VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG EINER MESSGRÖßE

Beschreibung Titel

Verfahren zur Bestimmung einer Messqröße

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung einer Messgröße bekannt. Beispielsweise werden mit den aus http://www.boschsemiconductors.de/media/pdf 1/einzeldownloads/enqine mana qement/CJ125 Product lnfo.pdf und aus http://www.bosch- semiconductors.de/media/pdf 1/einzeldownloads/enqine manaqement/CJ135 P roduct lnformation.pdf bekannten MikroControllern Lambdasonden betrieben.

Offenbarung der Erfindung

In der eingangs beschriebene Situation besteht die Problematik, dass die Ansteuerung derartiger Sensoren durch Schaltungen stets bauartbedingten

Toleranzen unterworfen ist und somit auch die von den Sensoren ausgegebenen Signale unter Umständen fehlerbehaftet sind.

Während eine Überwachung der betreffenden Ansteuergrößen kontinuierlich oder mit hoher Zeitauflösung zwar grundsätzlich möglich ist, hat dies jedoch hohen hardwareseitigen Aufwand zur Folge. Gewünscht sind daher Verfahren, die die Überwachung der betreffenden Größen mit wenigen zeitdiskreten Messungen, vorzugsweise im Multiplex, und dennoch hoher Genauigkeit ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung einer

Messgröße gelöst, dass in einem ersten Schritt ein Modell der Schaltung mit mindestens einem Parameter bereitstellt. Dieser Schritt kann als Simulation bezeichnet werden.

Bei der Schaltung handelt es sich vorzugsweise um eine elektrische Schaltung. Beispielsweise kann es sich um eine elektrische Schaltung handeln, die durch elektrische Signale ansteuerbar ist und in Abhängigkeit von der Ansteuerung in determinierter Art und Weise elektrische Signale ausgibt.

Beispielsweise kann es sich bei der Schaltung um einen Digital-Analog-Wandler handeln. In einem anderen, exemplarisch zu nennenden Beispiel, könnte sich aber auch um eine Heizvorrichtung handeln.

Bei dem Modell der Schaltung kann es sich um eine Formel oder ein Kennfeld handeln. Beispielsweise beschreibt mindestens ein Parameter des Modells eine bauartbedingte toleranzbehaftete Größe der der Schaltung, die insbesondere einen Einfluss darauf hat, wie aus den die Schaltung ansteuernden Signalen die von der Schaltung ausgegebenen Signale resultieren. Es kann sich

beispielsweise um eine Reaktionszeit und um einen Maximalstrom eines Digital- Analog-Wandlers handeln. In einem anderen Beispiel könnte sich aber auch um den Widerstand einer Heizvorrichtung und um die Temperaturabhängigkeit dieses Widerstands handeln.

Andererseits kann es sich bei dem Parameter auch lediglich um einen

Korrekturwert handeln, der in die Bestimmung der zu bestimmenden Messgröße beispielsweise multiplikativ eingeht.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schaltung mit einem vorgegebenen Signal angesteuert wird. Das vorgegebene Signal kann beispielsweise ein Sprung von einem Minimalwert auf einem Maximalwert sein und den Eingang eines Digital-Analog-Wandlers ansteuern. In einem anderen Beispiel kann das vorgegebene Signal eine elektrische Spannung sein, die mit vorgegebener Geschwindigkeit ansteigt und an eine elektrische Heizvorrichtung angelegt wird. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine durch die Schaltung erzeugte Stellgröße in n diskreten Zeitpunkten erfasst wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um drei Stromwerte handeln, die durch den Ausgang eines Digital-Analog-Wandler fließen, und die durch einen Analog-Digital-Wandler erfasst werden. In einem anderen Beispiel kann es sich um einen elektrischen Strom handeln, der durch eine elektrische Heizvorrichtung fließt.

