DE102022117619A1 - Computer-implemented method for determining the error criticality of a braking device of a vehicle in the event of a sudden loss of braking force during a braking maneuver - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung einer Fehlerkritikalität einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs bei einem unvermittelten Bremskraftverlust während eines Bremsmanövers, umfassend die Schritte:- S1: Bereitstellen eines Simulationsmodells der Bremseinrichtung mit einer Mehrzahl von Modellparametern, wobei das Simulationsmodell dazu eingerichtet ist, unterschiedliche Bremsmanöver zu simulieren,- S2: Setzen der Modellparameter zumindest für ein Bremskraftversagen und eine Fahrerreaktion,- S3: Ausführen des Simulationsmodells, um die Fehlerkritikalität und die erforderliche Integrität eines Sicherheitsmechanismus der Bremseinrichtung zu ermitteln,- S4: Entwickeln eines Sicherheitsmechanismus auf Basis der im vorhergehenden Verfahrensschritt S3 erhaltenen Ergebnisse,- S5: Ausführen des Simulationsmodells mit dem Sicherheitsmechanismus, um den Sicherheitsmechanismus zu validieren, und- Wiederholen der Verfahrensschritte S2 bis S5 mit zumindest einem geänderten Modellparameter, bis das Validierungsziel erreicht ist.The invention relates to a computer-implemented method for determining an error criticality of a braking device of a vehicle in the event of a sudden loss of braking force during a braking maneuver, comprising the steps: - S1: Providing a simulation model of the braking device with a plurality of model parameters, the simulation model being set up to carry out different braking maneuvers simulate, - S2: Set the model parameters at least for a brake force failure and a driver reaction, - S3: Execute the simulation model to determine the error criticality and the required integrity of a safety mechanism of the braking device, - S4: Develop a safety mechanism based on the previous method step S3 results obtained, - S5: Executing the simulation model with the security mechanism in order to validate the security mechanism, and - repeating the method steps S2 to S5 with at least one changed model parameter until the validation goal is achieved.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung einer Fehlerkritikalität einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs bei einem unvermittelten Bremskraftverlust während eines Bremsmanövers.The present invention relates to a computer-implemented method for determining error criticality of a braking device of a vehicle in the event of a sudden loss of braking force during a braking maneuver.
Bei den derzeit in Fahrzeugen eingesetzten Bremseinrichtungen kommen unterschiedliche Aktuatoren, wie zum Beispiel regenerative Bremssysteme, Reibungsbremssysteme oder so genannte „Brake-by-Wire“-Systeme zum Einsatz.The braking devices currently used in vehicles use different actuators, such as regenerative braking systems, friction braking systems or so-called “brake-by-wire” systems.
Die funktionale Sicherheit einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs muss in Übereinstimmung mit der internationalen Norm ISO 26262:2018 gewährleistet werden, in der Sicherheitsanforderungsstufen für sicherheitsrelevante Einrichtungen in Kraftfahrzeugen, zu denen auch Bremseinrichtungen zählen, spezifiziert sind. In dieser Norm werden unterschiedliche Sicherheitsstufen definiert, die in der Fachwelt auch als „Automotive Safety Integrity Level“ (kurz: ASIL) bezeichnet werden. Abhängig von der Risikobewertung vor dem Hintergrund von Sicherheitszielen, die bei der Fahrzeugentwicklung definiert werden, können diese Risiken als ungefährlich oder als gering gefährlich (Einstufung als „QM“) eingestuft werden, so dass sie ohne Anwendung der Norm auskommen. Wenn die Risiken jedoch als gefährlich zu bewerten sind, so dass die Norm anzuwenden ist, werden diese Risiken als ASIL A, ASIL B, ASIL C oder ASIL D eingestuft. Diese ASIL-Einstufungen sind ein Maß für die Kritikalität eines Fehlers.The functional safety of a vehicle's braking device must be ensured in accordance with the international standard ISO 26262:2018, which specifies safety requirement levels for safety-relevant devices in motor vehicles, which also include braking devices. This standard defines different safety levels, which experts also refer to as the “Automotive Safety Integrity Level” (ASIL for short). Depending on the risk assessment against the background of safety objectives that are defined during vehicle development, these risks can be classified as harmless or as slightly dangerous (classification as “QM”), so that they do not require the application of the standard. However, if the risks are to be assessed as dangerous so that the standard is to be applied, these risks are classified as ASIL A, ASIL B, ASIL C or ASIL D. These ASIL ratings are a measure of the criticality of a defect.
