用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法、系统、计算机程序
阅读说明：本技术 用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法、系统、计算机程序 (Method, system, computer program for offset calibration of a tachometer signal of a tachometer ) 是由 J·古特 H·贝克尔 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：一种用于转速传感器(1)的转速传感器信号(11)的偏移校准的方法,其中,在第一步骤中,求取转速传感器(1)处于静止状态(15)；在该第一步骤之后的第二步骤中,根据静止状态(15)中所测量的转速传感器的转速传感器测量值(x1)来确定滤波器参数(a)；在该第二步骤之后的第三步骤中,借助滤波器参数(a)确定经滤波的转速传感器测量值其中,借助经滤波的转速传感器测量值确定偏移(40)。(A method for offset calibration of a tachometer signal (11) of a tachometer sensor (1), wherein in a first step, it is determined that the tachometer sensor (1) is in a stationary state (15); in a second step following the first step, a filter parameter (a) is determined from a rotational speed sensor measurement (x1) of the rotational speed sensor measured in a stationary state (15); in a third step following the second step, the filtered measured values of the rotational speed sensor are determined using the filter parameters (a) Wherein, by means ofFiltered tachometer sensor measurements An offset is determined (40).)
技术领域
本发明涉及一种用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法。本发明还涉及一种用于校准转速传感器的转速传感器信号的偏移的系统和一种包含指令的计算机程序。
背景技术
转速传感器、尤其具有微机电系统的转速传感器应用于各种各样的领域。其例如在电子消费品领域用作智能手机或者所谓的“可穿戴设备”的部件。在此，可以使用其确定设备在空间中的定向。为此，通常将转速传感器信号进行集成。在转速传感器的不运动状态中，转速传感器信号应为零。但这类转速传感器在其信号中典型地具有制造限定的偏移。这在转速传感器信号集成中导致系统误差，尤其导致对定向估计起负面作用的漂移。在此，在几分钟内可以迅速产生180°的定向误差。为了避免这种漂移，需要校正转速偏移。由于偏移可能在传感器运行期间和在其使用寿命期内——例如由于温度的影响——发生改变，在传感器制造时的工厂侧的预校准一般不能导致期望地避免偏移。
由现有技术中已知用于校准转速偏移的方法。
US 8548766 B2例如描述一种具有至少一个陀螺仪、一个加速度传感器和一个磁强计的传感器平台。在此，借助加速度传感器和磁强计的测量值来确定对于陀螺仪的补偿。US 20110301900 A1描述一种具有温度值和所属的零转速偏移的查找表。
但已知方法的缺点是，其部分地仅难以实现并且实现成本高，并且例如以在一个芯片系统上存在多个不同的传感器类型为前提。另一方面，在多个已知系统的情况下，仅难以实现或者根本不能够实现在各种各样的应用领域中为转速传感器进行有效的偏移校正，例如手机中的转速传感器，其典型地通常被不运动地放置在桌子或类似物处，而可穿戴设备中的转速传感器——即使在其静止位置中——仍由于穿戴者的轻微运动处于显著噪声中。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法，该方法可以为转速传感器的各种各样的应用领域实现快速且可靠的偏移校正。
