DE102022204011A1 - Method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system and mechanically uncoupled actuator system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines mechanisch ungekoppelten Aktuatorsystems (1), wobei das Aktuatorsystem (1) ein Rückkopplungsaktuatormodul (3) und ein Aktuatormodul (4) aufweist, welche signaltechnisch miteinander gekoppelt sind, wobei das Rückkopplungsaktuatormodul (3) und das Aktuatormodul (4) jeweils im Wege einer Fremddiagnose überwacht werden, wobei modulextern eine passive Fremddiagnose und/oder eine aktive Fremddiagnose durchgeführt wird, wobei im Rahmen der passiven Fremddiagnose anhand eines jeweiligen Modells (13,14) für das Rückkopplungsaktuatormodul (3) und das Aktuatormodul (4) eine jeweilige Funktion überprüft wird, und wobei im Rahmen der aktiven Fremddiagnose eine Kopplung zwischen dem Rückkopplungsaktuatormodul (3) und dem Aktuatormodul (4) zeitweise aufgehoben wird und das Rückkopplungsaktuatormodul (3) und/oder das Aktuatormodul (4) mit vorgegebenen Testparametern angesteuert werden, um modellbasiert eine jeweilige Funktion zu überprüfen, und wobei ein Überprüfungsergebnis (20) bereitgestellt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein mechanisch ungekoppeltes Aktuatorsystem (1).The invention relates to a method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system (1), wherein the actuator system (1) has a feedback actuator module (3) and an actuator module (4), which are coupled to one another in terms of signals, the feedback actuator module (3) and the actuator module ( 4) are each monitored by means of an external diagnosis, with a passive external diagnosis and/or an active external diagnosis being carried out outside the module, with the passive external diagnosis using a respective model (13, 14) for the feedback actuator module (3) and the actuator module (4 ) a respective function is checked, and wherein as part of the active external diagnosis, a coupling between the feedback actuator module (3) and the actuator module (4) is temporarily canceled and the feedback actuator module (3) and / or the actuator module (4) are controlled with predetermined test parameters in order to check a respective function based on a model, and wherein a checking result (20) is provided. The invention further relates to a mechanically uncoupled actuator system (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines mechanisch ungekoppelten Aktuatorsystems und ein mechanisch ungekoppeltes Aktuatorsystem.The invention relates to a method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system and a mechanically uncoupled actuator system.
Steer-by-Wire (SbW)-Lenksysteme, welche zukünftig im Automobilbereich in Großserie eingesetzt werden können, müssen eine deutlich höhere Ausfallsicherheit aufweisen als konventionelle Lenksysteme. Dies liegt daran, dass SbW-Lenksysteme über keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und einem Lenkgetriebe verfügen. Ein vollständiger Ausfall des Lenksystems würde dazu führen, dass das Fahrzeug nicht mehr lenkbar wäre. Somit müssen ein vollständiger Ausfall verhindert und Fehlerwirkungen frühzeitig erkannt werden. Ferner erfordern auch automatisiert fahrende Assistenzsysteme eine erhöhte Sicherheit an die Fahrzeugkomponenten.Steer-by-wire (SbW) steering systems, which can be used in large series in the automotive sector in the future, must have significantly higher reliability than conventional steering systems. This is because SbW steering systems have no mechanical connection between a steering wheel and a steering gear. A complete failure of the steering system would result in the vehicle no longer being steerable. A complete failure must therefore be prevented and the effects of errors must be recognized early on. Furthermore, automated driving assistance systems also require increased safety of the vehicle components.
