DE19858536A1

DE19858536A1 - Verfahren zur Signalauswertung

Info

Publication number: DE19858536A1
Application number: DE19858536A
Authority: DE
Inventors: Harald Michi; Bernd Lichtenberg; Michael Rink; Werner Uhler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-21
Also published as: JP2002533681A; US6625571B1; WO2000037946A1; EP1145017A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Signalauswertung, z. B. bei Impulsrädern beschrieben, bei dem der Abstand zwischen vorgebbaren Signalflanken in einem eine CPU, Timer und Speicher umfassenden Mikrocontroller bestimmt wird, indem beim Auftreten von Signalflanken ein Interrupt ausgelöst wird, mit dem die anstehenden Timerwerte gespeichert werden. Aus der Differenz zwischen vorgebbaren Timerwerten werden Zeitabstände ermittelt, die umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit bzw. zur Drehzahl sind. Damit Timer mit einer relativ geringen Bitzahl, beispielsweise mit 16 Bit verwendet werden können, werden auch die beim Überlauf der Timer erhaltenen Zahlenwerte erfaßt und bei der Bestimmung der Abstände berücksichtigt. Bei Verwendung von Trommelspeichern werden pro Trommelspeicherwert nur vier Bits benötigt, ein Verdachtsbit und drei Bits als Überlaufzähler.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalauswertung, insbesondere zur Messung von Abständen zwischen vorgebbaren Signalflanken bei der Auswertung von Drehzahlgebersigalen.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß bei der Auswertung von Drehzahlgebersi gnalen Grenzen auftreten, unterhalb derer eine zuverlässige Auswertung nicht mehr möglich ist.

Für verschiedene Anwendungen, beispielsweise bei Antibloc kierregelsystemen (ABS), Antriebsschlupfregelungen (ASR) und Fahrdynamikregelungen (FDR) werden Radgeschwindigkeiten benötigt, die mit Hilfe von Drehzahlgebern ermittelt wer den. Diese Drehzahlgeber umfassen Impulsräder, die eine vorgebbare Anzahl von Zähnen, beispielsweise 48 aufweisen und mit dem oder den Rädern bzw. den zugehörigen Achsen in Verbindung stehen und mit diesen rotieren. Der Abstand von Zahn zu Zahn solcher Impulsräder bezogen auf den Radumfang beträgt üblicherweise etwa 4 cm. Bei der Abtastung der Im pulsräder erzeugt ein Aufnehmer, beispielsweise ein induk tiver Aufnehmer ein Ausgangssignal, das die Oberfläche des betreffenden Impulsrades widerspiegelt. Nach einer Signal aufbereitung entsteht ein rechteckförmiges Signal, das in einer zugehörigen Auswerteeinrichtung verarbeitet wird. Üb licherweise umfaßt die Auswerteeinrichtung einen Mikrocon troler, in welchem jede Zahnflanke des Impulsrades bzw. je de Signalflanke des Signales einen Interrupt auslöst. Durch Ausmessung der Signalabstände werden im Mikrocontroler Zeitabstände gebildet, die wiederum proportional zur Dreh zahl des Rades sind.

Ein Verfahren zur Ermittlung von Raddrehzahlen, das nach der vorstehend beschriebenen Methode arbeitet, ist bei spielsweise aus der DE-OS 44 44 408 in Verbindung mit einem Antiblockiersystem bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird jedoch nicht angegeben, wie der untere Grenzwert der Radgeschwindigkeit, die maximal noch auswertbar ist, ver ringert werden kann. Üblicherweise werden Raddrehzahlen, die kleiner sind als 2,75 km/h nicht mehr ausgewertet, da dann die Abstände zwischen den Signalflanken so groß werden (116.5 ms), daß sie mit einem üblichen 16 Bit Timer, der nur einen Wertebereich von 0 bis 65535 umfaßt, nicht mehr ausgewertet werden können. Diese Zusammenhänge gelten für die üblicherweise eingesetzten Impulsräder mit 48 Zähnen und einem Zahnabstand von 4 cm bezogen auf den Radumfang.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der untere Grenzwert der Radgeschwindigkeit gegenüber herkömmlichen Systemen deutlich verringert werden kann, so daß Signalaus wertungen nahezu bis zum Stillstand durchgeführt werden können. Zumindest ist es in Verbindung mit der Bestimmung von Radgeschwindigkeiten möglich, die Geschwindigkeitsmes sung bis zu 0,5 km/h zuverlässig durchzuführen.

