DE102005048015A1

DE102005048015A1 - Plausibilisierung von Sensorsignalen in Fahrzeugsystemen

Info

Publication number: DE102005048015A1
Application number: DE102005048015A
Authority: DE
Inventors: Stefan Otterbein; Stefan Hillenbrand; Ansgar Rehm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plausibilisierung von Sensorsignalen (5, 13, 23), die von einem Fahrzeugsystem (15-22) verarbeitet werden, das regelnd oder steuernd in den Betrieb eines Fahrzeugs eingreifen kann. Eine Modell basierte Plausibilisierung von Sensorsignalen wird möglich, wenn eine Plausibilisierungseinrichtung (7) vorgesehen ist, der das zu überprüfende Sensorsignal (5, 13, 23) als auch wenigstens ein zusätzliches, vom betreffenden System nicht zum Zwecke der Regelung oder Steuerung genutztes Sensorsignal (13, 23) zugeführt wird, und die Plausibilisierungseinrichtung (7) das Sensorsignal (5) mit Hilfe eines mathematischen Modells unter Berücksichtigung des zusätzlichen Sensorsignals (13, 23) verifiziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plausibilisierung (Überwachung) von Sensorsignalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Moderne Fahrzeuge sind mit einer Vielzahl von Systemen ausgestattet, die regelnd oder steuernd in den Betrieb der Fahrzeuge eingreifen. Hierzu zählen beispielsweise Fahrdynamikregelungssysteme (ESP), automatische Bremssysteme (ABS), Systeme zur Wankstabilisierung, Airbagsysteme, Fahrerassistenzsysteme (ACC), Leuchtweitenregulierung, Kurvenlicht, etc.. Jedes dieser Systeme umfasst bestimmte Sensoren, deren Signale ausgewertet und basierend darauf ein Steuer- oder Regelprozess ausgelöst wird. Aus Sicherheitsgründen, insbesondere um Fehlauslösungen zu vermeiden, werden die Sensorsignale durch eine Plausibilitätsprüfung überwacht. Die Signalüberwachung findet üblicherweise im jeweiligen Steuergerät des Fahrzeugsystems statt.

Aus der DE 100 49 526 C2 ist eine Einrichtung zum Bereitstellen von Signalen für Fahrzeugsysteme bekannt, welche unter Berücksichtigung äußerer Einflüsse Ansteuerungssignale für den Fahrzeugsystemen zugeordneten Aktoren generiert. Dabei werden durch ein Schätzmodul Eingangssignale von Sensoren für äußere Einflüsse erfasst und den Fahrzustandsreglern aller Fahrzeugsysteme die daraus generierten, die augenblickliche Fahrsituation charakterisierenden Signale zur Verfügung gestellt.

1 zeigt ein Fahrzeugsystem, wie z.B. ein ABS-System mit zugehöriger Sensorik, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dieses System umfasst ein Steuergerät (15), das von externen Sensoren 4, wie z.B. Rad-Drehzahlsensoren, entsprechende Signale 5 erhält. Das Steuergerät 15 umfasst ferner interne, im Steuergerät 15 integrierte Sensoren 6, wie beispielsweise Quer- oder Längsbeschleunigungssensoren, die ein Ausgangssignal 23 erzeugen. Die auf die Sensoren 4, 6 wirkenden äußeren Einflüsse sind durch Pfeile 3 schematisch dargestellt.

Die Sensorsignale 5, 23 werden von einem Modul 7 verarbeitet, das daraus meist auch andere Größen, die nicht direkt gemessen werden können (z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit über Grund) mittels mathematischer Algorithmen abschätzt. Die Ausgangssignale 8 des Moduls 7 sind verschiedene Ist-Werte, die den aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs beschreiben. Die Ist-Werte 8 werden neben den vom Fahrer 1 generierten Soll-Werten 2 einer Steuer- oder Regeleinrichtung 9 zugeführt. Wenn die Eingangsgrößen 2, 8 bzw. eine Regeldifferenz bestimmte Schwellenwerte überschreitet, greift die Einrichtung 9 über einen Aktuator 19, wie z.B. das Bremssystem, in den Fahrbetrieb ein. Das entsprechende Steuersignal ist mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet.