根据本发明的用于根据主权利要求的转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法相对于现有技术具有如下优点：将滤波器参数匹配于转速传感器的静止状态条件。因此，与对于即使在静止状态(Ruhezustand)中仍经受轻微运动和波动的传感器的情况相比，例如对于在静止状态中(几乎)完全不运动的转速传感器可以求取和使用不同的滤波器参数。对于唯一的传感器，也可以将滤波器有利地匹配于静止状态的当前给定条件。相应地，可以实现将滤波器时间匹配于静止状态条件，并且因此可以进行优化。因此，例如可以使用缩短的时间为具有低噪声的(完全)不运动的传感器求取偏移，由此可以实现更精确的校正和与变化中的温度条件匹配。对于即使在静止状态中仍经受显著运动的传感器，相反地可以借助滤波器参数的求取来增加用于偏移求取的时间，以便更好地补偿所增加的噪声，并且也在此获得适当的偏移校正。
根据本发明确定的偏移尤其可以随后用于转速传感器信号的偏移校正或偏移校准。
根据本发明的一种实施方式，转速传感器信号的偏移也可以理解为转速传感器信号的错位(Versatz)。
转速传感器信号尤其包括多个转速传感器测量值，所述转速传感器测量值由转速传感器以一速率(采样率)依次进行求取或产生和输出。
转速传感器可以具有一个或者多个测量轴，尤其一个、两个或者三个轴。转速传感器信号和转速传感器测量值可以相应地分别包括传感器的所有测量轴的值。
有利的扩展方案和实施方式由从属权利要求得出。
根据本发明的一种实施方式，可以通过如下方式以有利的方式实现以可靠的方式求取转速传感器处于静止状态，即不运动或者几乎不运动：在第一步骤中借助转速传感器测量值的估计平均值和/或借助转速传感器测量值的估计波动值来求取转速传感器处于静止状态，其中，估计波动值优选相应于估计方差。估计波动值优选是转速传感器测量值的估计最大方差或者波动。尤其可以设想，借助平滑滤波器对估计平均值和/或估计波动值(或估计方差)进行求取或估计。在这种情况下可以设想，估计平均值和/或估计方差不精确地相应于测量值的平均值和/或测量值的方差。
根据本发明的一种实施方式，通过如下方式能够实现尤其有利的静止状态求取：如果估计平均值小于第一阈值和/或估计方差小于第二阈值，那么在第一步骤中求取出转速传感器处于静止状态。在此，优选借助平滑滤波器为一定数量的(最近的(letzten))转速测量值来构造估计平均值和估计方差(或者最大波动)。尤其优选地可以设想，如果估计平均值小于第一阈值thr1且估计方差小于第二阈值thr2，那么确定静止状态。优选地，仅在转速传感器的静止状态中执行该方法的以下步骤。
根据本发明的一种实施方式，通过如下方式可以在偏移校正时和尤其在求取滤波器参数时仅考虑在转速传感器处于在静止状态中所测量的测量值：在静止状态中所测量的转速传感器测量值仅仅包括自从转速传感器处于静止状态起被测量的转速传感器测量值，其中，在静止状态中所测量的转速传感器测量值优选在第三步骤中确定经滤波的转速传感器测量值时、尤其在确定经滤波的转速传感器测量值时使用。
根据本发明的一种实施方式，通过如下方式能够实现对滤波器参数(并且因此该校正方法整体)与在静止状态中的给定条件和对转速传感器的外部影响进行尤其有利的匹配：在第二步骤中，根据第一中间参数和第二中间参数确定滤波器参数，其中，第一中间参数与在静止状态中所测量的转速传感器测量值的数量的倒数成比例，其中，第二中间参数取决于在静止状态中所测量的转速传感器测量值的波动，其中，该波动优选是估计方差。
尤其可以根据一种实施方式如下地求取第一中间参数a1：
其中，#Z是在静止状态中所测量的转速传感器测量值的数量或用于校准的样本数量。第二中间参数a2尤其可以优选如此求取，使得从0到第二阈值thr2，即尤其从0到最大方差或者波动的范围划分为多个区间或子范围。例如可以为在不同的可穿戴设备校准情况中出现的每个典型噪声水平提供一个区间。给每个区间分配一个第二中间参数的固定值。因此，第二中间参数获得分配给以下区间的值：在静止状态中所求取的(最大)波动或方差落入该区间中。
根据本发明的一种实施方式，通过滤波器参数相应于第一和第二中间参数的最大值可以进行尤其有利地求取滤波器参数，其中，可以不仅考虑在静止状态中所测量的转速传感器测量值的波动，而且考虑在静止状态中所测量的转速传感器测量值的数量。因此，例如可以不仅对在静止状态中仅具有低噪声的转速传感器执行尤其快速和精确的偏移校准，而且对具有提高的噪声的转速传感器执行相对更慢但仍然精确的偏移校准。