Erzielt wird dieser Vorteil, indem ein Verfahren zur Signalauswertung durchgeführt wird, mit dem der Abstand zwischen vorgebbaren Signalflanken bestimmt wird, indem beim Auftreten von Signalflanken Timerwerte gespeichert werden und die Differenz zwischen vorgebbaren Timerwerten gebildet wird. Das Verfahren läuft in einem Mikrocontroller der wenigstens n-Bit Timer-und Speichermittel umfaßt. Dabei werden die beim Überlauf der Timer erhaltenen Zahlenwerte ebenfalls erfaßt und bei der Bestimmung der Abstände zwi schen den Signalflanken mitberücksichtigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vor teil, daß ein 16-Bit Timer eingesetzt werden kann und trotzdem eine Grenzgeschwindigkeit erzielbar ist, für die eigentlich ein 18-Bit Timer erforderlich wäre. Vorteilhaf terweise werden die fehlenden 2 Bits durch einen Mehrauf wand im Rechenablauf der Software des Mikrocontrollers er halten. In vorteilhafter Weise wird nur ein geringer RAM-Speicher-Bedarf benötigt. Durch den Einsatz von Trom melspeichern werden vorteilhafterweise pro Trommelspeicher nur 4 Bits benötigt, wobei ein Verdachtbit und 3 Bits als Überlaufzähler erforderlich sind.

In weiterhin vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Signalauswertung im Zusammenhang mit der Er mittlung von Raddrehzahlen bei Antiblockierregelsystemen, bei Antriebsschlupfregelungen und/oder Fahrdynamikregelun gen eingesetzt, wodurch auch in diesen Systemen eine Herab setzung der auswertbaren Minimalgeschwindigkeit erhalten wird. Dies gilt sowohl für die Radgeschwindigkeiten als auch für die daraus ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit. Da mit besteht die Möglichkeit, zukünftige Fahrzeuge, die mit Längsregelsystemen, z. B. ACC (adaptive cruise control) aus gerüstet sind, komfortabel bis in den Stand abzubremsen.

Das Verfahren läßt sich selbstverständlich auch bei anderen Systemen einsetzen, es ist immer dann besonders vorteil haft, wenn Signale ausgewertet werden sollen, bei denen der Abstand zwischen einem auszuwertenden ersten und einem aus zuwertenden zweiten Ereignis (z. B. Signalflanke) groß sein kann und wenn die Kapazität (Bitzahl) der eingesetzten Ti mer begrenzt werden soll.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung nä her erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 die zum Verständ nis der Erfindung erforderlichen Hardwarekomponenten und Fig. 2 ein Struktogramm der Timerwertdifferenzenüberwa chung.

Beschreibung

In Fig. 1 sind schematisch die wesentlichen Bestandteile einer Einrichtung in der die erfindungsgemäßen Verfahren zur Signalauswertung ablaufen können, dargestellt. Dabei ist ein Aufnehmer, beispielsweise ein Induktivsensor mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Dieser Aufnehmer 10 ist feststehend und tastet ein mit einer Welle 11a in Verbin dung stehendes Impulsrad 11 ab, das an seiner Oberfläche eine Anzahl von Winkelmarken 12 aufweist. Diese Winkelmarke 12, die auch als Zähne bezeichnet werden, sind beim Ausfüh rungsbeispiel alle gleichartig und weisen voneinander die selben Abstände auf. Wenn sich die Welle 11a und damit auch das Impulsrad 11 mit der Drehzahl n dreht, entsteht im Auf nehmer 10 ein Signal S1, das die Oberfläche des Impulsrades 11 widerspiegelt und insbesondere nach einer geeigneten Aufbereitung als rechteckförmiges Signal vorlegt.

Das Signal S1 wird in einer Auswerteeinrichtung 13, bei spielsweise einem Mikrocontroller ausgewertet, wobei aus zeitlichen Abständen zwischen vorgebbaren Signalflanken Zeitwerte gebildet werden, die proportional zur Drehzahl n sind.

Der Mikrocontroller 13 umfaßt wenigstens eine zentrale Pro zessoreinheit CPU 14 sowie Timer 15, beispielsweise 16-Bit-Ti mer und Speicher 16, beispielsweise wenigstens einen Trommelspeicher. Die Verknüpfung dieser Elemente im Mikro controller 13 ist im einzelnen nicht dargestellt. Die er forderlichen Rechenvorgänge laufen in der CPU 14 ab. Das als Signal S2 bezeichnete Signal stellt die ermittelte Drehzahl dar, die entweder vom Mikrocontroller selbst wei terverarbeitet wird oder ggf. an weitere Auswerteeinrich tungen oder Steuergeräte, die die Drehzahlwerte benötigen, weitergeleitet wird.

