冗余的信號(hào)檢測(cè)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于信號(hào)檢測(cè)的傳感器。本發(fā)明尤其設(shè)及一種冗余傳感器和用于 分析處理傳感器信號(hào)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在安全相關(guān)的系統(tǒng)中重要的是，及時(shí)識(shí)別用于信號(hào)檢測(cè)的傳感器或者該些傳感器 的信號(hào)路徑的有錯(cuò)誤的行為。在機(jī)動(dòng)車中該例如設(shè)及加速度傳感器，該加速度傳感器用于 控制安全氣囊或行駛穩(wěn)定系統(tǒng)。
[0003] 傳感器中通常利用的錯(cuò)誤識(shí)別裝置基本上基于冗余度原理或激勵(lì)原理。
[0004] 在冗余測(cè)量中，測(cè)量參量通常通過至少一個(gè)附加的傳感器檢測(cè)，所述至少一個(gè)附 加的傳感器的預(yù)期信號(hào)通過所有其余測(cè)量信號(hào)的非平凡線性組合計(jì)算，其中，該信號(hào)的檢 測(cè)和分析處理盡可能獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)。在此假設(shè)，傳感器大致是線性和時(shí)不變的。隨后根據(jù)對(duì) 于所測(cè)量的信號(hào)的線性關(guān)系的顯著違背來識(shí)別所使用的傳感器的有錯(cuò)誤的行為。該方法尤 其在無偏差的或經(jīng)偏差校正的信號(hào)中具有如下缺點(diǎn)，即例如在信號(hào)檢測(cè)中的增益誤差僅僅 可W在存在測(cè)量參量的情況下被識(shí)別。在測(cè)量參量為0的情況下由冗余度的線性關(guān)系不可 識(shí)別增益誤差。
[0005] 文獻(xiàn)US7 516 038B2示出一個(gè)用于冗余地分析處理加速度傳感器的信號(hào)的例 子。在此可W在位于水平的車輛中不基于冗余度地探測(cè)在水平面中進(jìn)行測(cè)量的傳感器的增 益誤差。
[0006] 在激勵(lì)原理中給由傳感器元件提供的測(cè)量參量疊加一個(gè)已知的激勵(lì)信號(hào)，借助于 該激勵(lì)信號(hào)可W檢驗(yàn)測(cè)量通道。困難在于，區(qū)分激勵(lì)信號(hào)和有用信號(hào)對(duì)所檢測(cè)的信號(hào)的作 用，尤其當(dāng)不可W足夠準(zhǔn)確地對(duì)測(cè)量通道建模并且由于持久的傳感器靈敏性不能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí) 間上的分離W及由于測(cè)量通道特性不能夠?qū)崿F(xiàn)頻率分離時(shí)。
[0007] 在文獻(xiàn)DE10 2010 029903A1中可W發(fā)現(xiàn)通過電激勵(lì)信號(hào)附加地激勵(lì)加速度傳 感器的例子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明具有W下任務(wù)，在傳感器元件的失效或錯(cuò)誤測(cè)量方面W及在信號(hào)處理路徑 中的錯(cuò)誤方面監(jiān)視用于安全緊急的應(yīng)用的傳感器。所述監(jiān)視應(yīng)優(yōu)選在連續(xù)運(yùn)行中進(jìn)行，應(yīng) 不影響測(cè)量結(jié)果，在不存在測(cè)量參量的情況下也可W進(jìn)行，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在傳感器的有用 信號(hào)的頻率范圍中對(duì)傳感器的檢驗(yàn)。本發(fā)明借助于具有獨(dú)立權(quán)利要求特征的傳感器、方法 W及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品解決所述任務(wù)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的用于提供N維測(cè)量信號(hào)的傳感器系統(tǒng)包括；至少化1個(gè)傳感器，其具 有相互線性獨(dú)立的測(cè)量方向；用于為傳感器中的每一個(gè)提供周期性激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)源，其 中，所述激勵(lì)信號(hào)具有相互正交的頻率；從傳感器信號(hào)除去所述激勵(lì)信號(hào)并且用于提供所 述N維測(cè)量信號(hào)的處理裝置。