Die Sensorsignale 5, 23 werden üblicherweise in den Steuergeräten 15 der Systeme (mittels entsprechender Algorithmen) überwacht. Dabei wird i. d. R. eine Einzelsignalüberwachung durchgeführt, bei der insbesondere der Wertebereich und der Gradient der Signale 5, 23 überprüft, sowie eventuell auftretende Sensor-Meldungen ausgewertet werden. Die Sensorsignale 5, 23 werden ergänzend auch mittels mathematischer Modelle überwacht (sog. Modell basierte Plausibilisierung), wobei sie mit geschätzten Werten verglichen werden, die aus verschiedenen anderen Sensorsignalen berechnet wurden. Diese Art der Plausibilisierung ist jedoch nur bedingt einsetzbar, da die Schätzung meist einer größeren Anzahl weiterer Sensoren bedarf, die dem System i. d. R. nicht zur Verfügung stehen. Ein weiterer Nachteil bekannter Plausibilisierungs-Verfahren besteht darin, dass die Plausibilisierung der Sensorsignale in jedem Steuergerät 15 separat durchgeführt wird, auch wenn die einzelnen Fahrzeugsysteme auf den- bzw. dieselben Sensoren zugreifen. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Rechenaufwand mit entsprechend höheren Hardwarekosten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Plausibilisierung von Sensorsignalen zu schaffen, die bzw. das eine genauere Überwachung bei geringerem Rechen- und Hardwareaufwand ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, im Rahmen einer Modell basierten Plausibilisierung nicht nur die Sensorsignale der systemeigenen Sensoren eines Fahrzeugsystems, sondern auch die Sensorsignale anderer Sensoren zu nutzen, die nicht zum Zwecke der Regelung oder Steuerung des betreffenden Systems gebraucht werden. Der Plausibilisierungseinrichtung eines solchen Fahrzeugsystems steht somit eine wesentlich breitere Sensorbasis für die Plausibilisierung zur Verfügung, wodurch bessere, genauere Ergebnisse erzielt werden können. So umfassen beispielsweise Systeme zur Auslösung von Seitenairbags einen Wankratensensor, dessen Signal durch Einzelsignalüberwachung verifiziert wird. Die physikalischen Modelle zur Modell basierten Plausibilisierung des Wankratensignals würden die Kenntnis von Gierrate und Querbeschleunigung erfordern; diese Signale werden jedoch von einem Airbagsystem nicht alle gemessen. Wenn diese Signale, die z. B. von einem ESP-System gemessen werden, dem Airbagsystem zugeführt werden, stehen sie somit auch für die Plausibilisierung bzw. modellbasierte Plausibilisierung des Wankratensignals zur Verfügung.

Eine erfindungsgemäße Plausibilisierungseinrichtung ist vorzugsweise über eine Busleitung, oder auf andere Weise mit einem oder mehreren zusätzlichen Sensoren verbunden, deren Signale somit für die Modell basierte Plausibilisierung genutzt werden können.

Die Plausibilisierung eines Sensorsignals wird vorzugsweise nur einmal (nicht redundant) durchgeführt und das Ergebnis anderen Fahrzeugsystemen, die denselben Sensor abfragen, zur Verfügung gestellt. Dadurch kann insbesondere der Rechenaufwand verringert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Plausibilisierungseinrichtung Bestandteil eines Steuergeräts. Alternativ könnte die Plausibilisierungseinrichtung auch separat zu den einzelnen Steuergeräten der Fahrzeugsysteme angeordnet sein. Im letzteren Fall ist die separat angeordnete Einrichtung vorzugsweise über eine Busverbindung mit mehreren Fahrzeugsystemen verbunden.

