WO2021121828A1 - Verfahren, computerprogramm, elektronisches speichermedium und vorrichtung zur überwachung eines sensorsystems - Google Patents

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WO2021121828A1
WO2021121828A1 PCT/EP2020/082372 EP2020082372W WO2021121828A1 WO 2021121828 A1 WO2021121828 A1 WO 2021121828A1 EP 2020082372 W EP2020082372 W EP 2020082372W WO 2021121828 A1 WO2021121828 A1 WO 2021121828A1
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sensors
sensor system
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PCT/EP2020/082372
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Michael Roelleke
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • G01D1/00—Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application
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    • 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
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves

Definitions

  • the present invention relates to a method, a computer program, an electronic storage medium and a device for monitoring a sensor system.
  • a typical reaction strategy when an error is detected is an automatic switchover so that the defective part of the sensor system is decoupled.
  • the present invention creates a method for monitoring a sensor system.
  • the sensor system includes comprises at least three sensors.
  • the at least three sensors record the same measured variable.
  • the procedure includes the following steps.
  • the detection can take place by means of a module that is external to the sensor system.
  • the sensor offset can be observed, for example.
  • the defect of a sensor is discovered with a certain time lag. Then the defective sensor had already influenced the output of the sensor module.
  • a signal jump is determined as a function of a sensor signal of the detected defective sensor.
  • the advantage of the present invention is that the influence of the error introduced by the defective sensor is continuously reduced to zero. This prevents signal jumps that can have a negative effect on the subsequent signal chains.
  • the adaptation takes place within a predetermined time.
  • a time is specified for the continuous reduction of the influence of the defective sensor. So can the system guarantee a maximum time for an error-prone output.
  • the following signal chain can be formed based on this guarantee. This can effectively contribute to increasing the security of the overall system.
  • the step of determining the signal jump is determined as the difference between a mean value comprising the sensor signal of the defective sensor of the at least three sensors and a mean value of the sensor signals of the remaining non-defective sensors of the at least three sensors.
  • the output value is formed as a mean value as a function of sensor signals from the at least three sensors.
  • the formation of an average value as an output leads to an improvement in the signal quality.
  • Another aspect of the present invention is a computer program which is set up to carry out all steps of the method according to the present invention.
  • Another aspect of the present invention is an electronic storage medium on which the computer program according to the present invention is stored.
  • Another aspect of the present invention is a device for monitoring a sensor system comprising at least three sensors.
  • the at least three sensors record the same measured variable.
  • the device is set up to carry out all steps of the method according to the present invention.
  • Fig. 2 shows a signal graph
  • FIG. 1 shows a flow chart of an embodiment of the method 100 of the present invention.
  • a defective sensor is identified in a sensor system comprising at least three sensors. It is essential that the three sensors detect the same measured variable and that the sensor signals of the at least three sensors are taken into account for the output of the sensor system. This can be taken into account in the form of a mean value formation.
  • the detection can take place by means of a module that is external to the sensor system.
  • the sensor offset can be observed, for example.
  • the defect of a sensor is discovered with a certain time lag. Then the defective sensor had already influenced the output of the sensor module.
  • a signal jump is determined as a function of a sensor signal from the sensor determined to be defective.
  • the signal jump can be determined as the difference between an average value comprising the sensor signal of the defective sensor of the at least three sensors and an average value of the sensor signals of the remaining non-defective sensors of the at least three sensors.
  • the output value of the sensor system is adapted as a function of the determined signal jump.
  • the influence of the error introduced by the defective sensor can be continuously reduced to zero. This prevents signal jumps that can have a negative effect on the subsequent signal chain.
  • the continuous reduction of the Influence take place, for example, by means of a function.
  • the function can be a linear function. It is essential for the function that it is a continuous function, so that the aim of the present invention, namely the prevention of signal jumps, is effectively achieved.
  • FIG. 2 shows a signal graph 200, on the basis of which the present invention can be explained in detail.
  • the sensor signals of sensors a solid
  • b dashed
  • c dotted
  • the output of the sensor system is the mean value MW3 (bold) of the sensor signals from sensors a, b, c.
  • sensor a is defective.
  • the defect is recognized at time to and sensor a is no longer taken into account. This can be seen from the crash of the sensor signal line a.
  • the effects on the output of the sensor system as mean value MW3 can be clearly read from the graph.
  • the mean value MW3 has a clear signal jump at time to.
  • the mean value MW (2) is assigned a correction value Diff (square) based on the sensor signals from the remaining sensors b and c.
  • the correction value Diff is derived from the difference between the mean value MW3 and the mean value MW (2) at the point in time to the detection of the defective sensor a. This value is continuously reduced towards zero.

