Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines zeitlich einstellbaren Signals. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereit stellen eines zeitlich einstellbaren Signals.

Vor der eigentlichen Verarbeitung von Signalen, welche beispielsweise von Sen soren stammen können, müssen diese üblicherweise aufbereitet werden. Hierzu können beispielsweise RLC-Filter verwendet werden, die unter anderem dazu die nen, das Rauschen bei verrauschten Signalen zu entfernen. Die bislang verwen deten Systeme zum Aufbereiten von Signalen sind jedoch häufig mit einer starken Verzögerung verbunden, was bedeutet, dass das Eingangssignal immer nur ver zögert weiterverarbeitet werden kann. Des Weiteren können die verwendeten Sys teme störanfällig sein, sodass das aufbereitete Eingangssignal erneut Rauschen aufweisen kann. Werden zur Aufbereitung des Eingangssignals digitale Systeme verwendet, erfordern diese viele Ressourcen, wie beispielsweise Speicher und Rechenzeit, wodurch die Kosten der Aufbereitung von solchen Eingangssignalen erhöht sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfah ren bereitzustellen, mit denen es möglich ist, ein Eingangssignal ohne Verzöge rung und mit guter Qualität aufzubereiten.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines zeitlich ein stellbaren Signals gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines zeitlich einstellbaren Signals gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Die Vorrichtung zum Bereitstellen eines zeitlich einstellbaren Signals weist eine Verarbeitungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal zu empfan gen. Das Eingangssignal kann beispielsweise ein Ausgangssignal eines Sensors sein. Solche Signale sind häufig verrauscht oder liegen mit einer niedrigen Auflö sung vor und müssen aufbereitet werden, bevor sie anschließend in weiteren Ein heiten oder Systemen verwendet werden können.

Gemäß der vorgeschlagenen Vorrichtung wird diese Aufbereitung bzw. Vorverar beitung durch die Verarbeitungseinheit durchgeführt. Dabei ist die Verarbeitungs einheit dazu eingerichtet, das Eingangssignal unter Verwendung von künstlicher Intelligenz zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit verwendet dabei beispiels weise statistische Methoden, um basierend auf dem bisherigen Verlauf des Ein gangssignals abzuschätzen, wie der weitere Verlauf des Eingangssignals mit ho her Wahrscheinlichkeit aussehen wird. Der abgeschätzte weitere Verlauf des Ein gangssignals kann anschließend als Ausgangssignal ausgegeben werden. Je bes ser die Verarbeitungseinheit eingelernt wurde, beispielsweise basierend auf histo rischen Daten oder Trainingsdaten, desto besser wird die Prognose für den Ver lauf des Eingangssignals und desto genauer wird das Ausgangssignal dem tat sächlichen Verlauf des Eingangssignals entsprechen. Die Verarbeitung des Ein gangssignals durch die Verarbeitungseinheit erfolgt dabei in Echtzeit und kann bei entsprechender Einstellung verzögerungsfrei wirken. Die Verarbeitungseinheit führt damit eine zeitgenaue Schätzung des zukünftigen Verlaufs des Eingangssig nals basierend auf dem bisherigen Verlauf des Eingangssignals und dem trainier ten Wissen durch.

Durch das Vorverarbeiten des Eingangssignals und das Abschätzen des weiteren Verlaufs des Eingangssignals basierend auf künstlicher Intelligenz ist die Verarbei tungseinheit in der Lage, ein Ausgangssignal bereitzustellen, welches zeitlich ein stellbar ist. Unter zeitlich einstellbarem Ausgangssignal wird hierbei ein Signal ver standen, welches wahlweise verzögerungsfrei zu dem Eingangssignal ausgege ben werden kann, oder als zeitlich voreilendes oder nacheilendes Ausgangssignal ausgegeben werden kann. Durch die hier vorgeschlagene Vorrichtung ist es möglich, den weiteren Verlauf des Eingangssignals mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vorherzusagen. Das Aus gangssignal, welches den weiteren Verlauf des Eingangssignals darstellt, kann eine bessere Qualität aufweisen als das ursprüngliche Eingangssignal. Insbeson dere kann das Ausgangssignal ohne Rauschen und mit einer höheren Auflösung ausgegeben werden, was z.B. den Einsatz günstigere A/D-Wandler ermöglicht. Durch die Verarbeitungseinheit, die auf künstlicher Intelligenz basiert, können bis lang verwendete analoge und digitale Filter weggelassen werden. Das ausgege bene Ausgangssignal zeigt eine bessere Güte als das ursprüngliche Eingangssig nal, das heißt es ist glatter und zeigt weniger Störungen als das ursprüngliche Ein gangssignal, welches beispielsweise von Sensoren stammen kann, die durch die Umgebung (z.B. EMV) beeinträchtigt werden.

