Beschreibung

Titel

Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem

Beschleunigungssensor

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor, der ein

Beschleunigungssignal aufweist und mit einer Verarbeitungseinheit, mittels der aus dem Beschleunigungssignal ein Geschwindigkeitssignal bestimmbar ist.

Beschleunigungssensoren können zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen verwendet werden. Dies ist insbesondere für Navigationssysteme von Interesse. Bei Navigationsvorrichtungen bietet der Aufbau eines sensorfusionierten Systems mit Geschwindigkeits-, bzw. Wegstreckendaten und satellitengestützter Positionsbestimmung die Möglichkeit, die aktuelle Position genauer zu bestimmen. Typischerweise wird dabei durch Filtern und Integration der Beschleunigungssignale eines Beschleunigungssensors versucht, die aktuelle Geschwindigkeit eines Automobils hinreichend genau zu bestimmen. Dazu sind relativ aufwendige Filtervorgänge und damit rechenintensive Korrekturen (bei digitalen Systemen) notwendig.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor, der ein Beschleunigungssignal aufweist und mit einer Verarbeitungseinheit, mittels der aus dem Beschleunigungssignal ein Geschwindigkeitssignal bestimmbar ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Verarbeitungseinheit einen ersten

Integrierer zur Bestimmung einer Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungssignal, einen zweiten Integrierer zur Bestimmung einer Signalabweichung des Beschleunigungssignals und einen Addierer zur Subtraktion der Signalabweichung aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Beschleunigungssignal in einem ersten Signalpfad dem ersten Integrierer und ein Ausgangssignal des ersten Integrierers dem Addierer zugeführt wird, sowie das Beschleunigungssignal in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers mit umgekehrtem Vorzeichen dem

Addierer zugeführt wird.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Beschleunigungssignal in einem ersten Signalpfad dem Addierer zugeführt wird, das Beschleunigungssignal in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer zugeführt wird, sowie ein Ausgangssignal des Addierers dem ersten Integrierer zugeführt wird.

Vorteilhaft ist, daß eine erste Integrationszeit des ersten Integrierers kleiner ist als eine zweite Integrationszeit des zweiten Integrierers.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Beschleunigungssensor mikromechanisch ausgestaltet ist und daß die Verarbeitungseinheit in eine Auswerteschaltung des Beschleunigungssensors integriert ist.

Diese Lösung ist einfach, flexibel (Die Integrationszeiten der Integrierer sind vorteilhaft beispielsweise durch externe Kondensatoren einstellbar.) und äußerst kompakt. Die Verarbeitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann

beispielsweise auf dem Auswerte- ASIC eines mikromechanischen Beschleunigungssensors implementiert werden. Damit kann ein Sensor Beschleunigungswerte und parallel dazu Geschwindigkeitswerte ausgeben.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor im Stand der Technik. Fig. 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor.

Fig. 3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor im Stand der Technik. Ein Beschleunigungssensor 10 weist an einem Ausgang ein Beschleunigungssignal 100 auf. Das Beschleunigungssignal 100 wird einer Verarbeitungseinheit 20 zugeführt. In der Verarbeitungseinheit 20 wird durch komplexe, auch digitale, Filter- und Integrationsfunktionen aus dem Beschleunigungssignal 100 ein

Geschwindigkeitssignal 110 bestimmt.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor. Die Figur zeigt schematisch einen

Beschleunigungssensor 10 mit einer Doppelintegrationsstufe. Der Beschleunigungssensor 10 stellt ein Beschleunigungssignal 100 bereit, welches im Allgemeinen eine Signalabweichung (Offset) aufweist. Die Verarbeitungseinheit 20 weist einen ersten Integrierer 210 zur Bestimmung einer Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungssignal 100, einen zweiten Integrierer

220 zur Bestimmung der Signalabweichung des Beschleunigungssignals 100 und einen Addierer 300 zur Subtraktion der Signalabweichung auf. Das analoge Beschleunigungssignal 100 des Beschleunigungssensors 10 wird in diesem Ausführungsbeispiel parallel in zwei Signalpfaden mit je einer Integrationsstufe mit unterschiedlicher Integrationszeit verarbeitet. Die Ergebnisse dieser beiden

Operationen werden voneinander subtrahiert. Dabei wird das Beschleunigungssignal 100 in einem ersten Signalpfad dem ersten Integrierer 210 und ein Ausgangssignal des ersten Integrierers 210 dem Addierer 300 zugeführt. Das Beschleunigungssignal 100 wird außerdem in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer 220 und ein Ausgangssignal des zweiten

Integrierers 220 mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer 300 zugeführt. Der erste Integrierer 210 weist eine erste Integrationszeit δti und der zweite Integrierer 220 weist eine zweite Integrationszeit δt ₂ auf, wobei δti < δt ₂ ist. Die Integrationszeiten sind derart gewählt, daß der erste Integrierer 210 aus dem Beschleunigungssignal 100 ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, welches noch mit einer Signalabweichung behaftet ist, und der zweite Integrierer 220 aus dem Beschleunigungssignal 100 die Signalabweichung erzeugt. Im Ergebnis ist am Ende der Signalverarbeitung, d.h. an einem Ausgang des Addierers 300 ein Geschwindigkeitssignal 110 (ohne Signalabweichung) bereitgestellt.

Fig. 3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit mit einem Beschleunigungssensor. Die Figur zeigt schematisch einen Beschleunigungssensor mit einer anderen Doppelintegrationsstufe. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel erfolgt die Subtraktion des Ergebnisses der langsamen Integrationsstufe 220 vom Beschleunigungssignal 100 vor der Integration des Signals in der schnelleren Integrationsstufe 210. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird das Beschleunigungssignal (100) in einem ersten Signalpfad dem Addierer (300) zugeführt. Das Beschleunigungssignal (100) wird außerdem in einem zweiten Signalpfad dem zweiten Integrierer (220) und ein Ausgangssignal des zweiten Integrierers (220) mit umgekehrtem Vorzeichen dem Addierer (300) zugeführt. Schließlich wird ein Ausgangssignal des Addierers (300) dem ersten Integrierer (210) zugeführt.

Durch die langsame Integrationsstufe 220 werden kurzfristige Signalschwankungen herausgefiltert Was übrig bleibt ist die Signalabweichung (Offset) des Beschleunigungssensors. Die schnelle Integrationsstufe 210 berücksichtigt Geschwindigkeitsänderungen, ist aber durch die aktuelle Signalabweichung beeinträchtigt. Durch geschickte Wahl der Integrationszeiten kann die Signalabweichung ermittelt werden. Durch Subtraktion der so ermittelten Signalabweichung kann ein hinreichend gutes Geschwindigkeitssignal gewonnen werden.

Die Erfindung kann insbesondere bei Navigationssystemen, aber auch bei

Eingabegeräten für Computer wie Mäuse etc. eingesetzt werden.