DE102004044335A1

DE102004044335A1 - Verfahren zum Überwachen von redundanten Sensorsignalen

Info

Publication number: DE102004044335A1
Application number: DE200410044335
Authority: DE
Inventors: Antonio Jager-Angelo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von redundanten Sensorsignalen (S1, S2), bei denen die Sensorsignale (S1, S2) von einer Signalverarbeitungseinrichtung (3) eingelesen und verarbeitet werden. Ein Sensorfehler kann besonders einfach erkannt werden, wenn die Signaldifferenz zwischen einem ersten Sensorsignal (S1) und einem zweiten Signal (S2, Ref) berechnet und die Signaldifferenz zeitlich integriert wird, um daraus einen Fehlerintegralwert (F) zu ermitteln, anhand dessen ein Sensorfehler erkannt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von redundanten Sensorsignalen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

Moderne Fahrzeuge sind aus Sicherheitsgründen in zunehmendem Maße mit redundanten Sensoren ausgestattet. So werden z.B. in einem Fahrdynamikregelungssystem (ESP) die Querbeschleunigung und die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs mittels entsprechender Sensoren jeweils redundant gemessen. Eine besonders genaue Bestimmung dieser Größen ist von großer Bedeutung, da diese Größen in die Generierung der Ist- und Sollwerte der Fahrdynamikregelung eingehen und damit das Regelverhalten der Fahrdynamikregelung bestimmen. Eine falsche Bestimmung dieser Größen kann zu falschen Regeleingriffen und damit zu einer erheblichen Gefährdung der Fahrsicherheit führen.

Um einen Sensorfehler oder externe Störeinflüsse rechtzeitig erkennen zu können, ist es bekannt, die Sensorsignale zu überwachen und auf ihre Plausibilität hin zu überprüfen. Zu diesem Zweck werden die Sensorsignale üblicherweise mit Referenzwerten verglichen oder die zeitliche Änderung (der Gradient) der Sensorsignale überwacht. Die bekannten Überwachungsalgorithmen für Systeme mit einzelnen Sensoren sind teilweise relativ wenig robust oder haben eine relativ lange Latenzzeit bis zum Erkennen eines Sensorfehlers.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung redundanter Sensorsignale zu schaffen, das eine robuste Erkennung fehlerhafter Sensorsignale ermöglicht und dabei eine sehr kurze Latenzzeit bis zur Erkennung eines Fehlers aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, die redundanten Sensorsignale in einer Signalverarbeitungseinrichtung, wie z.B. einem Steuergerät, zu verarbeiten und dabei die Differenz zwischen einem der Sensorsignale und einem zweiten Signal – dies kann das redundante Sensorsignal oder ein Referenzsignal sein – zu berechnen und die Signaldifferenz über die Zeit zu integrieren. Aus der integrierten Signaldifferenz kann schließlich ein Fehlerwert ermittelt werden, der auf einen Fehler bzw. eine Störung an einem der Sensoren hinweist. Mit einem so erzeugten Fehlerwert können Sensorfehler besonders robust und mit kurzer Latenzzeit erkannt werden.

Ein Sensorfehler kann aus der Betrachtung verschiedener Signaldifferenzen erkannt werden: Der Fehlerwert kann zum Einen aus der integrierten Signaldifferenz zwischen dem Sensorsignal des ersten Sensors und dem Sensorsignal des redundanten zweiten Sensors berechnet werden. Zum Anderen kann für jedes der Sensorsignale ein eigener Fehlerwert berechnet werden, wobei in diesem Fall eine Signaldifferenz zwischen dem jeweiligen Sensorsignal und einem Referenzsignal berechnet und diese Signaldifferenz zeitlich integriert wird. Aus dem ersten Fehlerwert kann erkannt werden, ob prinzipiell ein Sensorfehler vorliegt (ohne den fehlerhaften Sensor spezifizieren zu können). Aus der Überwachung der einzelnen Sensorsignale mit Hilfe eines Referenzsignals kann schließlich erkannt werden, an welchem der Sensoren der Fehler vorliegt.

Ein Fehlerwert F kann allgemein nach folgender Beziehung ermittelt werden: F = MAX((∫(|(Si – S)| – SW)dt), 0)

Dabei bezeichnet S_i eines der redundanten Sensorsignale, S das zweite Sensorsignal oder ein Referenzsignal, und SW einen Schwellenwert. MAX bezeichnet eine Maximalwertfunktion.