Bei Fahrzeugen mit ABS, ASR und/oder FDR werden die Radge schwindigkeiten und daraus auch die Fahrzeuggeschwindigkeit üblicherweise mit einem solchen System wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ermittelt. Die eingesetzten Impulsräder besitzen üblicherweise 48 Winkelmarken bzw. Zähne. Der Ab stand von Winkelmarke zu Winkelmarke bezogen auf den Radum fang beträgt bei üblichen Systemen etwa 4 cm. Jede von ei ner Winkelmarkenflanke des Impulsrades ausgelöste Signal flanke löst im Mikrocontroler 13 einen Interrupt aus, mit dem der im Timer 15 vorhandene zugehörige Timerwert in den Speicher 16, z. B. einen Trommelspeicher eingetragen werden kann. Die Größe des Trommelspeichers beträgt üblicherweise 6 Byte, damit können also drei Timerwerte gespeichert wer den. Zur Ermittlung der ungefilterten Radgeschwindigkeit wird üblicherweise die Differenz des letzten Timerwertes und des drittletzten Timerwertes gebildet, es werden also immer gleichsinnige Signalflanken ausgewertet. Die Drehzahl ist umgekehrt proportional zum zeitlichen Abstand der Si gnalflanken. Je größer die Differenz der Timerwerte ist, desto kleiner ist also die Drehzahl und damit auch die Rad geschwindigkeit.

Wird ein 16-Bit-Timer eingesetzt, kann ein Wertebereich von 0 bis 65535 ausgewertet werden, diese Zahlen lassen sich mit einem solchen 16-Bit-Timer darstellen. Die maximal mög liche Meßdauer beträgt damit 116,5 Millisekunden (abhängig von benutzter Frequenz), es können also noch Signale ausge wertet werden, bei denen der Abstand zwischen zwei auszu wertenden Flanken 116,5 Millisekunden beträgt. Bei den der zeitigen ABS, ARS und Fahrdynamikregelungssystemen wird die Geschwindigkeitsaufbereitung abgebrochen, wenn die Diffe renz zwischen auszuwertenden Signalflanken in den Bereich von 65535 kommt. Damit ist mit den üblicherweise vorhande nen Impulsrädern eine untere Grenzgeschwindigkeit von 2,75 km/h festgelegt. Damit diese Grenzgeschwindigkeit verrin gert werden kann, müßten 18-Bit-Timer eingesetzt werden, dies würde zu einem Hardwaremehraufwand führen, der mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden soll.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die zusätz lich benötigten zwei Bits durch einen Mehraufwand in der Software zu realisieren. Dazu wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Signalauswertung durchgeführt. Sofern die Er mittlung der Geschwindigkeit aus der Differenz des letzten Timerwertes und des drittletzten Timerwertes ermittelt wer den soll, ist es erforderlich, daß alle drei Überläufe der Timerwertdifferenzen exakt erfaßt werden und bei der Be stimmung der Radgeschwindigkeiten berücksichtigt werden. Es ist dann möglich, die Radgeschwindigkeit bis zu 0,5 Km/h zu messen, ohne daß der 16-Bit-Timer durch einen 18-Bit-Timer ersetzt werden muß. Es ist ausserdem ein sehr geringer RAM-Speicher Bedarf erforderlich. Pro Trommelspeicherwert wer den nur vier Bits benötigt, nämlich ein Verdachtsbit und drei Bits als Überlaufzähler. Aufgrund der Zykluszeit von zwei Millisekunden könnte der Überlauf "verpaßt" werden, da der alte Zählerwert nicht zwischengespeichert werden soll, deshalb ist ein Verdachtsbit erforderlich. Ein mögliches Auswerteverfahren ist in Fig. 2 als Struktogramm der Timer wertdifferenzenüberwachung dargestellt.

Die Bedeutung der einzelnen Timerwerte ist wie folgt:
T1 = Timerwert der drittletzten Flanke
T2 = Timerwert der zweitletzten Flanke
T3 = Timerwert der letzten Flanke.

Im Schritt SCH1 erfolgt eine Überprüfung, ob eine Signal flanke erfaßt wird. Ist dies der Fall, wird im Schritt SCH2 die Datenkonsistenz sichergestellt. Es werden dabei alle Überläufe umgespeichert und es erfolgt ein Umspeichern al ler Überlaufverdachtsbits.

Wird im Schritt SCH1 erkannt, daß keine Flanke erfaßt wur de, werden im Schritt SCH3 die Überläufe für die Timerwerte T2 und T3 gesetzt. Es wird weiterhin ein Verdacht auf Über lauf geprüft und es wird überprüft, ob sich dieser Verdacht bestätigt hat. Trifft dies zu, wird der Überlaufzähler er höht und die noch vorhandenen Verdachtsbits werden ge löscht.

