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Die
Erfindung geht aus von einem Aufprallsensor bzw. einem Verfahren
zum Testen eines Aufprallsensors nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 100 07 422 A1 ist
ein Verfahren zum Überprüfen eines
Beschleunigungssensors für
ein Fahrzeuginsassenschutzsystem bekannt, bei dem die Sensoreinrichtung
mit einem Prüfsignal
beaufschlagt wird und das Prüfausgangssignal
mit einem Sollprüfausgangssignal
verglichen wird. Außerdem wird
die Dynamik des Prüfausgangssignals
untersucht.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Aufprallsensor
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
zum Testen eines Aufprallsensors mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben
demgegenüber
den Vorteil, dass nunmehr speziell der Filter, vorzugsweise ein
Tiefpassfilter, der zur Filterung des Sensorsignals verwendet wird,
mit einem Testsignal gesondert beaufschlagt wird, um dann in Abhängigkeit
von dem Antwortsignal auf das Testsignal eine Filterkonektur vorzunehmen.
Damit wird der Fehler, sofern er vorliegt, auch gleich korrigiert.
Insbesondere bei Filtern, die vorzugsweise in Hardware hergestellt
werden, kann durch Fertigungstoleranzen eine Abweichung von ±10% vorkommen.
Diese Abweichungen, die in solch sicherheitskritischen Systemen
wie einem Rückhaltesystem
besonders zu beachten sind, können
durch das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. den erfindungsgemäßen Aufprallsensor
korrigiert werden. Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. dem erfindungsgemäßen Aufprallsensor
nunmehr möglich,
kostengünstigere
Bauelemente mit größeren Toleranzen
beim Aufbau des Filters zu verwenden. Wenn Abweichungen bis zu 10%
vorkommen können,
ist die Auswirkung, insbesondere bei Ableitung des Signals noch
dramatischer. Daher ist insbesondere dann, wenn solche Ableitungen
des Sensorsignals verwendet werden, beispielsweise beim Airbagauslösealgorithmus,
dringend notwendig, solche Effekte zu kompensieren. Dies wird erfindungsgemäß elektronisch
getan.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Aufprallsensors bzw. des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Verfahrens
zum Testen eines Aufprallsensors möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Filterkorrektur durch ein Softwarefilter
erreicht wird, das direkt dem Filter nachgeschaltet ist. Alternativ
ist es möglich,
die Korrektur durch eine Parametrierung eines Auslösealgorithmus
für Rückhaltemittel
zu realisieren. Dabei kann dann beispielsweise die Schwelle entsprechend
mit einem Zuschlag versehen werden, oder auch das Signal, das in
den Algorithmus eingeht, mit einem Zuschlag oder Abschlag versehen werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass der Softwarefilter direkt durch den Aufprallsensor
realisiert wird. Insbesondere bei ausgelagerten Sensoren, die sich
beispielsweise in der B-Säule oder
in einem Seitenteil oder am Kühler
des Fahrzeugs befinden, kann dieses Softwarefilter bereits dort
durch die Sensorelektronik selbst, beispielsweise durch eine Steuerlogik
oder ein Schaltwerk, realisiert werden. Befinden sich jedoch die
Aufprallsensoren im Steuergerät
für Rückhaltemittel,
dann ist es vorteilhafterweise angezeigt, die Softwarefilter durch
den Prozessor im Steuergerät
selbst zu realisieren. Diese Möglichkeit
ist natürlich
auch für
die ausgelagerten Sensoren möglich.
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Vorteilhafter
Weise wird die Filterkorrektur nach jedem Reset des Aufprallsensors
durchgeführt. Dies
ermöglicht
eine kontinuierliche Überwachung und
Kontrolle sowie Korrektur des Aufprallsensors.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, dass die Abweichungen des Filters über eine
längere
Zeit überwacht werden,
um Trends zu erkennen, und um solche Abweichungen zu identifizieren,
die derart weit weg vom Sollwert sind, dass ein Austausch des Aufprallsensors
oder des Filters oder des Steuergeräts angezeigt ist. Dazu wird
ein Signal erzeugt, beispielsweise das Anschalten einer Warnlampe
oder eine Meldung an eine Fernwartung.