Für die Differenz der beiden Sensorsignale S1, S2 ergibt sich somit ein Fehlerwert F wie folgt: F1 = MAX((∫(|(S1 – S2)| – SW1)dt), 0)

Solange die Signaldifferenz deltaS = S1–S2 kleiner ist als der Schwellenwert SW1, ist der Integrand negativ und somit der Fehlerwert F1 wegen der Maximalwertbildung (MAX) gleich Null. Wenn die Signaldifferenz deltaS den Schwellenwert SW1 überschreitet, nimmt der Fehlerwert Werte größer Null an. Je nach Differenz zwischen deltaS und dem Schwellenwert SW1 wird der Fehler F dabei schneller oder langsamer zunehmen. Aus dem Verhalten des absoluten Fehlerwerts F1 als auch dessen zeitlicher Änderung lassen sich weitere Rückschlüsse auf mögliche Fehlerursachen ziehen.

Aus dem Vergleich der einzelnen Sensorsignale S1, S2 mit dem Referenzsignal Ref kann erkannt werden, welchem der Sensoren der Fehler zugeordnet werden muß. Die Fehlerwerte für die beiden Sensorsignale S1, S2 können z.B. nach folgenden Gleichungen berechnet werden: F2 = MAX((∫(|(S1 – Ref)| – SW2)dt), 0) F3 = MAX((∫(|(S2 – Ref)| – SW3)dt), 0)

Solange die Fehlerwerte F2, F3 den Schwellenwert SW2 bzw. SW3 nicht überschreiten, ist die Güte des entsprechenden Sensorsignals S1 bzw. S2 ausreichend hoch. Hat ein Fehlerwert F2, F3 die Schwelle SW2 bzw. SW3 überschritten, wird dieses Signal S1, S2 als nicht plausibel gekennzeichnet und damit der Fehler dem entsprechenden Sensor zugeordnet.

Bei den Sensorsignale S1, S2 handelt es sich vorzugsweise bereits um korrigierte Signale, die bezüglich ihres Offsets- und/oder Empfindlichkeitsfehlers korrigiert sind.

Die Schwellenwerte SW1, SW2 und SW3 sind vorzugsweise variable Werte, die vom aktuellen Arbeitsbereich der Sensoren abhängen. Die Schwellenwerte SW1, SW2, SW3 umfassen vorzugsweise einen statischen und einen dynamischen Anteil, der abhängig vom Betriebszustand der Sensoren ist. Die Signale haben je nach Betriebszustand üblicherweise eine unterschiedliche Güte bzw. Genauigkeit. Durch eine Anwendung variabler Schwellenwerte kann die unterschiedliche Güte der Sensorsignale bzw. des Referenzsignals kompensiert werden.

Die Schwere eines Fehlers kann aus dem Absolutwert des Fehlerintegrals, aber auch aus dem Änderungsverhalten des Fehlerwerts F, insbesondere dessen Gradienten, erkannt werden. Ein schnell wachsender Fehlerwert F weist dabei auf einen schweren Sensorfehler und ein langsam wachsender Integralwert auf einen weniger schweren Sensorfehler hin. Vorzugsweise wird daher auch der Gradient des Fehlerwerts überwacht und ausgewertet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können verschiedene Fehlererkennungsschwellen gesetzt werden, um die Schwere eines Fehlers zu bestimmen. Diese Fehlererkennungsschwellen können sowohl für den Fehlerwert F selbst als auch für den Gradienten des Fehlerwerts eingesetzt werden. Dabei kann beispielsweise eine untere Erkennungsschwelle für Fehlerverdacht und eine obere Erkennungsschwelle für einen tatsächlichen Fehler gesetzt werden.

