Verfahren zur Ermittlung des Offsetwertes eines Sensorsignals Stand der Technik

Aus der DE 102 54 296 AI sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur

Ermittlung des Offsetwertes eines Längsbeschleunigungssensors bekannt. Dabei wird im Fahrzeugstillstand bei betätigter Bremse aus dem Ausgangssignal des Längsbeschleunigungsensors eine erste die Fahrbahnneigung repräsentierende Neigungsgröße ermittelt. Nach einem auf den Fahrzeugstillstand folgenden Lösen der Bremse wird aus dem Ausgangssignal des Sensors eine zweite die Fahrbahnneigung repräsentierende Neigungsgröße ermittelt. Abhängig von beiden Neigungsgrößen wird der Offset des Längsbeschleunigungssensors ermittelt.

Häufig werden für längsdynamisch wirkende Stillstandsfunktionen einer

Fahrdynamikregelung wie z.B. einer Hill-Hold-Control-Funktion sehr hohe Anforderungen an die Temperaturabhängigkeit des Offsetwertes des für die Fahrbahnlängsneigungsermittlung verwendeten Längsbeschleunigungssensors gestellt. Das heißt, das Ausgangssignal des Sensors darf nur eine sehr schwache Temperaturabhängigkeit besitzen. In Fig. 1 ist beispielhaft der

Offsetwert eines Längsbeschleunigungssensors als Funktion der Temperatur aufgetragen. In Abszissenrichtung wächst die Temperatur des Sensors von links nach rechts an.

„LT" bedeutet niedrige Temperatur im Bereich von -40 °C,„NT" bedeutet

Normaltemperatur im Bereich von 20°C und„HT" bedeutet eine hohe

Temperatur im Bereich von 85° C. In Ordinatenrichtung ist beispielhaft der Offsetwert aufgetragen. Dabei kennzeichnen a, b, c und d vier unterschiedliche Sensoren.

Mit zunehmender Temperatur vergrößert sich im Beispiel von Fig. 1 jeweils der Offsetwert.

Wird ein Fahrzeug lange bei hoher Temperatur gefahren, dann wird im Beispiel nach Fig. 1 der Offsetwert des Längsbeschleunigungssensors zunehmen. Dieser Wert wird von den Langzeit-Offsetkompensationsalgorithmen gelernt und bei Zündung-aus im Steuergerät gespeichert. Bei Zündung-ein wird dann der gespeicherte Wert wieder verwendet. Dabei hat sich aber in der Zeit, in der das Fahrzeug abgestellt und ausgeschaltet war, sicher die Temperatur geändert und somit der vorherrschende Offset. Da dieser geänderte Offset für das Fahrzeug bzw. System bei Zündung-ein sprunghaft auftritt, wird von einem Kurzzeit-Offset gesprochen, welcher nicht sofort abgleichbar ist. Diesem Problem wird begegnet, indem man sehr strenge Kurzzeitoffsets, d.h. Temperaturcharakteristiken, als Anforderungen an die Sensoren stellt. Im Beispiel nach Fig. 1 könnte dies bedeuten, dass lediglich Sensor a in Frage kommt, die Sensoren b, c und d wegen zu starker Temperaturabhängigkeit des Offsetwertes jedoch verworfen werden.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Offsetwertes eines Sensorsignals in einem Fahrzeug nach Beendigung eines Abstellzeitraums, in welchem das Fahrzeug abgestellt war, enthaltend die Schritte

Ermittlung des offsetkorrigierten Sensorsignals vor Beginn des

Abstellzeitraums,

Abspeichern des offsetkorrigierten Sensorsignals in einem

Datenspeicher,

Ermittlung des geänderten Offsetwerts des Sensorsignals nach

Beendigung des Abstellzeitraums aus dem vor Beginn des

Abstellzeitraums offsetkorrigierten Sensorsignal und dem nach

Beendigung des Abstellzeitraums vorliegenden Sensorsignal, welches noch nicht bzgl. des Offsetwertes korrigiert ist. Durch die Erfindung wird es vermieden, dass durch die Änderung der

Umgebungstemperatur des Sensors und damit der Sensortemperatur während des Abstellvorgangs ein stark fehlerhafter Offsetwert für den Sensor ermittelt und verwendet wird. Ist der Sensor nahe am Motor verbaut, dann ist die