Die Vorrichtung kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, um Signale von Sensoren, die in dem Fahrzeug vorhanden sind, aufzubereiten. Auf diese Weise ist es möglich, die Signale von Sensoren, die an Positionen in dem Fahrzeug angeordnet sind, an denen ein starkes Rauschen zu den Signalen hinzugefügt wird (z.B. aufgrund der Umgebung), in einer hohen Signalqualität be reitzustellen. Aufgrund dieser hohen Signalqualität kann die Verarbeitung der Sig nale verbessert werden und damit, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Sen sorsignalen, die Sicherheit des Fahrzeugs verbessert werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, beim Verarbeiten des Eingangssignals eine Filterung des Eingangssignals durch zuführen. Diese Filterung kann beispielsweise eine Glättung des Eingangssignals bedeuten. Ist das Eingangssignal verrauscht, wird durch die Verarbeitungseinheit im Rahmen der Filterung eine Glättung, d. h. ein Entfernen der Rauschsignalan teile, durchgeführt. Gleichzeitig kann die Verarbeitungseinheit das Ausgangssignal in seiner Auflösung im Vergleich zu dem Eingangssignal verbessern. Auf diese Weise ist es möglich, einen einfachen Sensor, mit einer geringen Auflösung, für das Eingangssignal zu verwenden, da zur Weiterverarbeitung das Eingangssignal durch die Verarbeitungseinheit in seiner Auflösung erhöht werden kann. Auf teu rere Sensoren mit höherer Auflösung kann daher verzichtet werden. Beispiels weise kann es sich bei dem verwendeten Sensor um einen 8 Bit-Sensor handeln, der besonders günstig ist, und zur Weiterverarbeitung ein Ausgangssignal durch die Verarbeitungseinheit bereitgestellt werden, das auf 12 Bit erweitert wurde.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu einge richtet, die Abschätzung des Verlaufs des Eingangssignals unter Verwendung ei ner Mustererkennung durchzuführen. Basierend auf gespeicherten Daten oder ge lerntem Wissen, die statistische Werte angeben, kann die Verarbeitungseinheit ein Muster in dem Eingangssignal erkennen, welches auf einen bestimmten weiteren Verlauf hindeutet. Dieser weitere Verlauf wird dann als geschätztes Ausgangssig nal ausgegeben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Speicherein heit zum Speichern von antrainierten Daten zur Verarbeitung des Eingangssignals auf. Diese antrainierten Daten können beispielsweise zur Mustererkennung oder zur Filterung des Eingangssignals verwendet werden. Während des Betriebs kann die Verarbeitungseinheit durch weitere Daten in der Verarbeitung verbessert wer den. Diese weiteren Daten werden ebenfalls als antrainierte Daten abgespeichert. Insbesondere kann die Verarbeitungseinheit eine Feedbackeinheit aufweisen, die dazu dient, das geschätzte Ausgangssignal mit dem tatsächlichen Eingangssignal, welches zu dem Ausgangssignal korreliert, zu vergleichen und basierend auf die sem Vergleich die Schätzung des Verlaufs des Eingangssignals und damit das Ausgangssignal zu verbessern.

Die Verarbeitungseinheit kann des Weiteren dazu eingerichtet sein, das Aus gangssignal basierend auf einer externen Eingangsinformation zeitlich einzustel len. Beispielsweise kann durch ein weiteres System oder eine externe Einheit ein Signal an die Verarbeitungseinheit gesendet werden, welches die erforderliche zeitliche Einstellung angibt. Basierend auf dieser Information kann die Verarbei tungseinheit dann das Ausgangssignal als verzögerungsfreies Ausgangssignal, voreilendes Ausgangssignal, oder nacheilendes Ausgangssignal ausgeben. Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise ein selbst-lernendes System, ein neuronales Netz, ein Autoencoder und/oder eine Support-Vector-Machine sein, die die künstliche Intelligenz realisieren. Die Verarbeitungseinheit kann durch ma schinelles Lernen, oder auch Deep-Learning-Verfahren, das Eingangssignals ver arbeiten. In jedem Fall verwendet die Verarbeitungseinheit statistische Methoden, um ein Eingangssignal so zu verarbeiten, dass ein Ausgangssignal ausgegeben werden kann, welches dem geschätzten Verlauf des Eingangssignals entspricht.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines zeitlich einstellbaren Sig nals vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Empfan gen eines Eingangssignals, Verarbeiten des Eingangssignals, Abschätzen eines Verlaufs des Eingangssignals basierend auf gespeicherten Daten und unter Ver wendung von künstlicher Intelligenz und Bereitstellen eines zeitlich einstellbaren Ausgangssignal basierend auf dem abgeschätzten Verlauf des Eingangssignal.

Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.

Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches einen Pro grammcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, auf einem Computer mit oder ohne Hardware-Unterstützung (z.B. Kl-Chips) die Durchführung des wie oben erläuter ten Verfahrens zu veranlassen.

Ein Com puterprogramm produkt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann bei spielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausfüh rungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der je weiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungs beispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.

Es zeigt:

Fig. 1 : eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines zeitlich einstellbaren Signals.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Bereitstellen eines zeitlich einstellbaren Sig nals. Die Vorrichtung 1 weist eine Verarbeitungseinheit 2 auf, die dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal 4 zu empfangen. Das Eingangssignal 4 kann beispiels weise ein Sensorsignal sein. Gerade Sensorsignale können je nach Position des Sensors Störungen durch die Umgebung unterworfen und daher stark verrauscht sein. Um ein solches Eingangssignal 4 verarbeiten zu können, ist zunächst eine Vorverarbeitung des Eingangssignals 4 erforderlich, bei der unter anderem ein Rauschen, das den tatsächlichen Signalverlauf überlagert, zu entfernen. Des Wei teren sollte ein aufbereitetes Eingangssignal ohne Verzögerung ausgegeben wer den, um eine Weiterverarbeitung ebenfalls ohne Verzögerungen zu ermöglichen. Gerade bei sicherheitsrelevanten Signalen, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeu gen vorhanden sind, sollte eine Verzögerung der Vorverarbeitung bzw. Aufberei tung vermieden werden.

Die Verarbeitungseinheit 2 empfängt das Eingangssignal 4 und verarbeitet dieses, in dem basierend auf gespeicherten Daten und unter Verwendung von künstlicher Intelligenz, z.B. basierend auf maschinellem Lernen, ein Verlauf des Eingangssig nals abgeschätzt wird. Basierend auf diesem abgeschätzten Verlauf des Ein gangssignals 4 kann die Verarbeitungseinheit 2 ein Ausgangssignal 6 bereitstel len. Das Ausgangssignal 6 ist dabei zeitlich einstellbar. Das bedeutet, dass das Ausgangssignal 6 sowohl verzögerungsfrei zu dem Eingangssignal als auch vorei lend oder nacheilend zu dem Eingangssignal 4 ausgegeben werden kann.

Die Bereitstellung des Ausgangssignal 6 kann an weitere Einheiten (nicht gezeigt) erfolgen, die das Eingangssignal 4 in aufbereiteter Form benötigen. Je nach Ein heit, an die das Ausgangssignal 6 bereitgestellt wird, kann die Verarbeitungsein heit 2 das Ausgangssignal 6 entsprechend zeitlich einstellen.

Um den Verlauf des Eingangssignals abschätzen zu können, ist die Verarbei tungseinheit 2 dazu eingerichtet, auf Daten zuzugreifen, die in einer Speicherein heit 8 gespeichert sind. Bei den Daten kann es sich beispielsweise um statistische Daten bezüglich des Eingangssignals handeln. Hierzu zählen auch antrainierte Daten, die zum maschinellen Lernen verwendet werden.

Die Verarbeitungseinheit 2 kann beispielsweise ein neuronales Netz, ein selbst lernendes System, ein Autoencoder und/oder eine Support-Vector-Machine sein. Diese Systeme sind in der Lage, basierend auf antrainierten Daten selbstständig den weiteren Verlauf des Eingangssignals 4, und damit das Ausgangssignal 6, zu ermitteln. Insbesondere sind diese Systeme in der Lage, den Verlauf des Ein gangssignals 4 basierend auf gespeicherten Daten abzuschätzen. Die Verarbei tungseinheit 2 kann beispielsweise eine Mustererkennung an dem Eingangssignal 4 durchführen, wobei die Mustererkennung das Eingangssignal 4 verwendet und basierend auf dem bisherigen Verlauf einen zukünftigen Verlauf des Eingangssig nals 4 abschätzen kann. Bei der Abschätzung wird davon ausgegangen, dass das System, in dem das Eingangssignal 4 erzeugt wird, sich nicht willkürlich ändert, sondern lediglich im Rahmen von bekannten Schwankungen variiert.

Durch die vorgeschlagene Vorrichtung ist es möglich, auf einfache Weise ein zeit lich einstellbares Ausgangssignal basierend auf einem Eingangssignal bereitzu stellen. Das entstehende Ausgangssignal weist dabei eine bessere Signalqualität als das ursprüngliche Eingangssignal auf, sodass zusätzlich zur zeitlichen Einsteil barkeit das Ausgangssignal auch eine höhere Auflösung als das ursprüngliche Eingangssignal aufweisen kann.

Bezuqszeichen

1 Vorrichtung

2 Verarbeitungseinheit

4 Eingangssignal

6 Ausgangssignal

8 Speichereinheit