Die erfindungsgemäße Plausibilisierungseinrichtung führt neben der Einzelsignalüberwachung und der Plausibilisierung vorzugsweise auch eine redundante Überwachung durch, bei der die Sensorsignale redundanter Sensoren mit Hilfe des jeweils anderen Sensorsignals überprüft werden.

Das zu überprüfende Sensorsignal kann beispielsweise das Signal eines Drehraten-, Wankraten-, Rad-Drehzahl-, Winkel-, Beschleunigungs- oder eines anderen Sensors sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugsystems;
2 eine Anordnung zur Plausibilisierung von Sensorsignalen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Blockdarstellung eines Signalverarbeitungsmoduls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Anordnung zur Plausibilisierung von Sensorsignalen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
5 eine Anordnung zur Plausibilisierung von Sensorsignalen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Bezüglich der Erläuterung von 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
2 zeigt eine schematische Darstellung mehrerer Fahrzeugsysteme, die jeweils ein Steuergerät 15–18 sowie zugehörige Aktuatoren 19–22 umfassen. Bei den Fahrzeugsystemen kann es sich beispielsweise um ein Fahrdynamik-Regelungssystem (ESP) 14, 19, ein Airbag-System 15, 20, ein System zur Wankstabilisierung 17, 21 und ein Fahrer-Unterstützungssystem (ACC) 18, 22 handeln.
Die Fahrzeugsysteme 15–22 umfassen jeweils Sensoren 4, auf die sie zugreifen, sowie Sensoren 12, wie z.B. einen Gierratensensor, die von mehreren oder allen Systemen gemeinsam genutzt werden. Die Sensoren 12 sind hier als ein Sensormodul 11 dargestellt, das über eine Busverbindung 10 mit sämtlichen Steuergeräten 15–18 verbunden ist. Die zu den Steuergeräten 15–18 führenden Zweigleitungen sind mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Die Sensorinformation 13 der Sensoren 12 steht somit sämtlichen Fahrzeugsystemen 15–22 gemeinsam zur Verfügung. In den Steuergeräten 15–18 können darüber hinaus weitere Sensoren 6 integriert sein.
Die Zweigleitungen 14 sind bidirektional ausgeführt, so dass die jeweiligen Sensorsignale 5 und 23 sowie die Stellsignale 24 der Fahrzeugsysteme 15–22 über den Bus 10 ebenfalls allen Fahrzeugsystemen 15–22 gemeinsam zur Verfügung stehen.
Jedes Steuergerät 15–18 enthält ein Signalverarbeitungsmodul 7 (Plausibilisierungseinheit), das die Sensorsignale 5, 13, 23 überwacht und weiter verarbeitet. Die Signalverarbeitungseinheiten 7 berechnen i. d. R auch andere Größen, die nicht direkt gemessen werden können.
Zur Plausibilisierung der Sensorsignale 5, 13, 23 werden hier mehrere Verfahren eingesetzt, die im Folgenden beispielhaft anhand von 3 erläutert werden:
Die Sensorsignale 5, 13, 23 werden in Block 30 zunächst einzeln überwacht (Einzelsignalüberwachung), wobei für jedes Signal eine Wertebereichprüfung, Gradientenprüfung und Peakerkennung (Erkennung von Signalspitzen) durchgeführt wird. Darüber hinaus werden vorzugsweise auch Meldungen von Sensor eigenen Überwachungseinrichtungen ausgewertet.
Sensorsignale 5, 13, 23, die von mehreren identischen Sensoren redundant vorliegen, werden außerdem in Block 31 überwacht, um Sensorfehler zu erkennen (redundante Überwachung).
In Block 32 werden mit Hilfe physikalischer Modelle Vergleichswerte zur Plausibilisierung der Sensorsignale 5, 13, 23 berechnet (Modell basierte Plausibilisierung). Dabei werden durch einen Vergleich des berechneten Werts mit dem tatsächlichen Messsignal Fehler erkannt.