Die diskreten Zeitpunkte können zeitlich fest vorgegeben sein, beispielsweise äquidistant sein. Alternativ ist es aber auch möglich, flexible Zeitpunkte durch in einem Register abgelegte Werte vorzusehen. Die erzeugte Stellgröße kann beispielsweise in drei voneinander beabstandeten Zeitpunkten erfasst werden.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf Basis der n erfassten Werte der durch die Schaltung erzeugten Stellgröße dem mindestens einen Parameter des Modells (also einem oder mehreren Parametern des Modells) konkrete Werte zugeordnet werden. Die Zuordnung dieser Werte kann beispielsweise analytisch erfolgen oder, insbesondere bei überbestimmten Systemen, ein Fit sein.

Die Ansteuerung der Schaltung mit einem vorgegebenen Signal und die

Erfassung von Werten einer durch die Schaltung erzeugten Stellgröße in n diskreten Zeitpunkten und die Ermittlung eines Wertes des mindestens einen Parameters auf Basis der erfassten Werte der durch die Schaltung erzeugten Stellgröße kann insbesondere als Kalibrierung der Schaltung bezeichnet werden.

Im Anschluss an die Kalibrierung schließen sich Verfahrensschritte an, die als Betrieb der Schaltung bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass hierbei Werte einer durch die Schaltung beeinflussten Größe in m diskreten Zeitpunkten erfasst werden.

Bei der durch die Schaltung beeinflussten Größe kann es sich physikalisch um die gleiche Größe handeln, die die während der Kalibrierungsphase erfassten Stellgröße der Schaltung darstellt, beispielsweise um einen analogen Strom am Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers. Grundsätzlich kann es sich aber auch um eine physikalisch andere Größe handeln, beispielsweise um die Größe, mit der die Schaltung in der Kalibrierung angesteuert wurde, also im Beispiel um den Eingang eines Digital-Analog-Wandlers. In einem anderen Beispiel kann es sich um die Spannung handeln, die an eine elektrische Heizvorrichtung angelegt wird. Im Betrieb der Schaltung kann eine Ansteuerung der Schaltung mit dem vorgegebenen Signal erfolgen. Es kann sogar vorgesehen sein, dass im Betrieb der Schaltung eine Ansteuerung der Schaltung lediglich mit dem vorgegebenen Signal erfolgt. In diesem Fall vermag die Kalibrierung die Genauigkeit mit der die Messgröße beim Betrieb der Schaltung erfassbar ist, besonders stark zu verbessern. Grundsätzlich kann im Betrieb der Schaltung eine Ansteuerung der

Schaltung aber auch mit anderen Signalformen erfolgen.

Ist das vorgegebene Signal ein Sprungsignal bzw. eine Sprungfunktion, beispielsweise ein Sprung von einem Strom der Stärke 1 mA auf einen Strom der Stärke 2mA, so ist es bevorzugt, dass im Betrieb die Ansteuerung der Schaltung gleichfalls mit Sprungsignalen bzw. Sprungfunktionen erfolgt, zum beispielsweise mit einem Sprung von 10μΑ auf 300μΑ.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass n größer ist als m. Mit anderen Worten wird also während der Kalibrierung die durch die Schaltung erzeugte Stellgröße öfter erfasst als die Messgröße während dem Betrieb erfasst wird und/oder es wird während der Kalibrierung die durch die Schaltung erzeugte Stellgröße mit höherer Frequenz erfasst als die Messgröße während dem Betrieb erfasst wird und/oder es wird während der Kalibrierung die durch die Schaltung erzeugte Stellgröße öfter pro Ansteuerung der Schaltung mit dem vorgegebenen Signal erfasst als die Messgröße während dem Betrieb erfasst wird.