根据本发明的一种实施方式，通过如下方式可以实现尤其有利的偏移校准：在第三步骤中，进一步根据先前的经滤波的转速传感器测量值和当前的转速传感器测量值尤其借助指数平滑来求取经滤波的转速传感器测量值。
尤其可以设想在第三步骤中使用以下关系：
其中，是经滤波的转速传感器测量值，其中，a是滤波器参数，其中，是先前经滤波的转速传感器测量值，其中，x[n]是当前的转速传感器测量值，其中，n为转速传感器测量值或经滤波的转速传感器测量值编号。在此，优选在先前的第三步骤的或第二和第三步骤的或第一、第二和第三步骤的迭代中以(用于确定经滤波的转速传感器测量值的)类似方式确定先前的经滤波的转速传感器测量值。相应地，可以在第三步骤中使用参数——即滤波器参数a——进行指数平滑。对于第三步骤，原则上也可以考虑其他滤波方法。
根据本发明的一种实施方式，通过如下方式能够实现降低偏移的输出率并且尤其与转速传感器测量值的测量率或采样率无关：在第三步骤之后，借助抽取滤波装置(Dezimatoreinrichtung)降低经滤波的转速传感器测量值的输出率、尤其采样率，从而产生输出率降低的经滤波的转速传感器测量值。
根据本发明的一种实施方式，通过如下方式能够实现在偏移校准时进行另外的平滑：在第三步骤之后并且尤其在第四步骤之后的第五步骤中，借助经滤波的转速传感器测量值或者借助输出率降低的经滤波的转速传感器测量值并且进一步借助平滑滤波来确定偏移。由此例如可以降低估计值(即经滤波的转速传感器测量值或者输出率降低的经滤波的转速传感器测量值)的略微波动。在这种情况下，偏移优选相应于根据平滑滤波器所获得的值。平滑滤波器可以考虑各种各样的方法，例如指数平滑。在第五步中进行平滑时，典型地使用多个(来自第三步骤和/或第四步骤的多次迭代的)经滤波的转速传感器测量值或输出率降低的经滤波的转速传感器测量值。
根据本发明的一种实施方式，可以设想将第三步骤，优选第二和第三步骤，尤其优选第一、第二和第三步骤，进一步优选第一、第二、第三和第四步骤，并且再进一步优选第一、第二、第三、第四和第五步骤进行多次重复，尤其如此进行，使得在第三步骤中产生多个经滤波的转速传感器测量值。因此，能够实现连续地匹配偏移校准。
本发明的另一个主题是一种用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的系统，其中，该系统如此构造，使得求取转速传感器处于静止状态，其中，该系统如此构造，使得根据在静止状态中所测量的转速传感器的转速传感器测量值来确定滤波器参数，其中，该系统如此构造，使得借助滤波器参数确定经滤波的转速传感器测量值，其中，该系统如此构造，使得借助经滤波的转速传感器测量值来确定偏移。
本发明的另一个主题是一种计算机程序，其包含指令，所述指令在由计算机和/或一种系统根据本发明的一种实施方式执行该计算机程序时促使该计算机和/或该系统执行根据本发明的一种实施方式的方法。
结合根据本发明的用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法，或者结合根据本发明的方法的一种实施方式所描述的特征、构型和优点，可以应用于根据本发明的系统和根据本发明的计算机程序。结合根据本发明的系统、根据本发明的计算机程序，或者结合根据本发明的系统的一种实施方式，或者结合根据本发明的计算机系统的一种实施方式所描述的特征、构型和优点可以应用于根据本发明的用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出，并且在随后的描述中进一步阐述。
图1示出根据本发明的一种实施方式的、用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的系统的示意性框图。
图2示出根据本发明的一种实施方式的、用于偏移校准的系统的一部分的示意性框图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部分始终设有相同的参考标记，并且因此通常也分别被提到或提及一次。