[0010] 本發(fā)明利用冗余的傳感器設(shè)備，其中，各個(gè)測(cè)量通道通過不同的、頻率正交的激勵(lì) 來激勵(lì)。也就是說，如此選擇激勵(lì)信號(hào)，使得激勵(lì)信號(hào)的頻譜不重疊。在另一實(shí)施方式中也 可W應(yīng)用具有正交編碼的激勵(lì)。
[0011] 對(duì)于不包含在激勵(lì)信號(hào)中的頻率范圍，將冗余度用于測(cè)量信號(hào)的可信度檢查或者 必要時(shí)附加地用于測(cè)量的噪聲降低。如果一個(gè)頻率包含在測(cè)量通道的激勵(lì)信號(hào)中，則在使 用冗余度的情況下在無設(shè)及的測(cè)量通道的情況下確定在所述頻率上的測(cè)量值。
[0012] 本發(fā)明相對(duì)于僅僅冗余的測(cè)量是有利的，因?yàn)榻柚诩?lì)也可W在不存在測(cè)量參 量的情況下檢驗(yàn)測(cè)量通道。
[0013] 本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)和激勵(lì)的完全分離，無需限制測(cè)量信號(hào)的 頻率特性。對(duì)激勵(lì)頻率僅僅提出正交條件，所述激勵(lì)頻率因此也可W位于傳感器的有用頻 率范圍中。本發(fā)明的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)在于，待測(cè)量的信號(hào)不經(jīng)歷延遲。另一優(yōu)點(diǎn)在于主動(dòng) 檢驗(yàn)錯(cuò)誤探測(cè)機(jī)制的有效性的可能性。
[0014] 在第一實(shí)施方式中，處理裝置包括；用于對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行混頻的混頻器；用于 每個(gè)傳感器的激勵(lì)濾波器，其用于由所述混頻器的輸出信號(hào)濾出激勵(lì)信號(hào)；用于每個(gè)傳感 器的補(bǔ)償器，所述補(bǔ)償器與分配給所述補(bǔ)償器的傳感器和相應(yīng)的激勵(lì)濾波器連接，用于W 激勵(lì)信號(hào)補(bǔ)償傳感器信號(hào)；用于基于所述補(bǔ)償器的信號(hào)提供所述輸出信號(hào)的冗余度減小 器。
[0015]由此可W實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和有效地提供輸出信號(hào)。此外，可W基于處理裝置的部分的中 間結(jié)果監(jiān)視傳感器。
[0016] 在另一實(shí)施方式中，所述處理裝置包括W下；用于對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行混頻的混頻 器；用于每個(gè)傳感器的激勵(lì)濾波器，其用于由所述混頻器的輸出信號(hào)濾出所述激勵(lì)信號(hào)； 用于基于所述激勵(lì)濾波器的信號(hào)確定第一信號(hào)的第一冗余度減小器；用于基于所述傳感器 信號(hào)確定第二信號(hào)的第二冗余度減小器；用于除去所述激勵(lì)信號(hào)并且用于基于所述兩個(gè)冗 余度減小器的信號(hào)提供所述輸出信號(hào)的補(bǔ)償器。
[0017] 在又另一實(shí)施方式中，所述處理裝置包括W下；用于基于所述傳感器信號(hào)確定第 一信號(hào)的冗余度減小器；激勵(lì)阻塞濾波器，所述激勵(lì)阻塞濾波器連接在所述冗余度減小器 之后；用于所述傳感器中的每一個(gè)的局部組合器（partiellenKombinierer)，其分別用于 組合兩個(gè)傳感器信號(hào)；用于每個(gè)局部組合器的激勵(lì)濾波器；用于基于所述激勵(lì)濾波器的信 號(hào)和所述激勵(lì)阻塞濾波器的信號(hào)提供所述輸出信號(hào)的信號(hào)重構(gòu)器。
[0018]處理裝置的所述實(shí)施方式中的每一個(gè)也可方法的形式實(shí)現(xiàn)。例如首先提及的 實(shí)施方式可W通過一種方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括W下步驟；W具有預(yù)先確定的激勵(lì)頻率的 周期性激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)每個(gè)傳感器，其中，所述傳感器的激勵(lì)頻率相互正交；對(duì)所述傳感器信 號(hào)進(jìn)行混頻；由經(jīng)混頻的傳感器信號(hào)濾出每個(gè)傳感器的激勵(lì)信號(hào)；W所濾出的激勵(lì)信號(hào)補(bǔ) 償每個(gè)傳感器信號(hào)；減小經(jīng)補(bǔ)償?shù)膫鞲衅餍盘?hào)的冗余度；提供所述輸出信號(hào)。