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Vorteilhafter
Weise kann als Testsignal eine Sprungfunktion verwendet werden,
die besonders einfach zu erzeugen ist und eine Vielzahl von Informationen
im Antwortsignal über
das Verhalten des Filters liefert.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein erstes Blockschaltbild,
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2 ein zweites Blockschaltbild,
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3 ein erstes Flussdiagramm,
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4 ein zweites Flussdiagramm,
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5 ein drittes Blockschaltbild,
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6 einen ersten Signalverlauf,
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7 einen zweiten Signalverlauf
und
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8 einen dritten Signalverlauf.
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Beschreibung
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In
zentralen oder auch peripheren Crash- bzw. Aufprallsensoren werden üblicherweise
Tiefpassfilter zur Filterung des Signals des Aufprallsensors verwendet.
Dies ist deshalb notwendig, weil die Aufprallsensoren Signale mit
einem bestimmten Frequenzspektrum übertragen. Dabei ist für die Crash-Diskriminierung
nur ein Teil davon wirklich relevant, während insbesondere höherfrequente
Anteile eher störend
wirken. Im Falle von Resonanzen ist es sogar zwingend notwendig,
diese Signale aus dem Spektrum zu eliminieren, da diese sonst gravierende
Messfehler erzeugen würden.
Es ist neben einem Tiefpassfilter jedoch auch ein Bandpassfilter möglich.
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Diese
Tiefpassfilter werden direkt hardwaremäßig realisiert, da sonst eine
zu große
Abtastrate notwendig wäre,
um Aliasingeffekte zu ermeiden. Durch die Ausführung mit diskreten Bauelementen, das
sind insbesondere Halbleiter, ist typischerweise eine Filtertoleranz
im Bereich von 10% auf die Eckfrequenz zu beachten, da die einzelnen
Bauelemente eine gewisse Toleranz besitzen. Abweichungen von 10%
auf die Eckfrequenz typischer Tiefpassfilter resultieren in Abweichungen
im Signal selbst. Noch dramatischer sind jedoch die Abweichungen
in ihren Ableitungen. Je höher
die Ordnung der Ableitung, desto größer ist der Effekt, der die
Robustheit des Systems erheblich einschränkt.
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Erfindungsgemäß wird daher
vorgeschlagen, die aktuelle Filtercharakteristik mit einem Testsignal
innerhalb eines Selbsttest zu bestimmen. Durch Vergleich mit der
Sollfiltercharakteristik kann dann die Abweichung bestimmt werden.
Danach kann die Filtercharakteristik durch einen weiteren Prozess, beispielsweise
einen Softwarefilter, korrigiert werden. Diese Korrektur mit einem
Softwarefilter kann entweder direkt vom Aufprallsensor selbst, das
ist dann ein selbstkorrigierender Sensor, oder aber auch vom Steuergerät erfolgen.
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Folgende
Beispiele illustrieren den erfindungsgemäßen Vorschlag:
Als Testsignal
wird eine Sprungfunktion verwendet. Die Sprungfunktion und die dazugehörige ideal
gefilterte Sprungantwort sind im Aufprallsensor oder im Steuergerät hinterlegt.
In einer Initialisierungsphase wird die Sprungfunktion mit dem Filter
gefiltert und mit der idealen Sollsprungantwort verglichen. Die
nötige
Korrektur wird bestimmt und im Aufprallsensor oder dem Steuergerät hinterlegt.