Während eines Bremsmanövers kann aus unterschiedlichen Gründen unter Umständen das Problem eines plötzlichen Bremskraftverlustes auftreten. Ein Ziel ist es daher, Bremseinrichtungen so zu entwickeln, dass ein plötzlicher Bremskraftverlust, wie zum Beispiel ein regenerativer Bremskraftverlust aufgrund einer voll aufgeladenen Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, in Übereinstimmung mit der Norm ISO 26262:2018 kompensiert werden kann.During a braking maneuver, the problem of a sudden loss of braking power can occur for various reasons. One goal is therefore to develop braking devices so that a sudden loss of braking power, such as a regenerative braking power loss due to a fully charged traction battery of an electric vehicle, can be compensated in accordance with the ISO 26262:2018 standard.
Bislang war es schwierig, die Kritikalität (ASIL-Einstufung) für die Gefahr von Bremskraftverlusten abzuleiten, da größere Feldstudien durchgeführt werden müssten und die Validierung in der Regel nicht durchführbar ist oder immer verzerrt wäre. Es existieren keine objektiven Tests beziehungsweise Daten darüber, wie Fahrer auf einen Bremskraftverlust reagieren. Daher ist auch die ASIL-Einstufung bislang sehr grob und ungenau. In Testszenarien verzerren sich typischerweise auch die Reaktionen des Fahrers und es können darüber hinaus auch nicht viele Bremsmanöver durchgeführt werden.Until now, it has been difficult to derive the criticality (ASIL classification) for the risk of braking power losses because larger field studies would have to be carried out and validation is usually not feasible or would always be distorted. There are no objective tests or data on how drivers react to a loss of braking power. Therefore, the ASIL classification has so far been very rough and imprecise. In test scenarios, the driver's reactions are typically distorted and not many braking maneuvers can be carried out.
Die
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung einer Fehlerkritikalität einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs bei einem unvermittelten Bremskraftverlust während eines Bremsmanövers zur Verfügung zu stellen, mittels dessen ein Sicherheitsmechanismus für den Bremskraftverlust geschaffen werden kann.The aim of the invention is to provide a computer-implemented method for determining the error criticality of a braking device of a vehicle in the event of a sudden loss of braking force during a braking maneuver, by means of which a safety mechanism for the loss of braking force can be created.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein computerimplementiertes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The solution to this problem is provided by a computer-implemented method with the features of
Ein erfindungsgemäßes computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung einer Fehlerkritikalität einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs bei einem unvermittelten Bremskraftverlust während eines Bremsmanövers umfasst die Schritte:
- - S1: Bereitstellen eines Simulationsmodells der Bremseinrichtung mit einer Mehrzahl von Modellparametern, wobei das Simulationsmodell dazu eingerichtet ist, unterschiedliche Bremsmanöver zu simulieren,
- - S2: Setzen der Modellparameter zumindest für ein Bremskraftversagen und eine Fahrerreaktion,
- - S3: Ausführen des Simulationsmodells, um die Fehlerkritikalität und die erforderliche Integrität eines Sicherheitsmechanismus der Bremseinrichtung zu ermitteln,
- - S4: Entwickeln zumindest eines Sicherheitsmechanismus auf Basis der im vorhergehenden Verfahrensschritt S3 erhaltenen Ergebnisse,
- - S5: Ausführen des Simulationsmodells mit dem Sicherheitsmechanismus, um den Sicherheitsmechanismus zu validieren, und
- - Wiederholen der Verfahrensschritte S2 bis S5 mit zumindest einem geänderten Modellparameter, bis das Validierungsziel erreicht ist.
- - S1: Providing a simulation model of the braking device with a plurality of model parameters, the simulation model being set up to simulate different braking maneuvers,
- - S2: Setting the model parameters at least for a brake force failure and a driver reaction,
- - S3: Execute the simulation model to determine the error criticality and the required integrity of a safety mechanism of the braking device,
- - S4: Develop at least one security mechanism based on the results obtained in the previous method step S3,
- - S5: Run the simulation model with the security mechanism to validate the security mechanism, and
- - Repeating process steps S2 to S5 with at least one changed model parameter until the validation goal is achieved.