Motortemperatur bzw. Motorraumtemperatur die maßgebende Größe für die Sensortemperatur. Diese sinkt während eines Parkvorgangs ab. Ist der Sensor unter der Hutablage verbaut, dann kann dessen Temperatur rasch anwachsen, wenn das Fahrzeug in der Sonne geparkt ist und sich die Hutablage durch Sonneneinstrahlung erwärmt. Ist der Sensor nahe dem Unterboden des

Fahrzeugs verbaut, dann kann der Sensor sehr schnell abkühlen, wenn der Wagen im Schnee geparkt wird. Im allgemeinen wird der Sensor während der Fahrt die Temperatur am Einbauort des Sensors annehmen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der geänderte Offsetwert des Sensorsignals nach Beendigung des

Abstellzeitraums aus der Differenz zwischen dem nach Beendigung des

Abstellzeitraums vorliegenden Sensorsignal und dem offsetkorrigierten

Sensorsignal vor Beginn des Abstellzeitraums ermittelt wird. Die Erfindung eignet sich damit insbesondere für Sensoren, welche eine Größe erfassen, welche sich während des Abstellvorgangs nicht geändert hat, deren Offsetwert sich aber während des Abstellvorgangs ändern kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der nach Beendigung des Abstellzeitraums ermittelte geänderte Offsetwert anschließend während eines Zeitintervalls vorgegebener Länge gemäß einer vorgegebenen zeitlichen Funktion zeitlich so modifiziert wird, dass der geänderte Offsetwert am Ende des Zeitintervalls den vor Beginn des Abstellzeitraums ermittelten Offsetwert annimmt. Hier wird die Eigenschaft des Offsetwerts ausgenutzt, dass dieser sich nur sehr langfristig ändert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Abstellzeitraum um einen Zeitraum handelt, in welchem das Fahrzeug eine ausgeschaltete Zündung aufweist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensor um einen Längsbeschleunigungssensor handelt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert außerhalb des Zeitintervalls vorgegebener Länge nach

Beendigung des Abstellvorgangs mittels einer Tiefpassfilterung des

Sensorsignals ermittelt wird und während des Zeitintervalls vorgegebener Länge durch den ermittelten geänderten Offsetwert ersetzt wird.

Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, enthaltend Mittel, die zur

Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren ausgestaltet sind. Dies ist insbesondere ein Steuergerät, welches mit dem Programmcode der

erfindungsgemäßen Verfahren ausgestattet ist.

Die Zeichnung besteht aus den Figuren 1 bis 4.

Fig. 1 zeigt verschiedene Offsetcharakteristiken von

Längsbeschleunigungssensoren als Funktion der Temperatur.

Fig. 2 zeigt anhand der zeitlichen Verläufe ausgewählter Größen eine erste Ausgestaltung der Erfindung.

Fig. 3 zeigt anhand der zeitlichen Verläufe ausgewählter Größen eine zweite Ausgestaltung der Erfindung.

Fig. 4 zeigt in Form eines Blockdiagramms die Struktur der zweiten

Ausgestaltung der Erfindung.

Fig. 2 zeigt sechs Signalverläufe als Funktion der jeweils in Abszissenrichtung aufgetragenen Zeit t. Im obersten Diagramm ist die aktuelle Fahrbahnneigung als Funktion der Zeit t während einer Fahrt aufgetragen. Das Fahrzeug bewegt sich bis zum Zeitpunkt tl auf einer ebenen Fahrbahn, danach nimmt die

Fahrbahnneigung bis zur Zeit t2 kontinuierlich zu. Zum Zeitpunkt t2 wird das Fahrzeug auf der geneigten Fahrbahn abgestellt und zum späteren Zeitpunkt t3 wieder in Betrieb genommen. Im zweiten Diagramm von oben ist in Ordinatenrichtung das Ausgangssignal eines Längsbeschleunigungssensors bzw. ax-Sensors dargestellt. Dieses Signal ist bereits bzgl. der Fahrzeuglängsbeschleunigung korrigiert und gibt daher die Fahrbahnneigung an. Bezüglich des Offsetwertes ist das Signal jedoch noch nicht korrigiert. Das Signal weist bis zum Zeitpunkt tl einen konstanten Wert auf, welcher aber von Null verschieden ist. Dieser konstante Wert, welcher wegen der ebenen Fahrbahn eigentlich Null sein sollte, stellt den Offsetwert des

verwendeten ax-Sensors dar. Zwischen tl und t2 wächst das Ausgangsignal wie erwartet linear an, entsprechend dem Steigungsverlauf im oberen Diagramm.