Das so erzeugte Softwarefilter zur Korrektur filtert dann zusätzlich während des
normalen Betriebs des Aufprallsensors die mit dem Filter gefilterten
Signale aus den Sensoren. Als Variante kann die Filterkorrektur
jedes Mal neu bei der Initialisierungsphase nach einem Reset bestimmt
werden und immer in einem Speicher hinterlegt werden. Bei jeder
neu bestimmten Korrektur kann mit der alten ein Vergleich stattfinden,
so dass der Aufprallsensor selbständig Veränderungen, zum Beispiel durch
Alterung und Umwelteinflüsse,
erkennen kann. Aus der absoluten Abweichung von der Sollcharakteristik
kann überprüft werden,
ob die Werte noch innerhalb der spezifizierten Toleranzgrenze liegen
oder nicht. Wenn dies nicht der Fall ist, dann kann eine Warnlampe
beispielsweise anzeigen, dass die Rückhaltesystemsensorik beim
nächsten
Werkstattbesuch zu überprüfen ist.
Alternativ kann auch nur ein Serviceflag gesetzt werden, das der
Kunde selbst nicht sieht, aber beim Auslesen in der Werkstatt wird
dieser Mangel erkannt und der entsprechende gealterte Aufprallsensor
kann ausgetauscht werden. Eine weitere Alternative ist, dass beispielsweise über eine
Funkverbindung, ein Signal an eine Fernwartung geschickt wird, um
diesen Mangel anzuzeigen.
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Als
Testsignal kann auch ein einfacheres Signal verwendet werden, zum
Beispiel ein Signal, das überall
Null ist, wobei der erste Datenwert Eins ist. Das ist sozusagen
eine auf eins normierte Deltafunktion, die alle möglichen
diskreten Frequenzen im Spektrum mit der Amplitude eins hat. Signalbeispiel: 1024
Werte, 1. Wert = 1, 2.-1024.ter Wert = 0. Führt man nun eine diskrete FFT
durch, so sieht man, dass das Spektrum aus lauter Einsen Besteht.
Filtert man diese ideal gewählte
Peakfunktion und führt
eine Fouriertransformation durch, so sieht man direkt die Transferfunktion
des Filters, wenn man den Absolutbetrag bildet (Magnitude). Zwei
Fourierspektren von zwei verschiedenen Tiefpass-Filtern sind in 8 zu sehen. Dieses Signal
hat den Vorteil, dass das zugehörige
Spektrum allen möglichen
diskreten Frequenzen mit gleicher Amplitude Eins hat. Man kann nun dieses
Testsignal filtern und über
Kriterien wie FWHM (Full Width at Half Maximum), 10-90-Kriterium
oder ähnliches,
die Abweichung der Filtercharakteristik bestimmen und daraus die
nötigen
Korrekturen ableiten.
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Wenn
mehr Rechenleistung zur Verfügung steht,
ist es möglich,
mit dem Testsignal auch das Frequenzspektrum zu untersuchen, beispielsweise mit
Hilfe einer einfachen diskreten Fouriertransformation. Dies hat
den Vorteil, dass man die Abweichung der Eckfrequenzen direkt ablesen
kann.
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Alternativ
ist es möglich,
auf eine vollständige
Transformation zu verzichten, indem man beispielsweise folgenden
vereinfachten Prozess verwirklicht:
Die Transformierte des
gefilterten Testsignals wird nur für eine bestimmte Frequenz berechnet,
indem beispielsweise mit einer Sinus- oder Cosinus-Funktion gefaltet
wird. Dies geschieht im Zeitkontinuum, d.h. die Integrale werden
diskret berechnet, daher sind im wesentlichen nur Additionen durchzuführen, was
zu einer hohen Rechengeschwindigkeit führt. Durch die gewonnene Abweichung
bei nur einer Frequenz kann beispielsweise mittels eines Look-Up-Tables
die erforderliche Korrektur in einfacher Weise ermittelt werden.
Die Faltung kann weiter vereinfacht werden, wenn man an Stelle der
Sinus- oder Cosinus-Funktionen sogenannte Walsh-Funktionen verwenden
kann. Dabei reduziert sich der Rechenaufwand auf eine geringe Anzahl
von Additionen und Subtraktionen.
