DE19954697A1

DE19954697A1 - Verfahren zum Korrigieren des digitalen oder digitalisierten Signals eines Weg- oder Winkelaufnehmers

Info

Publication number: DE19954697A1
Application number: DE1999154697
Authority: DE
Inventors: Martin Dunsch
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1999-11-13
Filing date: 1999-11-13
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2019-11-14
Also published as: DE19954697C2

Abstract

Ein Verfahren zum Korrigieren des digitalen oder digitalisierten Signals (IST-Wert) eines Weg- oder Winkelaufnehmers bezüglich der Aufnehmerkennlinien abhängigen Abweichung des Ist-Wertes von seinem SOLL-Wert ist dadurch bestimmt, daß in einem Schritt, bei dem in einem ersten Schritt der Signalverlauf des zumindest einen, dem Aufnehmer zugeordneten Abtastorgans in mehrere, jeweils durch einen Signal abhängigen Offsetwert gekennzeichnete Sektoren unterteilt wird und bei dem beim Betrieb des Aufnehmers jeder IST-Wert in Abhängigkeit seines Anteils am Maximalsignal einem Sektor zugeordnet und um dem diesen Sektor kennzeichnenden Offsetwert korrigiert wird, wobei die Sektor bezogene Zuordnung eines IST-Wertes im Wege eines Schwellwertvergleiches durchgeführt wird, und bei dem anschließend der korrigierte IST-Wert zur Ermittlung der Position des Abtastorgans innerhalb des Meßbereiches des Aufnehmers ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren des digitalen oder di gitalisierten Signales (IST-Wert) eines Weg- oder Winkelaufnehmers be züglich der Aufnehmerkennlinien abhängigen Abweichung des IST- Wertes von seinem SOLL-Wert.

Weg- oder Winkelaufnehmer werden in der industriellen Meßtechnik viel fach eingesetzt. Winkelaufnehmer werden unter anderem auch bei Kraft fahrzeugen zur Bestimmung des Lenkwinkels eingebaut. Der Lenkwinkel bzw. der Lenkwinkeleinschlag bei Kraftfahrzeugen wird benötigt, um mit diesem Wert etwa ein Fahrdynamikregelsystem beaufschlagen zu kön nen. Ein solches Fahrdynamikregelsystem erhält neben den genannten Lenkwinkelwerten weitere Meßdaten, etwa die Raddrehzahl oder die Dre hung des Kraftfahrzeuges um seine Hochachse. Benötigt werden zum einen der absolute Lenkwinkeleinschlag und zum anderen die Lenkge schwindigkeit, damit diese Werte zusammen mit den anderen erfaßten Daten durch das Fahrdynamikregelsystem ausgewertet und zum Steuern von Aktoren, beispielsweise der Bremsen und/oder des Motormanage ments umgesetzt werden können. Als Lenkwinkelsensoren werden bei spielsweise optoelektronisch oder elektrisch arbeitende eingesetzt.