相應(yīng)的方法 可對(duì)于用于處理裝置的其他兩個(gè)實(shí)施方式提出。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括程序代碼單元，其用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品 運(yùn)行在處理裝置上時(shí)或者存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)載體上時(shí)實(shí)施所述方法之一。
【附圖說明】
[0020] 現(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地闡述本發(fā)明，其中：
[0021] 圖1 ;可激勵(lì)的冗余傳感器系統(tǒng)的方框圖；
[002引圖2;對(duì)于兩個(gè)頻率正交的激勵(lì)信號(hào)的例子；
[0023] 圖3;圖1的傳感器系統(tǒng)中的信號(hào)流；
[0024] 圖4 ;圖1的傳感器系統(tǒng)中的替代信號(hào)流；W及 [00巧]圖5 ;圖1的傳感器系統(tǒng)中的另一替代信號(hào)流。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 圖1示出由N個(gè)傳感器105組成的冗余傳感器系統(tǒng)100,其中，NG(2, 3, 4，...}， 借助于所述冗余傳感器系統(tǒng)要檢測(cè)D維的（其中，D<N)、由外作用于傳感器的測(cè)量參量a。 傳感器信號(hào)借助于處理裝置110處理并且測(cè)量參量a的值在傳感器系統(tǒng)100的輸出端115 上W測(cè)量值3的形式描述。為此，W周期性激勵(lì)信號(hào)ti激勵(lì)每個(gè)傳感器，其中，激勵(lì)信號(hào)ti 具有相互正交的頻率，如下還將更詳細(xì)地實(shí)施。在傳感器105的輸出端上描繪的頻譜圖分 別示出在傳感器信號(hào)頻率上強(qiáng)度的分布，其中，突出激勵(lì)信號(hào)ti。
[0027] 在下文中將傳感器信號(hào)示例性地考慮為時(shí)間離散的，并且采樣時(shí)刻通過指數(shù)n描 述；但該僅僅用于闡明并不表示對(duì)提出的技術(shù)的限制。此外假設(shè)，每個(gè)傳感器105具有足夠 大的動(dòng)態(tài)范圍并且特性為大致線性和時(shí)不變。
[0028] 冗余傳感器系統(tǒng)的待測(cè)量的傳感器信號(hào)Si(其中，1《i《腳在無激勵(lì)的情況下 可W描述為：
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于提供N維測(cè)量信號(hào)的傳感器系統(tǒng)（100)，所述傳感器系統(tǒng)包括以下元件： 至少N+1個(gè)傳感器（105)，其具有相互線性獨(dú)立的測(cè)量方向； 用于為傳感器（105)中的每一個(gè)提供周期性激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)源（310)，其中，所述激勵(lì) 信號(hào)具有相互正交的頻率； 用于從傳感器信號(hào)除去所述激勵(lì)信號(hào)并且用于提供所述N維測(cè)量信號(hào)的處理裝置 (110)〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)（100)，其中，所述處理裝置（110)包括以下： 用于對(duì)所述傳感器信號(hào)進(jìn)行混頻的混頻器（315); 用于每個(gè)傳感器（105)的激勵(lì)濾波器（320)，其用于由所述混頻器（315)的輸出信號(hào)濾 出所述激勵(lì)信號(hào)； 用于每個(gè)傳感器（105)的補(bǔ)償器（325)，所述補(bǔ)償器與分配給所述補(bǔ)償器的傳感器 (105)和相應(yīng)的激勵(lì)濾波器（320)連接，用于以所述激勵(lì)信號(hào)補(bǔ)償所述傳感器信號(hào)； 用于基于所述補(bǔ)償器（325)的信號(hào)提供所述輸出信號(hào)的冗余度減小器（330)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)（100)，其中，所述處理裝置（110)包括以下： 用于對(duì)所述傳感器信號(hào)進(jìn)行混頻的混頻器（315); 