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Alternativ
ist es möglich,
den Satz an Applikationsparametern zu modifizieren. Dabei werden die
Sensorsignale nicht über
ein dediziertes Softwarefilter korrigiert, sondern die Abweichung
wird zwar bestimmt, allerdings dazu verwendet, um die Parameter
der Schwellen im Algorithmus an die abweichenden Sensordaten anzupassen.
Auch das Signal selbst, das im Algorithmus untersucht wird, kann dementsprechend
verändert
werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, das Sensorelement des Aufprallsensors
zu deaktivieren oder zumindest den Signalausgang des Sensorelements
zu sperren, so lange die Übertragungscharakteristik
und die Abweichung vom Sollzustand während der Initialisierung mit
Testsignalen bestimmt wird. Damit ist sichergestellt, dass sich keine
Verfälschungen
bei der Korrekturbestimmung ergeben, die zum Beispiel durch Überlagerung
mit einem gemessenen Signal entstehen könnten.
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1 zeigt in einem ersten
Blockschaltbild den erfindungsgemäßen Aufprallsensor. Ein Sensorelement 1,
das ist hier die kapazitive Messeinrichtung eines Beschleunigungssensors,
die mikromechanisch hergestellt ist, ist an einen Messverstärker 2 angeschlossen.
Der Messverstärker 2 ist
an einen Schalter 3 angeschlossen, der wiederum an einen Tiefpassfilter 5 angeschlossen
ist. Der Tiefpassfilter 5 ist wiederum an einen Baustein 6 angeschlossen,
in den ein Analog-Digital-Wandler integriert ist und eine weitere
digitale Steuerlogik. Der Baustein 6 ist über einen
Ausgang dann an ein Steuergerät
angeschlossen und über
einen Datenein-/ausgang mit einem weiteren logischen Baustein 7.
Der Baustein 7 ist über
einen ersten Datenausgang an einen logischen Baustein 4 angeschlossen,
der an den Schalter 3 angeschlossen ist. Über einen
zweiten Datenausgang ist der Baustein 7 mit einer Warnlampe 8 verbunden.
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Zum
Test des Filters 5 steuert der Baustein 7 den
Baustein 4 an, den Schalter 3 derart zu betätigen, dass
Signale vom Verstärker 2 nicht
mehr zum Filter 5 gelangen, sondern nunmehr Signale vom Baustein 4 zum
Filter 5. Diese Signale vom Baustein 4 sind Testsignale,
beispielsweise eine Sprungfunktion, um das Tiefpassfilter 5 zu
testen. Auch der Baustein 6 wird durch den Baustein 7 darüber informiert, dass
nunmehr die Testphase für
den Filter 5 abläuft, so
dass dann das Signal, also das Antwortsignal des Filters 5 auf das
Testsignal digitalisiert vom Baustein 6 zum Baustein 7 übertragen
wird, um dort einen Vergleich durchzuführen, und zwar des Antwortsignals mit
einem Sollantwortsignal. Die Abweichung, die der Baustein 7 bei
diesem Vergleich feststellt, führt
zu einem Softwarefilter, das diese Abweichung korrigieren soll.
Dieses Softwarefilter wird im Baustein 6 integriert. Darüber hinaus überprüft der Baustein 7 diese Abweichung
darauf hin, ob diese absolute Abweichung derart groß ist, dass
ein Austausch des Aufprallsensors angezeigt ist. In diesem Fall
betätigt
der Baustein 7 die Warnlampe 8. Die Elemente 1 bis 7 können alle
in einem Gehäuse,
beispielsweise in einem peripheren Beschleunigungssensor, angeordnet sein.
