und des Maximums sind dem einschlägigen Fachmann bekannt und nicht Kern der vorliegenden Erfindung. Die Bestimmung des Verhältnisses zueinander kann durch Division erfolgen. Das bestimmte Verhältnis repräsentiert somit ein Maß für die Varianz der Sensorsignale.

In Schritt 103 erfolgt das Erkennen eines defekten Sensors in Abhängigkeit von dem bestimmten Verhältnis. Dazu kann das bestimmte Verhältnis mit einem vorgegebenen Toleranzschwellenwert das Verhältnis verglichen werden. Der Toleranzschwellenwert kann einerseits unter Berücksichtigung der sensorspezifischen Toleranzen und andererseits unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Genauigkeit der nachfolgenden Verwendung der erfassten Messgröße bzw. der Sensorsignale vorgegeben werden.

Liegt das bestimmte Verhältnis, mithhin die Varianz der Sensorsignale, außerhalb des Rahmens der Toleranzgrenzen, mithin oberhalb des Schwellenwerts für die Toleranz, so ist dies ein Anzeichen für einen defekten Sensor. Im Rahmen des Schritts 103 des Erkennens des defekten Sensors kann dann ein paarweiser Vergleich der erfassten Sensorsignale erfolgen, mit dem Ziel dasjenige Sensorsignal zu identifizieren, das außerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen liegt und somit denjenigen Sensor zu identifizieren, der defekt ist.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mittels Software oder Hardware umgesetzt werden. Nachfolgend ist eine mögliche Implementierung in Form von Pseudocode angegeben, die einerseits die Bestimmung des Verhältnisses und andereseits den paarweisen Vergleich der Sensorsignale wiedergibt.

THD := 10 %; // (Sensortoleranz, 10 % ist hier beispielhaft)

Sensor_variation := min(|a|,|b|,|c|) / max(|a|,|b|,|c|));

If (Sensor_variation < THD)

{ return Sensoren-OK; // Alle Sensoren innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen }

Else

{// paarweiser Vergleich mit Abfrage auf vorgegebene Toleranzgrenzen Case_a: ((min (|a|,|b|) / max (|a|,|b|) > THD) | ((min (|a|,|c|) / max (|a|,|c|) > THD)) & ((min (|b|,|c|) / max (|a|,|c|) < THD); // Sensor a außerhalb der der Sensorgrenzen

Case_b: (((min (|a|,|b|) / max (|a|,|b|) > THD) | ((min (|b|,|c|) / max (|a|,|c|) > THD)) & ((min (|a|,|c|) / max (|a|,|c|) < THD); // Sensor b außerhalb der der Sensorgrenzen

Case_c: (((min (|b|,|c|) / max (|a|,|c|) >THD) | ((min (|a|,|c|) / max (|a|,|c|) > THD)) & ((min (|a|,|b|) / max (|a|,|b|) < THD); // Sensor c außerhalb der der Sensorgrenzen }

Claims

Ansprüche

1. Verfahren (100) zum Überwachen eines Sensorsystems, wobei das Sensorsystem mindestens 3 Sensoren umfasst, wobei die mindestens 3 Sensoren dieselbe Messgröße erfassen, mit den Schritten:

Erfassen (101) von Sensorsignale der mindestens 3 Sensoren;

Bestimmen (102) des Verhältnisses des Minimums und des Maximums der erfassten Sensorsignale;

Erkennen (103) eines defekten Sensors in Abhängigkeit von dem bestimmten Verhältnis.

2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei im Schritt des Erkennens die erfassten Sensorsignale paarweise miteinander verglichen werden, wenn das bestimmte Verhältnis einen vorgegeben Schwellenwert überschreitet, wobei der paarweise Vergleich in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Schwellenwert erfolgt.

3. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

4. Elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 3 gespeichert ist.

5. Vorrichtung zur Überwachung eines Sensorsystem umfassend mindestens 3 Sensoren, wobei die mindestens 3 Sensoren dieselbe Messgröße erfassen, welche eingerichtet ist alle Schritte eines Verfahrens (100) nach Anspruch 1 oder 2 auszuführen.