Während des Parkzeitraums zwischen t2 und t3 kann sich die Temperatur des Sensors gravierend ändern, während bis zum Zeitpunkt t2 der Sensor im wesentlichen die Motorraumtemperatur aufwies

Nach Beendigung des Abstellvorgangs nimmt das Sensorsignal deshalb einen Wert M zwischen Ml und M2 an. Bei Ml und M2 handelt es sich um zwei extreme Temperaturszenarien, denn während des Parkvorgangs ändern sich die Sensortemperatur und damit der Offsetwert. M wird im allgemeinen irgendeinen Wert zwischen Ml und M2 annehmen.

Im dritten Diagramm von oben ist in Ordinatenrichtung der Offsetwert des Sensors eingezeichnet. Man erkennt, dass der Offsetwert sich zwischen tl und t2 nicht geändert hat. Das ist dadurch begründet, da der Sensor in diesem Zeitraum eine nahezu konstante Temperatur, z.B. die Motorraumtemperatur, aufwies. Ab t = t2 ändert sich der Offsetwert je nach Temperaturszenario.

Im vierten Diagramm von oben ist in Ordinatenrichtung der LTC-Wert

aufgetragen. Unter dem LTC-Wert versteht man den mittels eines

Langzeitabgleichs ermittelten Offsetwert des Sensors. Wenn sich der Offsetwert des Sensors nur langsam ändert, dann gibt der LTC-Wert sehr gut den

Offsetwert an. Ändert sich der Offsetwert dagegen sprungartig, dann gleicht sich der LTC-Wert langsam an, bis er den Offsetwert gelernt hat. Der LTC- Algorithmus stellt im wesentlichen einen PT1- Filter für das Sensorsignal dar. Am Ende des Parkvorgangs bei t = t3 liegt eine solche sprungartige Änderung des Offsetwertes vor, da während des Parkvorgangs keine Ermittlung des Offsetwerts stattfindet und die LTC- Filterung gestoppt war. Ab t = t3 wird der PT1- Filter zur Ermittlung des LTC- Wertes sprungartig mit einem Sensorsignal beschickt, welches einen anderen Offsetwert gegenüber dem Zeitpunkt t2 aufweist.

Im fünften Diagramm von oben ist der HHC-Wert aufgetragen. Darunter versteht man den offsetkorrigierten Sensorwert, d.h. die mittels des Sensors ermittelte Steigung. Diese wächst ab dem Zeitpunkt tl linear an und erreicht zum

Haltezeitpunkt t2 den Wert H. H gibt die mittels des Sensors ermittelte Steigung zum Zeitpunkt t2 an.

Bei der Erfindung wird angenommen, dass sich die Fahrbahnneigung während des Parkvorgangs nicht verändert hat, weil das Fahrzeug nicht bewegt wurde. Diese Annahme ist fast immer richtig, seltene Ausnahmen können ein

Abschleppen des Fahrzeugs oder ein Wegrollen mit ausgeschalteter Zündung sein.

Wegen dieser Annahme muss die Neigung zum Zeitpunkt t3 identisch mit der Neigung zum Zeitpunkt t2 sein. Der offsetkorrigierte Sensorwert zum Zeitpunkt t2 war H. Der offsetkorrigierte Sensorwert zum Zeitpunkt t3 muss deshalb ebenfalls

H sein. Der Sensorwert zum Zeitpunkt t3 nimmt jedoch toleranzbedingt und temperaturbedingt einen Wert M zwischen Ml und M2 an. Der Offsetwert zum Zeitpunkt t3 ist deshalb die Differenz zwischen Sensorwert und H, d.h. z.B. M - H.