Ein Signalverarbeitungsmodul 7 kann bei diesem Aufbau auf sämtliche Sensorsignale 5, 13, 23 zugreifen und hat dadurch eine große Anzahl von Signalen für die Modell basierte Plausibilisierung zur Verfügung. Die Sensorsignale 5, 13, 23 können dadurch genau und zuverlässig überwacht werden.
Größen, die nicht direkt gemessen werden können, oder Signal-Offsets werden hier mittels eines Schätzmoduls 33 geschätzt, das beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit über Grund oder einen Wankwinkel des Fahrzeugs auf Grundlage mathematischer Modelle schätzt. Die verifizierten Sensorsignale und geschätzten Größen 8 werden schließlich einem Regler bzw. einer Steuereinheit 9 zugeführt. Sie beschreiben den Ist-Zustand des Fahrzeugs.
In 2 umfasst jedes der Steuergeräte 15–18 eine eigene Signalverarbeitungseinheit 7. Um zu vermeiden, dass dasselbe Sensorsignal 13 gleichzeitig mehrfach überprüft wird, sind die Signalverarbeitungsmodule 7 vorzugsweise so eingerichtet, dass sie nur bestimmte Sensorsignale 13 überwachen und das Ergebnis der Plausibilisierung den anderen Fahrzeugsystemen 15–22 zur Verfügung gestellt wird.
4 zeigt eine Anordnung mehrerer Fahrzeugsysteme 15–22 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Plausibilisierung außerhalb der Steuergeräte 15–18 für alle Systeme 15–22 gemeinsam erfolgt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 7 befindet sich hier in einem Sensormodul 11, das über eine Busleitung 10 mit den Steuergeräten 15–18 verbunden ist. Das Bussystem 10 befindet sich in diesem Fall physikalisch also zwischen einer zentralen Signalverarbeitungseinheit 7 und den einzelnen Steuergeräten 15–18.
Das Sensormodul 11 umfasst mehrere integrierte Sensoren 6 und ist außerdem mit einem oder mehreren externen Sensoren 4 verbunden. Die Signalleitung 8 ist bidirektional ausgeführt, so dass die Fahrer-Sollwerte 2 und die Steuersignale 24 der Fahrzeugsysteme 15–22 der Plausibilisierungseinheit 7 zur Verfügung stehen. Die Sensorsignale 5, 23 werden, wie vorstehend bezüglich 3 erläutert, überwacht.
5 zeigt eine Anordnung mehrerer Fahrzeugsysteme 15–17, 19–20 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zur Anordnung von 4 umfasst diese Anordnung einen Sensorbus 26, über den insbesondere Sensorsignale 5, und einen Steuerbus 34, über den insbesondere Steuersignale von den Steuergeräten 15–17 an zugehörige Aktuatoren 19, 20 gesendet werden.
Das Gesamtsystem umfasst erste Sensoren 12, die in einer Sensoreinheit 11 enthalten sind, und zweite Sensoren 4, die separat angeordnet sind. Sämtliche Sensordaten werden einer Prozessoreinheit 25 entweder direkt oder über den Sensorbus 26 zugeführt, von dieser verarbeitet und an eine Signalverarbeitungseinheit 7 weiter geleitet. Die Signalverarbeitungseinheit 7 führt, wie vorstehend beschrieben, eine Plausibilisierung durch und erzeugt gegebenenfalls weitere Schätzwerte für bestimmte Größen. Die verifizierten Sensorsignale und Schätzgrößen werden den Steuergeräten 15–17 über den Steuerbus 34 10 zugeführt. Wenigstens eines der Steuergeräte 15–17 ist an beiden Bussystemen 34, 26 angeschlossen und kann vorzugsweise bidirektional kommunizieren. Das Steuergerät 17 ist nur am Steuerbus 34 angeschlossen.
Die Aktuatoren 19, 20 der einzelnen Fahrzeugsysteme werden entweder über eine direkte Verbindung (siehe Aktuator 19) oder über den Steuerbus 34 (siehe z.B. Aktuator 20) angesteuert.