Beispielsweise können in der Kalibrierung im Anschluss an einen Sprung in der Ansteuerung der Schaltung drei Strommessungen mittels einer

Snapshotmessung erfolgen, während in dem Betrieb im Anschluss an einen gleichen oder vergleichbaren Sprung in der Ansteuerung der Schaltung nur noch zwei Strommessungen mittels Snapshotmessungen vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass aus den Messwerten der durch die Schaltung beeinflussten Größe unter Berücksichtigung des Modells der

Schaltung die Messgröße bestimmt wird. Die Messgröße kann beispielsweise die Ladungsmenge sein, die aus einem Digital-Analog-Wandler im Anschluss an einen Sprung in dessen Ansteuerung innerhalb einer gewissen Zeit herausgeflossen ist. In diesem Fall ist das

Verfahren geeignet, die Ladungsmenge unter Berücksichtigung des

Einschwingverhaltens des Digital-Analog-Wandlers, welches bauartbedingten Toleranzen unterworfen ist, richtig zu bestimmen. In einem anderen Beispiel kann die Messgröße die Wärmemenge sein, die durch eine Heizvorrichtung aus elektrischer Energie innerhalb eines gewissen Zeitraumes konvertiert wird. In diesem Fall vermag das Verfahren beispielsweise temperaturabhängige

Widerstände der Heizvorrichtung, welche bauartbedingten Toleranzen unterworfen sind, bei der Bestimmung der Wärmemenge richtig zu

berücksichtigen.

Von der Erfindung umfasst sind ferner ein Computerprogramm, ein

elektronisches Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät gemäß den nebengeordneten unabhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die

Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der vorliedenden Erfindung darstellen, näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild mit einem MikroController und mit einer

Lambdasonde, einem Analog-Digital-Wandler und einem Digital-Analog Wandler

Figur 2 eine zeitliche Sequenz eines durch den Ausgang des Digital-Analog- Wandlers fließenden Stroms bei drei Digital-Analog-Wandlern einer gleichen Bauart

Figur 3 eine zeitliche Sequenz eines durch den Ausgang des Digital-Analog- Wandler fließenden Stroms während einer Kalibrierung Figur 4 eine zeitliche Sequenz eines durch den Ausgang des Digital-Analog- Wandler fließenden Stroms während einem Betrieb

Figur 5 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens

Ausführungsbeispiel

Das nachfolgend dargestellte Ausführungsbeispiel beschreibt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur präzisen Bestimmung einer

Ladungsmenge Q, die durch den Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers DAC im Anschluss an einen Sprung H an dessen Eingang innerhalb einer gewissen Zeit t tatsächlich fließt.

Im Lichte des Ausführungsbeispiels und der vorangehenden Erläuterungen ergeben sich andere Ausführungsbeispiele mit anderen Schaltungen, anderen Stellgröße usw. für den Fachmann, ohne dass diese Ausführungsbeispiele nachfolgend nochmals detailliert dargestellt werden.

Wie in Figur 1 ersichtlich, wird dabei von einem Digital-Analog-Wandler DAC ausgegangen der über einen digitalen Eingang mit einem ersten MikroController μ1 verbunden ist und dessen Ausgang mit einer Lambdasonde verbunden ist und über einen Analog-Digital-Wandler ADC bewertet werden und an den ersten MikroController μ1 und/oder an einen anderen MikroController μ2 zurückgegeben werden kann. Am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DAC liegt als Stellgröße ein analoger Strom I an.

Es wird davon ausgegangen, dass der Digital-Analog-Wandler DAC

bauartbedingt in Reaktion auf einen Sprung H an seinem Eingang ein analoges Signal an seinem Ausgang zur Verfügung stellt, das zwar für ihn charakteristisch ist, im Vergleich zu anderen Digital-Analog-Wandlern gleicher Bauart aber innerhalb eines gewissen Toleranzbereiches liegt.

Dies ist in Figur 2 veranschaulicht, die eine zeitliche Sequenz zeigt, zu deren Beginn (t=0) ein digitales Eingangssignal E eines Digital-Analog-Wandlers DAC von Low nach High springt und das analoge Ausgangssignal I des Digital- Analog-Wandlers DAC nachfolgend, entsprechend seines Einschwingverhaltens tau und seiner maximalen Verstärkung Imax, reagiert. Das Einschwingverhalten wird mit dem Parameter tau charakterisiert, der dem Quotienten aus dem maximalen Strom und der Stromänderung zu Beginn (t=0) entspricht. Die maximale Verstärkung wird mit dem Parameter Imax charakterisiert, also dem maximalen Strom.