Die Anforderungen an die Genauigkeit der Ermittlung des benötigten Lenkwinkels hinsichtlich des Auflösungsvermögens des Lenkwinkelsen sors sind nicht unbeträchtlich. Diesen Anforderungen kann auf unter schiedliche Art und Weise begegnet werden, wobei es im Rahmen dieser Beschreibung nicht darauf ankommt, in welcher Art und Weise das gefor derte Auflösungsvermögen realisiert ist. Jeder Weg- oder Winkelaufneh mer weist eine eigene Kennlinie auf, die in aller Regel von dem idealisier ten Signalverlauf abweicht. Dies trifft insbesondere auch bei solchen Weg- oder Winkelaufnehmern zu, die elektrisch arbeitend vorgesehen sind. Derartig ausgebildete Aufnehmer sind als Potentiometer ausgelegt, bei denen als Abtastorgane ein oder mehrere Schleifer eingesetzt sind. Die Abweichung der Kennlinie eines solchen Aufnehmers kann im Falle eines Winkelaufnehmers ein solches Maß von dem idealisierten Signalverlauf aufweisen, das größer ist als das ursprünglich für einen solchen Winke laufnehmer konzipierte Auflösungsvermögen, so daß dieses wieder egali sert sein kann. Korrekturen derartiger Abweichungen sind bislang nicht durchgeführt worden, zumindest nicht bei Einsatz eines solchen Aufneh mers als Lenkwinkelsensor in einem Kraftfahrzeug, in dem in aller Regel nur eine sehr geringe Rechen- und Speicherleistung zur Verfügung steht.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren bereitzu stellen, mit dem eine hinreichende Korrektur des IST-Wertes bezüglich seiner Aufnehmerkennlinien abhängigen Abweichung von seinem SOLL- Wert möglich ist, wobei dieses Korrekturverfahren insbesondere nur einen geringen Rechen- und Speicheraufwand benötigen soll und somit vor al lem für einen Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Korrigie ren des digitalen oder digitalisierten Signales (IST-Wert) eines Weg- oder Winkelaufnehmers bezüglich der Aufnehmerkennlinien abhängigen Ab weichung des IST-Wertes von seinem SOLL-Wert gelöst, bei dem in ei nem ersten Schritt der Signalverlauf des zumindest einen, dem Aufneh mer zugeordneten Abtastorgans in mehrere, jeweils durch einen Signal abhängigen Offsetwert gekennzeichnete Sektoren unterteilt wird und bei dem beim Betrieb des Aufnehmers jeder IST-Wert in Abhängigkeit seines Anteils am Maximalsignal einem Sektor zugeordnet und um dem diesen Sektor kennzeichnenden Offsetwert korrigiert wird, wobei die Sektor bezogene Zuordnung eines IST-Wertes im Wege eines Schwellwertverglei ches durchgeführt wird, und bei dem anschließend der korrigierte IST- Wert zur Ermittlung der Position des Abtastorgans innerhalb des Meßbe reiches des Aufnehmers ausgewertet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Korrekturverfahren erfolgt in einem ersten Schritt eine Sektorisierung des Signalverlaufs. Jeder Sektor erstreckt sich über eine gewisse Teilstrecke des gesamten Meßbereiches des Aufneh mers. Die Sektorbildung erfolgt Signal abhängig, wobei jedem Sektor ein einziger Offsetwert zur Korrektur eines IST-Wertes zugeordnet wird. Bei einer Sektorisierung des Signalverlaufs eines Lenkwinkelsensors, bei spielsweise in acht Sektoren, sich insgesamt über 360° erstreckend, wird bei Vorsehen eines einzigen Abtastorgans, beispielsweise eines Schlei fers lediglich ein Speicherbedarf für diese acht Offsetwerte benötigt. Bei Vorsehen von zwei Abtastorganen wird ein entsprechend doppelt so gro ßer Speicherbedart benötigt.

Eine Bestimmung des jeden Sektor kennzeichnenden Offsetwertes erfolgt Signal abhängig, so daß in einem Sektor ein mit diesem Offsetwert zu kor rigierender Signalverlauf eine hinreichende Annäherung an den ideali sierten Signalverlauf innerhalb dieses Sektors zur Folge hat. Eine solche Sektorbildung wird bei der ersten Inbetriebnahme des Aufnehmers durch geführt, bei der ebenfalls die Kennlinie erfaßt wird. Die ermittelten Sekto ren und die entsprechenden Offsetwerte werden für den Betrieb des Auf nehmers in einem Speicher, beispielsweise in einem EPROM oder einem EEPROM abgelegt.

Bei einem Betrieb des Aufnehmers wird bei dem beanspruchten Verfah ren jeder ermittelte IST-Wert in Abhängigkeit seines Anteils am Maximal signal einem Sektor zugeordnet. Der IST-Wert ist das digitale Ausgangs signal des Abtastorgans bei inkrementalen Aufnehmern oder das digitali sierte Ausgangssignal eines analog arbeitenden Abtastorgans, dessen Ausgangssignal digitalisiert worden ist. Das Maximalsignal ist abhängig von dem eingesetzten System und beträgt beispielsweise bei einem 8-Bit- System 256 Digit. Nach einer Zuordnung des IST-Wertes in einen Sektor wird dieser um den diesen Sektor kennzeichnenden Offset-Wert korrigiert. Anschließend wird der korrigierte und somit an den SOLL-Wert in hinrei chender Genauigkeit angenäherte IST-Wert zur Ermittlung der Position des Abtastorgans innerhalb des Meßbereiches des Aufnehmers ausge wertet. Auf diese Weise erfolgt bei Einsatz eines solchen Aufnehmers als Lenkwinkelsensor in einem Kraftfahrzeug die Lenkwinkelbestimmung, wo bei eine Kennlinien abhängige Abweichung des IST-Wertes die Maßge nauigkeit des Lenkwinkelsensors nicht oder nur untergeordnet beeinflußt.

Die Sektor bezogene Zuordnung eines IST-Wertes erfolgt im Wege eines oder mehrerer Schwellwertvergleiche, wobei jeder Sektor durch ein An teilsintervall am Maximalsignal charakterisiert ist. Bei einem Einsatz von mehreren, beispielsweise zwei Abtastorganen, beispielsweise Schleifern, erfolgt die Ermittlung des IST-Wertes durch die Betrachtung der Anteile am Maximalsignal beider Abtastorgane.