Der Unterschied zwischen dem Sensorwert zum Zeitpunkt t3, z.B. Ml, und dem HHC-Wert H zum Zeitpunkt t2 wird bei der LTC-Filterung als Anfangswert für Stillstände nach dem Einschalten der Zündung in den ersten Minuten genutzt. Daraufhin wird der Anfangswert der LTC-Filterung innerhalb einer vorgegebenen

Zeit vom erwähnten Startwert, welcher in den beiden Extremszenarien den Wert Ml - H bzw. den Wert M2 - H annimmt, auf den alten Stopwert LI

zurückgefahren. Dieses Zurückfahren erfolgt dabei anhand eines vorgegebenen Funktionsverlaufs innerhalb eines vorgegebenen sich von t = t3 bis t = t4 erstreckenden Zeitintervalls. Beispielsweise kann es sich dabei um eine lineare Funktion handeln, wie im vierten Diagramm von oben beim LTC-Wert dargestellt. Das langsame Zurückfahren auf den alten Stoppwert LI ist deshalb sinnvoll, weil nach einem Zeitraum von typischerweise einigen Minuten der Sensor zumeist wieder die Temperatur die vor Beginn des Parkvorgangs aufweist, z.B. wieder die Motorraumtemperatur erreicht hat und hier im wesentlichen wieder den alten Offsetwert LI aufweist.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die betrachtete Situation ist dieselbe wie in Figur 2. Ein Fahrzeug fährt bis zum Zeitpunkt tl auf ebener Fahrbahn und bewegt sich dann entlang linear zunehmender Fahrbahnneigung bis zum Zeitpunkt t2. Dann wird die Zündung ausgeschaltet und das Fahrzeug abgestellt. Zum späteren Zeitpunkt t3 erfolgt ein Wideranlassen der Zündung. Während des Parkzeitraums zwischen t = t2 bis t = t3 haben sich der Motor des Fahrzeugs und damit die Sensortemperatur abgekühlt, wenn ein im Motorraum verbauter Sensor angenomen wird. Die ersten drei Diagramme von oben zeigen analog zu Fig. 2 die zeitlichen Verläufe von Fahrbahnneigung, des Ausgangssignals des Längsbeschleunigungssensors sowie den Offsetwert des Sensors. Im vierten Diagramm von oben ist der LTC- Wert dargestellt. Dieser wird in dieser Ausführungsform völlig unabhängig vom Abstellvorgang des Fahrzeugs weiterberechnet und bleibt näherungsweise konstant. Dies ist dadurch bedingt, dass es sich bei der durch die

Temperaturänderung während des Abstellvorgangs erfolgten zeitweiligen Offsetänderung nach Fahrzeugstart um ein sehr kurzzeitiges und damit hochfrequentes Ereignis handelt (Zeitdauer wenige Minuten bis zum

Wiedererreichen der Motortemperatur des Sensors), welches wegen der Tiefpassfilterung keinen nennenswerten Einfluss auf den LTC-Wert hat.

Würde dieser mittels einer Tiefpassfilterung gewonnene LTC-Wert beim

Wiederanfahren zum Zeitpunkt t3 weiterhin als Offsetwert verwendet, dann würde sich daraus ein falscher HHC-Wert ergeben. Weil die Temperatur während des Parkvorgangs gefallen ist, stellt dieser LTC-Wert nicht mehr den momentan vorhandenen Offsetwert dar. Deshalb wird in dieser zweiten Ausführungsform eine Hilfsvariable LTChelp eingeführt, welche im untersten Diagramm von Fig. 3 eingezeichnet ist. Diese wird nur im Zeitintervall von t3 bis t4 verwendet und ist außerhalb davon Null.

Diese Hilfsvariable wird dem mittels des LTC-Wertes offsetkorrigierten

Sensorwert im betrachteten Zeitintervall hinzuaddiert.

Der Wert von LTChelp zum Zeitpunkt t3 errechnet sich nach der Beziehung

LTChelp = LTC - (M-H).