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Abstract

Verfahren (100) zur Fehlerbehandlung für einen Sensorsystem, wobei das Sensorsystem mindestens 3 Sensoren umfasst, wobei die mindestens 3 Sensoren dieselbe Messgröße erfassen, mit den Schritten: Erkennen (101) eines defekten Sensors aus den mindestens 3 Sensoren; Ermitteln (102) eines Signalsprungs in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des erkannten defekten Sensors; Anpassen (103) eines Ausgabewerts des Sensorsystems in Abhängigkeit von dem ermittelten Signalsprung.

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-Diagnosis Systems: An Introduction from Fault Detection. London: Springer.
Eine typische Reaktionsstrategie bei der Erkennung eines Fehlers ist eine automatische Umschaltung, sodass der fehlerhafte Teil des Sensorsystems abgekoppelt wird.
Bei der Umschaltung kann es allerdings zu unerwünschten Signalsprüngen kommen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Sensorsystems. Das Sensorsystem umfasst dabei mindestens drei Sensoren umfasst. Die mindestens drei Sensoren erfassen dieselbe Messgröße.
Das Verfahren umfasst die nachstehenden Schritte.
Erkennen eines defekten Sensors aus den mindestens 3 Sensoren.
Die Erkennung kann dabei mittels eines in Bezug auf das Sensorsystem externes Moduls erfolgen. Dabei kann bspw. der Sensoroffset beobachtet werden. Typischerweise wird der Defekt eines Sensors mit einem gewissen Zeitversatz entdeckt. Dann hatte der defekte Sensor bereits Einfluss auf die Ausgabe des Sensormoduls genommen.
Würde der defekte Sensor unmittelbar nicht mehr bei der Ausgabe des Sensorsystems berücksichtigt werden, so kann es zu ungewollten Signalsprüngen kommen, die sich nachteilig auf die nachfolgenden Signalketten auswirken können.
Daher erfolgt im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung im nächsten Schritt ein Ermitteln eines Signalsprungs in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des erkannten defekten Sensors.
Sowie dann, ein Anpassen eines Ausgabewerts des Sensorsystems in Abhängigkeit von dem ermittelten Signalsprung.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Einfluss durch den durch den defekten Sensor eingebrachten Fehler kontinuierlich auf null reduziert wird. Dadurch werden Signalsprünge verhindert, die sich negativ auf die nachfolgenden Signalketten auswirken können.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgt im Schritt des Anpassens die Anpassung innerhalb einer vorgegebenen Zeit.
Nach dieser Ausführungsform wird für die kontinuierliche Reduzierung des Einflusses des defekten Sensors eine Zeit vorgegeben. So kann das System eine maximale Zeit für eine fehlerbehaftete Ausgabe garantieren. Basierend auf dieser Garantie kann die nachfolgende Signalkette gebildet werden. Dies kann effektiv zu einer Erhöhung der Sicherheit des Gesamtsystems beitragen.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird im Schritt des Ermittelns der Signalsprung als Differenz zwischen einem Mittelwert umfassend das Sensorsignal des defekten Sensors der mindestens drei Sensoren und einem Mittelwert der Sensorsignale der verbleibenden nicht defekten Sensoren der mindestens drei Sensoren ermittelt.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird der Ausgabewert als Mittelwert in Abhängigkeit von Sensorsignalen der mindestens drei Sensoren gebildet wird.
Nach dieser Ausführungsform führt die Bildung eines Mittelwerts als Ausgabe zur einer Verbesserung der Signalqualität.
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 Sensorsystems 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 zeigen: Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Signalgraphen.
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens 100 der vorliegenden Erfindung.
In Schritt 101 erfolgt die Erkennung eines defekten Sensors in einem Sensorsystem umfassend mindestens drei Sensoren. Wesentlich ist dabei, dass die drei Sensoren dieselbe Messgröße erfassen und dass zur Ausgabe des Sensorsystems die Sensorsignale der mindestens drei Sensoren berücksichtigt werden. Eine Berücksichtigung kann dabei in Form einer Mittelwertbildung erfolgen.
Die Erkennung kann dabei mittels eines in Bezug auf das Sensorsystem externes Moduls erfolgen. Dabei kann bspw. der Sensoroffset beobachtet werden. Typischerweise wird der Defekt eines Sensors mit einem gewissen Zeitversatz entdeckt. Dann hatte der defekte Sensor bereits Einfluss auf die Ausgabe des Sensormoduls genommen.