Plausibilitätskontrollen können bei der Durchführung des erfindungsge mäßen Korrekturverfahrens eingesetzt werden, wobei bei einer solchen Plausibilitätskontrolle sowohl der maximal mögliche Offsetwert zur Kor rektur oder bei Erfassen von nicht definierten Ergebnissen bestimmte Werte vorgegeben sein können.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Bestandteil weiterer Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1: Ein schematisiertes Flußdiagramm zur Beschreibung eines Korrekturverfahrens,

Fig. 2: Ein Diagramm darstellend den Signalverlauf von zwei dem Aufnehmer der Fig. 1 zugeordneten Abtastorganen mit ei ner Sektorunterteilung des Signalverlaufs,

Fig. 3: Der korrigierte Winkelfehler des Signalverlaufs der Aufneh mer der Fig. 1,

Fig. 4: Der Signalverlauf der Aufnehmer der Fig. 1 ohne eine durchgeführte Kennlinienabhängige Korrektur und

Fig. 5: Ein Diagramm eines weiteren Winkelaufnehmers mit einer Kurve darstellend den unkorrigierten sowie den korrigierten Winkelfehlerverlauf.

Ein Winkelaufnehmer 1 eines Lenkwinkelsensors ist elektrisch arbeitend ausgelegt und umfaßt ein sich über 360° erstreckendes Potentiometer 2, auf dem zwei Schleifer 3, 4 mit einem Versatz von 90° abgreifend ange ordnet sind. Die Ausgangssignale des Aufnehmers 1 beaufschlagen einen A/D-Wandler 5, der die analogen Ausgangssignale des Aufnehmers 1 in digitale Signale umsetzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein 8-Bit-Wandler eingesetzt. Der A/D-Wandler 5 beaufschlagt ausgangs seitig ein Gewichtungsglied 6, durch welches die Signalverläufe der Schleifer 3, 4 Kennlinien abhängig gewichtet werden. Ferner beaufschlagt der A/D-Wandler 5 ein Zuordnungsglied 7, welches sowohl zum Untertei len der Signalverläufe in Sektoren sowie zum Zuordnen erfaßter IST- Werte in einen Sektor dient. In Abhängigkeit von der Ausbildung der Sig nalverläufe wird jedem Sektor ein Offset-Wert zur Korrektur zugeordnet. Dieser Offset-Wert wird in einem Speicher 8, beispielsweise einem EPROM hinterlegt. Durch die Unterteilung des Signalverlaufes in einzelne Sektoren, denen jeweils ein einziger Offset-Wert zur Korrektur zugeordnet ist, ist auf einfache Weise eine hinreichende Annäherung einer diesem Sektor zugeordneten IST-Wertes nach Durchführung der Korrektur an ei nen idealisierten Signalverlauf möglich, ohne daß diesbezüglich eine gro ße Speicherkapazität notwendig wäre. Entsprechendes gilt für den Re chenaufwand.

Diese erste Sektorisierung der Signalverläufe wird, wie oben beschrieben, bei der Initialisierung des Aufnehmers durchgeführt. Eine solche Sektori sierung kann jedoch auch zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen durchgeführt werden, um beispiels weise alterungs- oder temperaturbedingten Änderungen der Kennlinie bzw. der Signalverläufe Rechnung zu tragen.

Beim Betrieb des Aufnehmers 1 werden die ermittelten IST-Werte der Schleifer 3, 4 durch ein Schwellwertvergleichsverfahren jeweils einem Sektor zugeordnet. In Abhängigkeit von dem Anteil des IST-Wertes eines Schleifers 3 oder 4 erfolgt eine Zuordnung des durch beide Schleifer 3, 4 ermittelten Wertes in einen der für den Aufnehmer vorgesehenen Sekto ren. Diese Sektorzuordnung der beiden Schleifer 3, 4 erfolgt entsprechend den nachfolgenden Bedingungen:

- S1 < 64 (A/D-Wert für ¼Vcc) und S2 <= 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 8
- S1 < 64 (A/D-Wert für ¼Vcc) und S2 < 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 1
- S1 < 128 (A/D-Wert für ½Vcc) und S2 <= 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 7
- S1 < 128 (A/D-Wert für ½Vcc) und S2 < 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 2
- S1 < 192 (A/D-Wert für ¾Vcc) und S2 <= 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 6
- S1 < 192 (A/D-Wert für ¾Vcc) und S2 < 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 3
- S1 < 256 (A/D-Wert für Vcc) und S2 <= 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 5
- S1 < 256 (A/D-Wert für Vcc) und S2 < 128 (A/D-Wert für ½Vcc): Sektor 4