Vorzugsweise wird die Fehlerkritikalität gemäß der Norm ISO 26262:2018 als QM, ASIL A, ASIL B, ASIL C oder ASIL D klassifiziert. Die Erfindung schlägt somit einen simulativen Ansatz vor, der leichter ableitbare beziehungsweise validierbare Modellparameter berücksichtigt, die von dem Simulationsmodell verarbeitet werden. Auf diese Weise wird der bisher erforderliche Aufwand verringert, um zu beweisen, dass bei einem Bremskraftverlust entweder keine speziellen Kompensationsmechanismen erforderlich sind, da die Gefahr gering ist (QM), oder dass geeignete Kompensationsmechanismen für den Bremskraftverlust einschließlich ihrer Sicherheitsintegrität, Reaktionsgeschwindigkeit usw. zu entwerfen sind (ASIL A bis ASIL D).Preferably, the fault criticality is classified as QM, ASIL A, ASIL B, ASIL C or ASIL D according to the ISO 26262:2018 standard. The invention thus proposes a simulative approach that takes into account model parameters that are easier to derive or validate and are processed by the simulation model. In this way, the effort previously required is reduced to prove that in the event of a loss of braking power, either no special compensation mechanisms are required because the danger is low (QM), or that appropriate compensation mechanisms for the loss of braking power including their safety integrity, response speed, etc. should be designed (ASIL A to ASIL D).
Der zumindest eine Sicherheitsmechanismus, mittels dessen das gesetzte Validierungsziel erreicht wird, kann in Fahrzeugentwicklungsprojekten verwendet werden und somit auch in realen Fahrzeugen eingesetzt werden.The at least one safety mechanism by means of which the set validation goal is achieved can be used in vehicle development projects and can therefore also be used in real vehicles.
Die Prüfung im Rahmen von Feldversuchen wird erfindungsgemäß durch die Simulation von Bremsmanövern ersetzt, indem viele Kombinationen von Bremsmanövereinstellungen, wie zum Beispiel Fehlerzeiten (Dauer des Bremskraftverlusts), Fehleramplituden (Stärke des Bremskraftverlusts) und Reaktionszeiten des Fahrers, bei der Durchführung des Verfahrens wiederholt durchgespielt werden. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die ungünstigste Kombination („Worst-Case“-Kombination) nicht übersehen wird. Die Simulationsergebnisse können branchenweit als Sicherheitskriterien für die Auslegung von Bremseinrichtungen verwendet werden.According to the invention, testing in the context of field tests is replaced by the simulation of braking maneuvers by repeatedly running through many combinations of braking maneuver settings, such as error times (duration of loss of braking force), error amplitudes (strength of loss of braking force) and reaction times of the driver, when carrying out the method . This approach ensures that the worst-case combination is not missed. The simulation results can be used throughout the industry as safety criteria for the design of braking devices.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass im Verfahrensschritt S4 ein Bremskraftverlustausgleichsmechanismus für die Bremseinrichtung als Sicherheitsmechanismus entwickelt wird.In a preferred embodiment, it is proposed that in method step S4 a braking force loss compensation mechanism for the braking device is developed as a safety mechanism.
Vorzugsweise können im Verfahrensschritt S2 Modellparameter verwendet werden, die auf öffentlich zugänglichen Studien und/oder auf Fahrzeugtests, die vom Fahrzeughersteller durchgeführt wurden, und/oder auf früheren Erfahrungswerten des Fahrzeugherstellers basieren.Preferably, in method step S2, model parameters can be used that are based on publicly available studies and/or on vehicle tests carried out by the vehicle manufacturer and/or on previous experience of the vehicle manufacturer.
In einer Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass zumindest eine Tabelle mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Sicherheitsmechanismen in Abhängigkeit von den Modellparametern erzeugt wird.In one embodiment, it is possible for at least one table to be generated with a plurality of different security mechanisms depending on the model parameters.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende
In einem ersten Schritt S1 wird ein computerimplementiertes Simulationsmodell der Bremseinrichtung mit einer Mehrzahl von Modellparametern bereitgestellt. Dieses Simulationsmodell ist dazu eingerichtet, auf Basis der Modellparameter unterschiedliche Bremsmanöver eines Fahrzeugs zu simulieren. Bei diesem Simulationsmodell handelt es sich vorzugsweise um ein rein physikalisches Bremsmanöversimulationsmodell, welches nicht fahrzeugspezifisch ist.In a first step S1, a computer-implemented simulation model of the braking device with a plurality of model parameters is provided. This simulation model is set up to simulate different braking maneuvers of a vehicle based on the model parameters. This simulation model is preferably a purely physical braking maneuver simulation model that is not vehicle-specific.
In einem nächsten Schritt S2 werden im Simulationsmodell zumindest die Modellparameter für ein Bremskraftversagen, insbesondere die Dauer und die Stärke des Bremskraftversagens, und eine Fahrerreaktion, insbesondere eine Reaktionszeit des Fahrers, gesetzt. Diese Modellparameter können zum Beispiel auf öffentlich zugänglichen Studien und/oder auf Fahrzeugtests, die vom Fahrzeughersteller durchgeführt wurden, und/oder auf früheren Erfahrungswerten des Fahrzeugherstellers basieren.In a next step S2, at least the model parameters for a braking force failure, in particular the duration and intensity of the braking force failure, and a driver reaction, in particular a driver reaction time, are set in the simulation model. These model parameters may, for example, be based on publicly available studies and/or on vehicle tests carried out by the vehicle manufacturer and/or on previous experience of the vehicle manufacturer.