图1示出根据本发明的一种实施方式的、用于转速传感器1的转速传感器信号11的偏移校准的系统100的示意性框图。转速传感器1提供包括转速传感器测量值10的序列的转速传感器信号11。这提供给监控装置14或校验装置14使用。监控装置14根据所获得的转速传感器测量值10确定转速传感器1处于静止状态15还是处于非静止状态16或者说运动状态16。为此，监控装置14优选借助平滑滤波器来估计转速传感器测量值10的估计平均值和转速传感器测量值10的估计波动值，尤其估计方差。如果估计平均值小于第一阈值thr1并且估计方差小于第二阈值thr2，那么监控装置14确定转速传感器1处于静止状态。第一阈值和/或第二阈值thr1、thr2是可确定的，并且可以相应于要求进行选择。如果求取出转速传感器1处于非静止状态16，则不再执行另外的校准步骤。相反地，如果求取出转速传感器1处于静止状态15，则继续执行校准。在此，借助滤波器参数装置17，根据在静止状态15中所测量的转速传感器1的转速传感器测量值x1确定滤波器参数a。在此，在静止状态15中所测量的转速传感器测量值x1仅仅包括这样的转速传感器测量值：该转速传感器测量值自从转速传感器1处于静止状态15或过渡到该静止状态起被测量。在图2中阐述滤波器参数a的确定或滤波器参数装置17的构型的一种可能的示例实施方式。借助所获得的滤波器参数a，随后在自适应滤波装置18中确定经滤波的转速传感器测量值在图2中阐述经滤波的转速传感器测量值的确定或滤波装置18的构型的一个可能的示例实施方式。在已经确定经滤波的转速传感器测量值之后，将其提供给抽取滤波装置20使用。借助抽取滤波装置20来降低经滤波的转速传感器测量值的输出率、尤其采样率，从而提供输出率降低的经滤波的转速传感器测量值21。接下来借助平滑滤波器30对输出率降低的经滤波的转速传感器测量值21进行平滑。由此确定如下的偏移40：使用该偏移可以校正或者校准转速传感器信号11。平滑滤波器30例如可以包括指数平滑。但替代地也可以考虑其他滤波技术。替代地同样可以考虑直接由经滤波的转速传感器测量值获得或将其用作偏移40。替代地也可以考虑直接使用输出率降低的经滤波的转速传感器测量值21作为偏移40。
图2示出根据本发明的一种实施方式的、用于偏移校准的系统100的一部分的示意性框图。尤其示出滤波器参数装置17的一种实施方式。在滤波器参数装置17的第一部分17'中，通过关系求取第一中间参数a1。在此，#Z是自从静止状态15中的第一个样本起在静止状态15中所测量的转速传感器测量值x1的数量或用于校准的样本的数量。在滤波器参数装置17的第二部分17”中，如此求取第二中间参数a2，使得从0到第二阈值thr2的范围(即尤其从0到转速传感器测量值10的最大方差的范围)划分为多个区间或子范围。例如可以为在不同的可穿戴设备校准情况中发生的每个典型噪声水平提供一个区间。为每个区间分配一个第二中间参数a2的固定值。因此，第二中间参数a2获得分配给以下区间的值：在静止状态15中所测量的转速传感器测量值x1的所求取的(最大)波动或方差落入该区间中。因此，第二中间参数a2基于转速传感器1的噪声功率。然后在滤波器参数装置17的第三部分17”'中，由第一和第二中间参数a1、a2求取滤波器参数a，并且尤其选择其为a＝max(a1，a2)。一般地可以设想，第一、第二和第三部分17'、17”、17”'可以实现为一个共同的功能性。然后可以将所求取的滤波器参数a提供给自适应滤波器装置18。借助自适应滤波装置18求取经滤波的转速传感器测量值为此，自适应滤波装置18可以使用指数平滑，尤其如下关系：
其中，是经滤波的转速传感器测量值，a是滤波器参数，是先前经滤波的转速传感器测量值(作为先前的采样)，x[n]是当前的转速传感器测量值，n描述转速传感器测量值或经滤波的转速传感器测量值的编号。在此，优选在先前的迭代中以类似于上述确定经滤波的转速传感器测量值的方式来确定先前经滤波的转速传感器测量值对于自适应滤波器装置18，也可以考虑上述指数平滑以外的其他滤波器。
借助图1和图2中所描述的系统100的实施方式，可以执行用于转速传感器1的转速传感器信号11的偏移校准的方法，其中：
在第一步骤中求取转速传感器1处于静止状态15中；
在第一步骤之后的第二步骤中，根据在静止状态15中所测量的转速传感器1的转速传感器测量值x1确定滤波器参数a；
在第二步骤之后的第三步骤中，借助所述滤波器参数a确定经滤波的转速传感器测量值
其中，借助经滤波的转速传感器测量值确定偏移40。
有利地，可以随后将偏移40用于转速传感器信号11的偏移校正或偏移校准。
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