Damit ergibt sich zum Zeitpunkt t3 ein HHC-Wert gemäß der Beziehung

HHC-Wert = (Sensorwert - LTC) + Hilfsvariable

= (M - LTC) + (LTC- (M-H)) = H

Das heißt der HHC-Wert hat sich nach Beendigung des Parkvorgangs nicht geändert. Das ist auch anschaulich verständlich, da sich die Fahrbahnneigung nicht verändert hat. Die Hilfsvariable wurde so definiert, dass sich beim

Anfahrvorgang derselbe HHC-Wert ergibt, obwohl sich die Sensortemperatur und damit dessen Offsetwert geändert haben.

Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass zum Zeitpunkt t4 der

Sensor wieder auf die Motortemperatur bzw. Motorraumtemperatur aufgewärmt ist und somit wieder den zum Zeitpunkt t2 vorliegenden Offsetwert aufweist. Deshalb wird die Hilfsvariable LTChelp gemäß einer vorgebbaren

Rampenfunktion von ihrem Maximalwert LTC- (M-H) auf Null zurückgeführt. Bei dieser Rampenfunktion handelt es sich im einfachsten Fall um eine lineare

Funktion, wie sie auch in Fig. 3 verwendet wurde. Selbstverständlich kann anstelle der linearen Funktion auch eine andere Funktion, z.B. eine

Parabelfunktion oder eine Exponentialfunktion, verwendet werden. Der mittels des beschriebenen Verfahrens ermittelte HHC-Wert ist im fünften Diagramm von oben dargestellt.

Die Struktur der beschriebenen zweiten Ausführungsform des Verfahrens ist in Fig. 4 dargestellt. Das Eingangssignal ist das mit ax_raw bezeichnete

Sensorsignal, dieses stellt das ungefilterte und offsetbehaftete Ausgangssignal eines Längsbeschleunigungssensors dar. Ein Herausrechnen der

Längsbeschleunigung habe jedoch bereits stattgefunden. Im Stillstand ist die Längsbeschleunigung gleich Null. Dieses Signal ax_raw wird den Blöcken 400 und 401 zugeführt. In Block 401 erfolgt die Ermittlung des LTC-Wertes dieses Signals über eine Tiefpassfilterung, dieser LTC-Wert stellt den Langzeitoffsetwert von ax raw dar. Im Subtraktionsblock 401 wird der LTC-Wert von dem Sensorsignal ax_raw subtrahiert, d.h. das Sensorsignal wird um den

Langzeitoffsetwert bereinigt. Dabei ist zu beachten, dass plötzliche Änderungen des Offsetwertes das Ausgangssignal ax verfälschen. Eine solche plötzliche Änderung des Offsetwertes tritt während eines Parkvorgangs mit ausgeschalteter Zündung ein. Im allgemeinen ändern sich während des Parkvorgangs die Motortemperatur und damit auch die Sensortemperatur, d.h. der Offsetwert des Sensors vor dem Ausschalten der Zündung und der Offsetwert nach dem

Einschalten des Sensors sind verschieden. Während des Parkvorgangs findet keine Auswertung der Sensorsignale und damit auch keine Ermittlung des Offsetwertes statt. Das bedeutet, dass nach dem Einschalten der Zündung eine sprungartige Änderung des Sensorsignals vorliegt, bedingt durch die

sprungartige Änderung des Offsetwertes. Deshalb wird eine Hilfsvariable

LTChelp definiert, welche in Block 402 nach dem Einschalten der Zündung während eines Zeitintervalls vorgegebener Länge zu dem Wert ax addiert werden. Diese Variable LTChelp kompensiert den Offsetfehler unmittelbar nach dem Einschalten der Zündung exakt, danach noch näherungsweise. Die Länge des Zeitintervalls wird dabei so gewählt, dass nach Ablauf des Zeitintervalls davon ausgegangen werden kann, dass der Sensor wieder die Motortemperatur erreicht hat. Das nun auch mittels der Hilfsvariablen korrigierte Signal ax_HHC steht nun im Block 403 Funktionen wie beispielsweise einer Hillholder- Funktion HHC zur Verfügung.

In den Ausführungsbeispielen wurde das Ausgangssignal eines

Längsbeschleunigungssensor betrachtet. Die Erfindung eignet sich ebenso zur Ermittlung der Offsetwerte anderer Sensoren nach einem Abstellvorgang, beispielsweise eines Gierratensensors oder eines Querbeschleunigungssensors.