Die Warnlampe 8 ist üblicherweise
in der Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet. Anstatt eines
Softwarefilters kann über
den Baustein 6 auch an das Steuergerät die Korrektur übertragen
werden, so dass das Steuergerät
entweder selbst den Softwarefilter implementiert oder seinen Algorithmus
zur Auslösung
von Rückhaltemitteln
derart parametriert, dass diese Korrektur im Algorithmus berücksichtigt wird.
Dies kann beispielsweise durch eine Veränderung der Schwellen oder
durch einen Zu- bzw. Abschlag auf das Signal erfolgen.
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2 zeigt ein zweites Blockschaltbild
des erfindungsgemäßen Aufprallsensors.
Diesmal wird die Korrektur durch das Steuergerät durchgeführt. Ein Sensorelement 20,
das beispielsweise im zentralen Airbagsteuergerät angeordnet ist, liefert sein
Signal auf einen Verstärker 21.
Der Verstärker 21 ist
mit einem Schalter 22 verbunden, der an das Tiefpassfilter 23 angeschlossen
ist. Das Tiefpassfilter 23 ist an einen logischen Baustein 24 angeschlossen,
der hier der Mikrocontroller im Steuergerät ist. Der Mikrocontroller 24 weist
einen Analogeingang auf, um das Signal des Tiefpassfilters 23 zu
akzeptieren. Im Falle des Tests aktiviert der Mikrocontroller 24 den
logischen Baustein 25, so dass der Schalter 22 derart betätigt wird,
dass die Signale vom Verstärker 21 nicht
mehr zum Tiefpassfilter 23 gelangen. In diesem Fall wird
ein Testsignal, das im Baustein 25 abgespeichert ist, zum
Tiefpassfilter 23 übertragen
und der Mikrocontroller 24 führt den Vergleich und die Auswertung
des Antwortsignals auf dieses Testsignal durch. Wiederum wird das
Antwortsignal mit einem Sollantwortsignal verglichen, um die Korrektur
festzustellen. Die Korrektur erfolgt dann, wie oben beschrieben, über ein
Softwarefilter oder die geeignete Parametrierung des Auslösealgorithmus.
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3 erläutert in einem Flussdiagramm
das erfindungsgemäße Verfahren
zum Testen eines Aufprallsensors. In Verfahrensschritt 300 tritt
ein Ereignis ein, das das Testen des Filters auslöst. Dieses Testen
kann ein Reset des Aufprallsensors sein oder eine vorgegebene Initialisierungsphase.
In Verfahrensschritt 301 wird, wie oben dargestellt, dann
das Testsignal auf das Tiefpassfilter gegeben, um im Verfahrensschritt 302 das
Antwortsignal zu erhalten, das über
einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert wird, um es dann digital
auszuwerten. In Verfahrensschritt 303 wird nun dieses Antwortsignal
aus Verfahrensschritt 302 mit einem Sollantwortsignal verglichen.
Ist die Abweichung Null oder sehr gering, erfolgt keine Korrektur
und es wird zu Verfahrensschritt 304 gesprungen, um das
Verfahren zu beenden. Liegt jedoch eine deutliche Abweichung vor,
erfolgt in Verfahrensschritt 305 eine Korrektur entweder
durch ein Softwarefilter oder durch eine geeignete Parametrierung
des Auslösealgorithmus.
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4 erläutert in einem zweiten Flussdiagramm
das erfindungsgemäße Verfahren
zum Testen eines Aufprallsensors. In Verfahrensschritt 400 wird
die Differenz des Antwortsignals mit dem Sollantwortsignal ermittelt.
In Verfahrensschritt 401 wird diese Differenz mit einem
Schwellwert verglichen. Liegt die Differenz über diesem Schwellwert, dann
erfolgt in Verfahrensschritt 402 die Ausgabe einer Warnung
entweder, wie oben dargestellt, durch das Leuchten einer Warnlampe,
oder ein Signal, ein Sprachsignal oder eine Meldung an eine Fernwartung.