Zum Vergleich ist in der Figur 2 gestrichelt das analoge Ausgangssignal eines anderen Digital-Analog-Wandlers DAC dargestellt, der langsamer reagiert als der Digital-Analog-Wandlers DAC. Ferner zum Vergleich ist in der Figur 2 mit einer Strichpunktlinie das analoge Ausgangssignal eines nochmals anderen Digital-Analog-Wandlers DAC" dargestellt, der eine geringere maximale

Verstärkung Imax hat als der Digital-Analog-Wandlers DAC. Die Digital-Analog- Wandler DAC und DAC" entsprechen gemäß ihrer Bauart durchaus dem Digital- Analog-Wandler DAC. Das Einschwingverhalten tau und die maximale

Verstärkung Imax aller Digital-Analog-Wandler schwanken jedoch innerhalb eines Toleranzbereiches. Die Abweichungen zwischen den Strömen I der einzelnen Digital-Analog-Wandler DAC, DAC, DAC" wurden in der Figur 2 zur besseren Erkennbarkeit stark übertrieben hervorgehoben.

In einem ersten Schritt des Verfahrens, der Simulation bezeichnet wird, wird ein Modell des Digital-Analog-Wandlers DAC in dem anderen MikroController μ2 bereitgestellt, das die Parameter tau und Imax umfasst, das heißt, es werden vorab gewonnene Daten in dem anderen MikroController μ2 abgelegt. Es kann sich zum Beispiel um eine Funktion handeln, die den zeitlichen Verlauf des Stroms I im Anschluss an einen Sprung H des Signals E in Abhängigkeit von der Zeit t mit den Parametern tau und Imax beschreibt. Andererseits kann es sich auch um ein entsprechendes Kennfeld handeln, welches beispielsweise vorab durch Messungen an Schaltungen gewonnen wurde.

Ein nachfolgender Schritt des Verfahrens, der Kalibrierung genannt wird, ist in Figur 3 veranschaulicht.

Dabei wird ein digitales Eingangssignal E des Digital-Analog-Wandlers DAC zum Zeitpunkt t=0 von low nach high geschaltet. Nachfolgend werden zu drei diskreten Zeitpunkten t1 , t2 und t3 mittels eines im Multiplex betriebenen Analog- Digital-Wandler ADC die durch den Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DAC fließenden Ströme 11 , 12 und 13 gemessen.

Die Kenntnis der diskreten Zeitpunkte t1 , t2 und t3 und die Kenntnis der durch den Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DAC fließenden Ströme 11 , 12 und 13 erlaubt im Beispiel die eindeutige Bestimmung der Parameter tau und Imax.

Alternativ können auch zu noch mehr Zeitpunkten tn Ströme In gemessen werden. Die Bestimmung der Parameter tau und Imax erfolgt dann mit einem Fit- Verfahren.

Ein nachfolgender Schritt des Verfahrens, der Betrieb genannt wird, ist die Figur 4 veranschaulicht.

Auch im Betrieb wird ein digitales Eingangssignal E des Digital-Analog-Wandlers DAC zum Zeitpunkt t=0 von low nach high geschaltet. Die durch den Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DAC fließenden Ströme J1 und J2 werden jetzt nur noch zu zwei Zeitpunkten T1 und T2 durch den im Multiplex betriebenen Analog- Digital-Wandler ADC erfasst.

In Kenntnis der in der Kalibrierung ermittelten Parameter tau und Imax wird auf Basis der im Betrieb gewonnenen Wertepaare (T1 , J 1 ) und (T2, J2) der zeitliche Verlauf des Stroms J reproduziert, in der Figur 4 gestrichelt dargestellt.

Aus dem zeitlichen Verlauf des Stromes J wird weiterhin auf die insgesamt zwischen den Zeitpunkten T=0 und T2 durch den Ausgang des Digital-Analog- Wandlers DAC fließende Ladungsmenge Q geschlossen, in Figur 4 als schraffierte Fläche dargestellt.

Das Verfahren, bestehend aus Simulation 101 , Kalibrierung 102, und Betrieb 103, ist in der Figur 5 nochmals zusammengefasst dargestellt.