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Signalverlauf in acht Sektoren unterteilt. Nachdem in dem Zuordnungsglied 7 ein IST-Wert ei nem Sektor zugeordnet worden ist, erfolgt in einer Korrekturstufe 9 die Korrektur des IST-Wertes um den diesem Sektor zugeordneten Offset- Wert. In Fig. 1 nicht dargestellt ist eine Plausibilitätsüberprüfung im Hin blick auf die durchzuführende Korrektur, die der eigentlichen Korrektur vorgeschaltet ist. Der korrigierte IST-Wert wird in einer Meßwertbildungs einrichtung 10 in Abhängigkeit von der Gewichtung des IST-Wertes in dem Signalverlauf gebildet und anschließend an einer Schnittstelle 11 zur Weiterverarbeitung, beispielsweise zum Beaufschlagen eines Fahrdyna mikregelsystems ausgegeben. Der in der Meßwertbildungseinrichtung 10 ausgangsseitig korrigierte IST-Wert ist mit hinreichender Genauigkeit an den theoretischen SOLL-Wert angeglichen.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Signalverlauf der beiden Schleifer 3, 4 und die Unterteilung des sich über 360° erstreckenden Verlaufes in acht Sektoren. Die Sektoren sind mit unterschiedlichen Offset-Werten gekenn zeichnet, so daß jeder ermittelte IST-Wert durch den einem Sektor zuge ordneten Offset-Wert korrigiert werden kann. Ein Diagramm mit dem kor rigierten Fehler, wobei es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Winkelfehler handelt, ist in Fig. 3 dargestellt. Aus dem Dia gramm wird deutlich, daß die mit "0" gekennzeichnete ideale Winkelfeh lerverlaufslinie deutlich angenähert ist, insbesondere im Hinblick auf den Signalverlauf, wenn dieser unkorrigiert abgebildet wird, wie dies zum Ver gleich in Fig. 4 dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt den Signalverlauf eines bezüglich seiner Kennlinie unkorri gierten Aufnehmers sowie einen Signalverlauf mit gemäß dem oben beschriebenen Verfahren korrigierten Signalverlauf. Auch dieses weitere Beispiel macht deutlich, daß die Fehlerabweichung bedingt durch die Kennlinie des Aufnehmers erheblich durch die Korrekturmaßnahmen re duziert ist.

In Abhängigkeit von dem jeweils gewünschten Einsatzzweck kann eine Sektorisierung in eine unterschiedliche Anzahl von Sektoren durchgeführt werden, wobei die Anzahl der Sektoren Einfluß auf den Anspruch an die Genauigkeit der Korrektur hat.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1

Winkelaufnehmer

2

Potentiometer

3

Schleifer

4

Schleifer

5

A/D-Wandler

6

Gewichtungsglied

7

Zuordnungsglied

8

Speicher

9

Korrekturstufe

10

Meßwertbildungseinrichtung

11

Schnittstelle

Claims

1. Verfahren zum Korrigieren des digitalen oder digitalisierten Signa les (IST-Wert) eines Weg- oder Winkelaufnehmers bezüglich der Aufnehmerkennlinien abhängigen Abweichung des IST-Wertes von seinem SOLL-Wert, bei dem in einem ersten Schritt der Signalver lauf des zumindest einen, dem Aufnehmer zugeordneten Abtastor gans in mehrere, jeweils durch einen Signal abhängigen Offsetwert gekennzeichnete Sektoren unterteilt wird und bei dem beim Betrieb des Aufnehmers jeder IST-Wert in Abhängigkeit seines Anteils am Maximalsignal einem Sektor zugeordnet und um dem diesen Sek tor kennzeichnenden Offsetwert korrigiert wird, wobei die Sektor bezogene Zuordnung eines IST-Wertes im Wege eines Schwell wertvergleiches durchgeführt wird, und bei dem anschließend der korrigierte IST-Wert zur Ermittlung der Position des Abtastorgans innerhalb des Meßbereiches des Aufnehmers ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Signal abhängigen Sektoren der Signalverlauf je des Abtastorgans gewichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalerfassung mit mehreren, zweckmäßigerweise versetzt zueinander angeordneten Abtastorganen erfolgt und das ein IST- Wert sich aus Signalanteilen jedes Abtastorgans zusammensetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß ein maximaler Offset-Wert vorgegeben ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß vor dem Schritt des Durchführens der Korrektur eine Plausibilitätskontrolle hinsichtlich der beabsichtigten Korrekturmaß nahme durchgeführt wird.