用于每個(gè)傳感器（105)的激勵(lì)濾波器（320)，其用于由所述混頻器（315)的輸出信號(hào)濾 出所述激勵(lì)信號(hào)； 用于基于所述激勵(lì)濾波器的信號(hào)確定第一信號(hào)的第一冗余度減小器（330); 用于基于所述傳感器信號(hào)確定第二信號(hào)的第二冗余度減小器（330); 用于除去所述激勵(lì)信號(hào)并且用于基于所述兩個(gè)冗余度減小器（330)的信號(hào)提供所述 輸出信號(hào)的補(bǔ)償器（325)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)（100)，其中，所述處理裝置（110)包括以下： 用于基于所述傳感器信號(hào)確定第一信號(hào)的冗余度減小器（330); 激勵(lì)阻塞濾波器（505)，所述激勵(lì)阻塞濾波器連接在所述冗余度減小器（330)之后； 用于所述傳感器（105)中的每一個(gè)的局部組合器（510)，其分別用于組合兩個(gè)傳感器 信號(hào)； 用于每個(gè)局部組合器（510)的激勵(lì)濾波器（320); 用于基于所述激勵(lì)濾波器（320)的信號(hào)和所述激勵(lì)阻塞濾波器（505)的信號(hào)提供所述 輸出信號(hào)的信號(hào)重構(gòu)器（515)。
5. -種用于基于至少N+1個(gè)相互線性獨(dú)立的傳感器信號(hào)確定N維測(cè)量信號(hào)的方法，所 述方法包括以下步驟： 以具有預(yù)先確定的激勵(lì)頻率的周期性激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)每個(gè)傳感器（105)，其中，所述傳感 器的激勵(lì)頻率相互正交； 對(duì)所述傳感器信號(hào)進(jìn)行混頻； 由經(jīng)混頻的傳感器信號(hào)濾出每個(gè)傳感器的激勵(lì)信號(hào)； 以所濾出的激勵(lì)信號(hào)補(bǔ)償每個(gè)傳感器信號(hào)； 減小經(jīng)補(bǔ)償?shù)膫鞲衅餍盘?hào)的冗余度； 提供所述輸出信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其還包括：如果用于由經(jīng)混頻的傳感器信號(hào)濾出每個(gè) 傳感器（105)的激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)濾波器（320)長(zhǎng)于預(yù)先確定的時(shí)間地不提供具有預(yù)先確定 的幅度的輸出信號(hào)，則在傳感器中或者在用于基于所述傳感器信號(hào)確定所述輸出信號(hào)的處 理裝置中確定在產(chǎn)生所述激勵(lì)信號(hào)時(shí)的缺陷。
7.-種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其具有程序代碼單元，用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品運(yùn)行在處 理裝置（110)上時(shí)或者存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)載體上時(shí)實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的 方法。
【專利摘要】一種用于提供N維測(cè)量信號(hào)的傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括以下元件：至少N+1個(gè)傳感器，其具有相互線性獨(dú)立的測(cè)量方向；用于為傳感器中的每一個(gè)提供周期性激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)源，其中，所述激勵(lì)信號(hào)具有相互正交的頻率；用于從傳感器信號(hào)除去所述激勵(lì)信號(hào)并且用于提供所述N維測(cè)量信號(hào)的處理裝置。
【IPC分類】G01P15-18, G01D3-08, G01P21-00, G01D18-00, G01D5-244
【公開號(hào)】CN104870943
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380064049
【發(fā)明人】S·施泰因勒希納, J·普萊廷克西, J·朔伊因
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2013年10月15日
【公告號(hào)】DE102012222724A1, WO2014090445A1