Der Integrand unter dem Integral des Fehlerwerts bzw. der Fehlerwert F selbst kann außerdem noch mit einem Verstärkungsfaktor (k) multipliziert werden, um die Geschwindigkeit der Fehlererkennung zu beeinflussen. Bei hohen Verstärkungsfaktoren nimmt der Fehlerwert schneller zu und übersteigt somit auch schneller eine vorgegebene Fehlererkennungsschwelle. Die Latenzzeit bis zum Erkennen des Fehlers sinkt entsprechend. Bei kleineren Korrekturfaktoren gilt umgekehrtes. Der Verstärkungsfaktor (k) wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Fahrsituation gewählt. In kritischen Fahrsituationen ist es somit möglich, die Latenzzeit bis zum Erkennen eines Fehlers zu verkürzen. Wahlweise könnten auch die Erkennungsschwellen SW situationsabhängig angepasst werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung einer Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in redundanten Sensorsignalen, und
2 den Verlauf einer Signaldifferenz deltaS über der Zeit t.
1 zeigt eine Anordnung zum Erkennen von Fehlern in redundanten Sensorsignalen. Die Messanordnung umfasst im wesentlichen eine Prozessoreinheit 3 wie z.B. ein Steuergerät, an dem zwei redundant ausgeführte Sensoren 1, 2 angeschlossen sind. Die Prozessoreinheit 3 ist ferner mit einer Reihe von Subsystemen 4, 5, wie z.B. einem Fahrzeugstabilisierungssystem (ESP) oder einem aktiven Lenksystem, verbunden, die die Sensorsignale weiter verarbeiten.
Bei den Sensoren 1, 2 kann es sich beispielsweise um Gierraten- oder Querbeschleunigungssensoren eines Kfz, grundsätzlich aber um jede beliebige Art von Sensoren handeln.
Die Prozessoreinheit 3 überwacht die Sensorsignale S1, S2 der redundanten Sensoren 1, 2 und berechnet daraus verschiedene Fehlerintegralwerte F zum Zwecke der Fehlererkennung. Ein Fehler kann beispielsweise aus folgenden Fehlerintegralwerten erkannt werden: F1 = MAX((∫(|(S1 – S2)| – SW1)dt), 0) F2 = MAX((∫(|(S1 – Ref)| – SW2)dt), 0) F3 = MAX((∫(|(S2 – Ref)| – SW3)dt), 0)
Dabei bezeichnet S1, S2 das erste bzw. zweite Sensorsignal, SW einen Schwellenwert und Ref ein Referenzsignal. MAX bezeichnet eine Maximalwertfunktion.
Solange die Signaldifferenz kleiner ist als der Schwellenwert SW, ist der Integrand negativ und somit der Fehlerwert F1 wegen der Maximalwertbildung (MAX) gleich Null. Wenn die Signaldifferenz deltaS den Schwellenwert SW überschreitet, nimmt der Fehlerwert Fi Werte größer Null an. Je nach Differenz zwischen deltaS und dem Schwellenwert SW wird der Fehler Fi dabei schneller oder langsamer zunehmen.
2 zeigt den Verlauf einer Signaldifferenz über der Zeit t. Solange die Signaldifferenz (S2–S1) bzw. (Si–Ref) kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert SW, ist der Integrand obiger Gleichungen negativ und somit der Fehlerwert Fi gleich Null (i = 1, 2). Wenn die Signaldifferenz den Schwellenwert SW überschreitet, wird die Abweichung zwischen der Signaldifferenz und dem Überwachungsband SW integriert. Der Fehlerwert F ist dabei schraffiert dargestellt.

1: erster Sensor
2: zweiter Sensor
3: Prozessoreinheit
4: Subsystem
5: Zweites Subsystem
S1, S2: Sensorsignale
deltaS: Differenzsignal
Ref: Referenzsignal
t: Zeit
SW: Schwellenwert
F: Fehlerwert
IN: Dateneingang

Claims

Verfahren zum Überwachen von redundanten Sensorsignalen, wobei die Sensorsignale (S1, S2) von einer Signalverarbeitungseinrichtung (3) eingelesen und verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen einem der Sensorsignale (S1, S2) und einem zweiten Signal (S2, Ref) berechnet und die Signaldifferenz zeitlich integriert wird, um einen Fehlerwert (F) zu ermitteln, der auf einen Fehler hinweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem ersten Sensorsignal (S1) und dem zweiten Sensorsignal (S2) berechnet und die Signaldifferenz zeitlich integriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem ersten Sensorsignal (S1) und einem Referenzsignal (Ref) berechnet und die Signaldifferenz zeitlich integriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen einem zweiten Sensorsignal (S2) und einem Referenzsignal (Ref) berechnet und die Signaldifferenz zeitlich integriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen der Signaldifferenz und einem Schwellenwert (SW1, SW2) berechnet und diese Differenz zeitlich integriert wird, um daraus den Fehlerwert (F) zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerwert (F) gemäß folgender Beziehung berechnet wird: F = MAX((∫(|(Si – S)| – SW)dt), 0)wobei Si ein Sensorsignal (S1, S2), S ein zweites Signal und SW ein Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (SW) variabel ist, abhängig vom Betriebszustand der Sensoren oder des Fahrzeugs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Änderungsverhalten des Fehlerwerts (F) überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale (S1, S2) bezüglich eines Offset- und/oder Empfindlichkeitsfehlers korrigiert sind und die korrigierten Sensorsignale (S1, S2) von der Signalverarbeitungseinrichtung (3) weiter verarbeitet werden.
Vorrichtung zur Überwachung von redundanten Sensorsignalen, umfassend eine Verarbeitungseinrichtung (3) und wenigstens zwei redundanten Sensoren (1, 2), deren Sensorsignale (S1, S2) von der Verarbeitungseinrichtung (3) eingelesen und verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen einem ersten Sensorsignal (S1) und einem zweiten Signal (S2, Ref) berechnet und die Signaldifferenz zeitlich integriert wird, um daraus einen Fehlerwert (F) zu ermitteln.