Im Schritt SCH4 werden die Überläufe für die Timerwerte T1 und T2 gesetzt. Weiterhin wird der Verdacht auf Überlauf geprüft und falls er sich bestätigt wird der Überlaufzähler erhöht und die Verdachtsbits werden gelöscht.

An die Schritte SCH3 und SCH4 schließt sich der Schritt SCH5 an, indem eine Prädiktion, also eine Vorhersage der Überläufe für die Timerwerte T2 und T3 erfolgt. Dabei wird überprüft, ob in den nächsten zwei Millisekunden Überläufe der Timerwertdifferenzen zu erwarten sind. Ist dies der Fall, werden Verdachtsbits gesetzt, ist dies nicht der Fall, werden Verdachtsbits gelöscht.

Prinzipiell ist der Vorschlag unabhängig von der beispiel haft gegebenen Begrenzung des Timers auf 16 Bit. Durch die beschriebene Methode können alle begrenzten Timer erweitert werden. Dies trifft auch entsprechend auf die Anzahl der Überlaufbits zu. Je nach gewünschter Auflösung können mehr oder weniger Überlaufbits benutzt werden.

Alle beispielhaft genannten Zahlen:

- 16 Bit Timer
- 3 Bit Überlaufzähler für einen entsprechenden 18 Bit Timer
- Zählwert 65 535 entspricht 116,5 ms

hängen von von einer speziellen Implementierung ab.

Claims

1. Verfahren zur Signalauswertung mit einem Mikrocontrol ler, der das Signal verarbeitet und wenigstens n-Bit-Ti mer, insbesondere 16-Bit-Timer und Speichermittel um faßt und die Abstände zwischen vorgebbaren Signalflanken bestimmt werden, indem beim Auftreten der vorgebbaren Signalflanken Timerwerte gespeichert werden und die Dif ferenzen zwischen vorgebbaren Timerwerten gebildet wer den, dadurch gekennzeichnet, daß die Überläufe der Ti merwertdifferenzen exakt erfaßt werden und die erhalte nen Zahlenwerte bei der Bestimmung der Abstände mitbe rücksichtigt werden.

2. Verfahren zur Signalauswertung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertung jeweils für gleichartige Signalflanken erfolgt, wobei die Differenz des letzten Timerwertes und des drittletzten Timerwertes gebildet wird und diese Differenz in eine Geschwindig keit umgerechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß bei jedem durch eine Signalflanke ausgelösten Interrupt im Mikrocontroler der zugehörige Timerwert in einen Trommelspeicher eingetragen wird, wobei die Größe des Trommelspeichers wenigstens 6 Byte beträgt, so daß er drei Timerwerte speichern kann.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß alle drei Überläufe der Timer wertdifferenzen exakt erfaßt werden und die so erfaßten Überläufe bei der Bestimmung der Geschwindigkeiten be rücksichtigt werden.

5. Verfahren zur Signalauswertung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem erwarteten Überlauf der Timerwerte ein Verdachtsbit ge setzt wird, daß bei erkanntem Überlauf dieses wieder ge löscht wird und der betreffendes Überlaufzähler erhöht wird, wobei die Verarbeitung so erfolgt, daß pro Trom melspeicherwert nur vier Bits benötigt werden, nämlich ein Verdachtsbit und drei Bits als Überlaufzähler.

6. Verfahren zur Signalauswertung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Timer wertdifferenzenüberwachung in einem Schritt (SCH1) ge prüft wird, ob eine Signalflanke erfaßt wurde, daß in einem Schritt (SCH2) die Datenkonsistenz sichergestellt wird, falls im Schritt (SCH1) erkannt wird, daß eine Flanke erfaßt wurde, daß dann in einem Schritt (SCH4) die Überläufe für die Timerwerte der drittletzten Flanke (T1) und der zweitletzten Flanke (T2) gesetzt werden, daß in einem Schritt (SCH3) sofern im Schritt (SCH1) keine Flanke erfaßt wurde, die Überläufe der Timerwerte der zweitletzten (T2) und der letzten Flanke (T3) ge setzt werden und daß in einem Schritt (SCH5) eine Vor hersage der Überläufe für die Timerwerte der zweitletz ten Flanke (T2) und den Timerwert der letzten Flanke (T3) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (SCH2) zur Sicherung der Datenkonsistenz ein Umspeichern aller Überläufe und ein Umspeichern aller Überlaufverdachtsbits erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß in den Schritten (SCH3) und (SCH4) jeweils der Verdacht auf Überlauf geprüft wird und zutreffendenfalls der Überlaufzähler erhöht wird und die Verdachtsbits ge löscht werden.