Ist die Differenz noch unterhalb des Schwellwerts, dann wird in
Verfahrensschritt 403 die Entwicklung der Abweichungen über der
Zeit untersucht. Im Verfahrensschritt 404 wird dann überprüft, ob sich daraus
ein Trend abzeichnet, also beispielsweise eine kontinuierliche Alterung.
Dies kann sich in einer linearen Zunahme des Fehlers des Filters
ausdrücken.
Die Zunahme kann jedoch auch nach anderen Funktionen wie einer Potenzfunktion
erfolgen. Ist das so, dann wird im Verfahrensschritt 405 erneut
ein Signal erzeugt, um beispielsweise die Fernwartung zu aktivieren.
Wurde kein Trend im Verfahrensschritt 404 erkannt, dann
endet im Verfahrensschritt 406 das Verfahren.
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5 zeigt in einem dritten
Blockschaltbild die grundlegende Konfiguration eines Rückhaltesystems.
Ein Steuergerät 53 für die Rückhaltemittel
wie Airbags, Gurtstraffer oder Überrollbügel, erhält über einen
ersten Dateneingang von einem ausgelagerten Sensor 50 und über einen
zweiten Dateneingang von einem ausgelagerten Sensor 51 und über einem
dritten Dateneingang von einem ausgelagerten Sensor 55 Signale,
die zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln 54 verwendet
werden. Bei den ausgelagerten Sensoren handelt es sich beispielsweise
um Beschleunigungssensoren oder Drucksensoren oder Kontaktsensoren
oder Precrashsensoren. Kombinationen dieser Sensoren sind möglich. Für die Aufprallsensoren,
wie Beschleunigungs- oder Druck- oder
andere Kontaktsensoren kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden,
da diese Sensoren ein Tiefpassfilter zur Filterung ihrer Signale verwenden.
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6 zeigt in einem ersten
Diagramm ein Testsignal sowie das gefilterte Testsignal und die
Sollantwort. Als Testsignal wird hier eine Sprungfunktion 62 verwendet.
Die Kurve 60 ist die gefilterte Sprungfunktion, während die
Kurve 61 die ideale Antwortfunktion ist. Hier wurde das
Signal eines Drucksensors verwendet, wo ein instantaner Druckanstieg
von 1000 mbar bis 1200 mbar vorliegt. Die Abweichung zwischen den
Kurven 60 und 61 bestimmt dann die Korrektur,
beispielsweise im Softwarefilter.
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7 erläutert in einem zweiten Diagramm eine
alternative Testfunktion, wobei hier der erste Datenwert 1 und die
restlichen Datenwerte Null sind. Die Kurve 70 stellt die
gefilterte Testfunktion dar, während die
Kurve 71 die Sollantwort ist. Durch Kurvenvergleich mittels
verschiedener Kriterien, wie zum Beispiel Peakhöhe und Abfall auf die Hälfte oder
ein 10-90-Kriterium, kann die Abweichung hier bestimmt werden.
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8 zeigt in einem letzten
Diagramm die Bestimmung der Abweichung der Filtereckfrequenz anhand
des Frequenzspektrums einer Testfunktion. Es wird hier eine normierte
Beispieltestfunktion verwendet. Der erste Datenwert ist 1 und die
restlichen Datenwerte 0. Die Funktion enthält alle möglichen diskreten Frequenzen
mit der Amplitude 1. Die Kurve 80 zeigt das Frequenzspektrum
der gefilterten Testfunktion, während
die Kurve 81 das Sollfrequenzspektrum zeigt. Die Abweichung
der Filtereckfrequenz lässt
sich in diesem Fall einfach bei 1/√2 ablesen.
In 8: 1/√2 = 0.707. Bei einer Amplitude
von 0.707 liegt die 3-dB-Eckfrequenz des einen Tiefpassfilters in
der 8 bei ca. 400 Hz
(Kurve 80), bei der anderen Kurve bei ca. 380 Hz (Kurve 81).