In Schritt 102 erfolgt die Ermittlung eines Signalsprungs in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des als defekt ermittelten Sensors. Die Ermittlung des Signalsprungs kann als Differenz zwischen einem Mittelwert umfassend das Sensorsignal des defekten Sensors der mindestens drei Sensoren und einem Mittelwert der Sensorsignale der verbleibenden nicht defekten Sensoren der mindestens drei Sensoren erfolgen.
In Schritt 103 erfolgt die Anpassung des Ausgabewerts des Sensorsystems in Abhängigkeit von dem ermittelten Signalsprung. Dabei kann zur Anpassung des Ausgabewertes der Einfluss durch den durch den defekten Sensor eingebrachten Fehler kontinuierlich auf null reduziert wird. Dadurch werden Signalsprünge verhindert, die sich negativ auf die nachfolgende Signalkette auswirken können. Durch die Ermittlung des Signalsprungs kann die kontinuierliche Reduktion des Einflusses bspw. mittels einer Funktion erfolgen. Bei der Funktion kann es sich um eine lineare Funktion handeln. Wesentlich bei der Funktion ist, dass es sich um eine stetige Funktion handelt, sodass das Ziel der vorliegenden Erfindung, nämlich die Verhinderung von Signalsprüngen effektiv erreicht wird.
Figur 2 zeigt einen Signalgraphen 200, an dessen die vorliegende Erfindung im Detail erläutert werden kann.
Aus dem Graphen sind zunächst die Sensorsignale der Sensoren a (durchgezogen), b (gestrichelt) und c (gepunktet) erkennbar. Die Ausgabe des Sensorsystems ist im dargestellten Beispiel der Mittelwert MW3 (fett) der Sensorsignale der Sensoren a, b, c.
In dem dargestellten Graphen ist Sensor a defekt. Zum Zeitpunkt to wird der Defekt erkannt und Sensor a wird nicht weiter berücksichtigt. Erkennbar ist dies an dem Absturz der Sensorsignallinie a.
Die Auswirkungen auf die Ausgabe des Sensorsystems als Mittelwert MW3 ist deutlich aus dem Graphen ablesbar. Der Mittelwert MW3 weist zum Zeitpunkt to einen deutlichen Signalsprung auf.
Die alternative Strategie, die Ausgabe des Sensorsystems als Mittelwert MW(2er) (gestrichpunktet) basierend auf den Sensorsignalen der verbleibenden Sensoren b und c zu bilden, führt offensichtlich ebenfalls zu einem Signalsprung.
An dieser Stelle setzt das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein, die zu einem korrigierten Mittelwert MW2_corr (gedreieckt) führt. Dazu wird der Mittelwert MW(2er) basierend auf den Sensorsignalen der verbleibenden Sensoren b und c mit einem Korrekturwert Diff (geviereckt) belegt wird. Der Korrekturwert Diff leitet sich aus der Differenz zwischen dem Mittelwert MW3 und dem Mittelwert MW(2er) zum Zeitpunkt to der Erkennung des defekten Sensors a ab. Dieser Wert wird kontinuierlich Richtung null reduziert. Im dargestellten Graphen mittels einer linearen Funktion. In einer alternativen Umsetzung ist die Anwendung einer beliebigen stetig abnehmenden Funktion denkbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zur Fehlerbehandlung für einen Sensorsystem, wobei das Sensorsystem mindestens 3 Sensoren umfasst, wobei die mindestens 3 Sensoren dieselbe Messgröße erfassen, mit den Schritten: Erkennen (101) eines defekten Sensors aus den mindestens 3 Sensoren; Ermitteln (102) eines Signalsprungs in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des erkannten defekten Sensors;
Anpassen (103) eines Ausgabewerts des Sensorsystems in Abhängigkeit von dem ermittelten Signalsprung.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei im Schritt des Anpassens (103) die Anpassung innerhalb einer vorgegebenen Zeit erfolgt
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Schritt des Ermittelns (102) der Signalsprung als Differenz zwischen einem Mittelwert umfassend den defekten Sensor der mindestens 3 Sensoren und einem Mittelwert der verbleibenden nicht defekten Sensoren der mindestens 3 Sensoren ermittelt wird.
4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgabewert als Mittelwert in Abhängigkeit von Sensorsignalen der mindestens 3 Sensoren gebildet wird.
5. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
6. Elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 5 gespeichert ist.
7. Vorrichtung, welche eingerichtet ist alle Schritte eines Verfahrens (100) nach Anspruch 1 bis 4 auszuführen.
PCT/EP2020/082372 2019-12-17 2020-11-17 Verfahren, computerprogramm, elektronisches speichermedium und vorrichtung zur überwachung eines sensorsystems WO2021121828A1 (de)

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