1: Fahrer
2: Fahrer-Sollwert
3: Umwelteinflüsse
4: Sensor
5: Sensorsignal
6: integrierter Sensor
7: Signalverarbeitungseinheit
8: Ist-Werte
9: Steuer- oder Regeleinheit
10: Bus
11: Sensormodul
12: externe Sensoren
13: Sensorsignale
14: Busleitungen
15–18: Steuergeräte
19–22: Aktuatoren
23: Sensorsignal
24: Steuersignal
25: Prozessoreinheit
26: Datenbus
30: Einzelsignalüberwachung
31: redundante Überwachung
32: Modell basierte Plausibilisierung
33: Schätzmodul
34: Steuerbus

Claims

Vorrichtung zur Plausibilisierung von Sensorsignalen (5, 13, 23), die von einem Fahrzeugsystem (15–22) verarbeitet werden, das regelnd oder steuernd in den Betrieb eines Fahrzeugs eingreifen kann und hierzu einen oder mehrere systemeigene Sensoren (4, 6, 12) nutzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plausibilisierungseinrichtung (7) vorgesehen ist, der wenigstens ein zu überprüfendes Sensorsignal (5, 13, 23) eines systemeigenen Sensors (4, 6, 12) als auch wenigstens ein zusätzliches, vom betreffenden Fahrzeugsystem (15–22) nicht zum Zwecke der Regelung oder Steuerung genutztes Sensorsignal (5, 13, 23) zugeführt wird, und die Plausibilisierungseinrichtung (7) das Sensorsignal (5, 13, 23) unter Berücksichtigung des bzw. der zusätzlichen Sensorsignale (5, 13, 23) im Rahmen einer Plausibilisierung, insbesondere einer modellbasierten Plausibilisierung, prüft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis (8) der Plausibilisierung anderen Fahrzeugsystemen (15–22) zur Verfügung gestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierungseinrichtung (7) ein Bestandteil eines Steuergeräts (15–18) eines Fahrzeugssystem (15–22) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierungseinrichtung (7) an einem Bussystem (10) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierungseinrichtung (7) ein Bestandteil eines Moduls (11) ist, das über eine Busverbindung (10) mit mehreren Fahrzeugsystemen (15–22) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu überprüfende Sensorsignal (5) ein Signal eines Drehraten-, Wankraten-, Rad-Drehzahl-, Winkel- oder eines anderen Sensors ist.
Verfahren zur Plausibilisierung von Sensorsignalen (5, 13, 23), die von einem Fahrzeugsystem (15–22) verarbeitet werden, das regelnd oder steuernd in den Betrieb eines Fahrzeugs eingreifen kann und hierzu einen oder mehrere systemeigene Sensoren (4, 6, 12) nutzt, dadurch gekennzeichnet, dass das zu überprüfende Sensorsignal (5, 13, 23) eines systemeigenen Sensors (4, 6, 12) als auch wenigstens ein zusätzliches, vom betreffenden Fahrzeugsystem (15–22) nicht zum Zwecke der Regelung oder Steuerung genutztes Sensorsignal (5, 13, 23) einer Plausibilisierungseinrichtung (7) zugeführt werden, und die Plausibilisierungseinrichtung (7) das Sensorsignal (5, 13, 23) unter Berücksichtigung des bzw. der zusätzlichen Sensorsignale (5, 13, 23) im Rahmen einer Plausibilisierung, insbesondere einer modellbasierten Plausibilisierung, prüft.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierung auf Grundlage eines mathematischen Modells durchgeführt wird, mit dem die zu überprüfende Größe aus anderen Größen berechnet wird.