In einem nachfolgenden Schritt S3 wird das Simulationsmodell ausgeführt, um die Kritikalität - QM, ASIL A, ASIL B, ASIL C oder ASIL D gemäß der Norm ISO 26262:2018 - des Fehlers (des Bremskraftversagens) und die erforderliche Integrität eines Sicherheitsmechanismus der Bremseinrichtung zu ermitteln.In a subsequent step S3, the simulation model is executed to determine the criticality - QM, ASIL A, ASIL B, ASIL C or ASIL D according to the ISO 26262:2018 standard - of the error (braking force failure) and the required integrity of a safety mechanism of the braking device determine.
In einem Schritt S4 wird auf Basis der im vorhergehenden Verfahrensschritt S3 erhaltenen Ergebnisse ein Sicherheitsmechanismus für die Bremseinrichtung entwickelt. Bei diesem Sicherheitsmechanismus kann es sich zum Beispiel um einen Bremskraftverlustausgleichsmechanismus für die Bremseinrichtung handeln.In a step S4, a safety mechanism for the braking device is developed based on the results obtained in the previous method step S3. This safety mechanism can be, for example, a braking force loss compensation mechanism for the braking device.
In einem nachfolgenden Schritt S5 wird das Simulationsmodell mit dem Sicherheitsmechanismus ausgeführt, um den Sicherheitsmechanismus zu validieren.In a subsequent step S5, the simulation model with the security mechanism is executed in order to validate the security mechanism.
Die Schritte S2 bis S5 werden mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Modellparameter so lange wiederholt, bis das Validierungsziel erreicht ist. Dabei wird in jedem Iterationsschritt des Verfahrens zumindest einer der Modellparameter verändert. Das Validierungsziel kann insbesondere die vollständige Beherrschbarkeit des Bremsmanövers durch den Fahrer oder die Vermeidung einer Fahrzeugkollision sein.Steps S2 to S5 are repeated with a plurality of different model parameters until the validation goal is achieved. At least one of the model parameters is changed in each iteration step of the method. The validation goal can in particular be the driver's complete control of the braking maneuver or the avoidance of a vehicle collision.
Um insbesondere auch das ungünstigste Szenario („Worst-Case-Szenario“) aufzudecken, wird somit die modellgestützte Simulation des Bremsmanövers wiederholt durchgeführt, wobei unterschiedliche Modellparameter, wie zum Beispiel das Ausmaß und die Dauer des Bremskraftverlustes als Fehler und/oder die Reaktionszeit des Fahrers, variiert werden. Aus den Simulationsergebnissen wird dann der Sicherheitsmechanismus abgeleitet, der nach dem Erreichen des Validierungsziels auch in realen Fahrzeugen eingesetzt werden kann.In order to uncover the most unfavorable scenario (“worst case scenario”), the model-based simulation of the braking maneuver is carried out repeatedly, with different model parameters, such as the extent and duration of the loss of braking force, as errors and/or the driver’s reaction time , can be varied. From the simulation results The safety mechanism is then derived, which can also be used in real vehicles after the validation goal has been achieved.
Eine Prüfung im Rahmen von Feldversuchen wird somit durch Bremsmanöversimulationen ersetzt, indem viele Kombinationen der Modellparameter in einem iterativen Prozess berücksichtigt werden.Field testing is therefore replaced by braking maneuver simulations by taking many combinations of model parameters into account in an iterative process.
Wird im Verfahrensschritt S2 ein eher konservativer Ansatz gewählt, so ist das Ergebnis, das aus der Durchführung des Verfahrensschritts S3 resultiert, in vorteilhafter Weise fahrzeugklassenunabhängig. Somit können wiederverwendbare Kriterien für die Gefahr eines Bremskraftverlusts festgelegt werden. Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass zumindest eine Tabelle mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Sicherheitsmechanismen in Abhängigkeit von den Modellparametern erzeugt wird. Diese kann zum Beispiel von OEM-Herstellern verwendet werden.If a more conservative approach is chosen in method step S2, the result that results from carrying out method step S3 is advantageously independent of the vehicle class. This means that reusable criteria for the risk of a loss of braking power can be defined. For example, it is possible for at least one table to be generated with a plurality of different security mechanisms depending on the model parameters. This can be used by OEM manufacturers, for example.
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