Im Allgemeinen ist es in mechanisch ungekoppelten Aktuatorsystemen, das heißt, in „by-Wire“-Systemen, einem menschlichen Bediener (z.B. einem Fahrer oder Piloten) nicht mehr möglich, direkt in mechanisch vermittelter Weise auf eine Stellaktorik zuzugreifen.In general, in mechanically uncoupled actuator systems, that is, in “by-wire” systems, it is no longer possible for a human operator (e.g. a driver or pilot) to directly access an actuator in a mechanically mediated manner.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Überwachen eines mechanisch ungekoppelten Aktuatorsystems und ein mechanisch ungekoppeltes Aktuatorsystem zu verbessern.The invention is based on the object of improving a method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system and a mechanically uncoupled actuator system.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein mechanisch ungekoppeltes Aktuatorsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a method with the features of patent claim 1 and a mechanically uncoupled actuator system with the features of patent claim 10. Advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Überwachen eines mechanisch ungekoppelten Aktuatorsystems zur Verfügung gestellt, wobei das Aktuatorsystem ein Rückkopplungsaktuatormodul und ein Aktuatormodul aufweist, welche signaltechnisch miteinander gekoppelt sind, wobei das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul jeweils im Wege einer Fremddiagnose überwacht werden, wobei modulextern eine passive Fremddiagnose und/oder eine aktive Fremddiagnose durchgeführt wird, wobei im Rahmen der passiven Fremddiagnose anhand eines jeweiligen Modells für das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul eine jeweilige Funktion überprüft wird, und wobei im Rahmen der aktiven Fremddiagnose eine Kopplung zwischen dem Rückkopplungsaktuatormodul und dem Aktuatormodul zeitweise aufgehoben wird und das Rückkopplungsaktuatormodul und/oder das Aktuatormodul mit vorgegebenen Testparametern angesteuert werden, um modellbasiert eine jeweilige Funktion zu überprüfen, und wobei ein Überprüfungsergebnis bereitgestellt wird.In particular, a method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system is provided, wherein the actuator system has a feedback actuator module and an actuator module, which are coupled to one another in terms of signals, the feedback actuator module and the actuator module each being monitored by means of an external diagnosis, with a passive external diagnosis and /or an active external diagnosis is carried out, wherein as part of the passive external diagnosis a respective function is checked based on a respective model for the feedback actuator module and the actuator module, and whereby as part of the active external diagnosis a coupling between the feedback actuator module and the actuator module is temporarily canceled and that Feedback actuator module and / or the actuator module are controlled with predetermined test parameters in order to check a respective function based on a model, and a check result is provided.
Ferner wird insbesondere ein mechanisch ungekoppeltes Aktuatorsystem geschaffen, umfassend ein Rückkopplungsaktuatormodul und ein Aktuatormodul, welche signaltechnisch miteinander gekoppelt sind, wobei das Aktuatorsystem dazu eingerichtet ist, das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul jeweils im Wege einer Fremddiagnose zu überwachen, und hierzu jeweils modulextern eine passive Fremddiagnose und/oder eine aktive Fremddiagnose durchzuführen, und im Rahmen der passiven Fremddiagnose anhand eines jeweiligen Modells für das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul eine jeweilige Funktion zu überprüfen, und im Rahmen der aktiven Fremddiagnose eine Kopplung zwischen dem Rückkopplungsaktuatormodul und dem Aktuatormodul zeitweise aufzuheben und das Rückkopplungsaktuatormodul und/oder das Aktuatormodul mit vorgegebenen Testparametern anzusteuern, um modellbasiert eine jeweilige Funktion zu überprüfen, und ein Überprüfungsergebnis bereitzustellen.Furthermore, in particular, a mechanically uncoupled actuator system is created, comprising a feedback actuator module and an actuator module, which are coupled to one another in terms of signals, the actuator system being set up to monitor the feedback actuator module and the actuator module in each case by means of an external diagnosis, and for this purpose a passive external diagnosis and in each case external to the module /or to carry out an active external diagnosis, and as part of the passive external diagnosis to check a respective function based on a respective model for the feedback actuator module and the actuator module, and as part of the active external diagnosis to temporarily cancel a coupling between the feedback actuator module and the actuator module and the feedback actuator module and/or or to control the actuator module with specified test parameters in order to check a respective function based on a model and to provide a verification result.
Das Verfahren und das Aktuatorsystem ermöglichen es, das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul verbessert zu überwachen. Insbesondere wird neben einer in der Regel üblichen Eigendiagnose auch eine Fremddiagnose ermöglicht. Dies wird erreicht, indem modulextern eine passive Fremddiagnose und/oder eine aktive Fremddiagnose durchgeführt wird. Im Rahmen der passiven Fremddiagnose wird anhand eines jeweiligen Modells für das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul eine jeweilige Funktion überprüft. Hierzu werden insbesondere Beziehungen zwischen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen und somit ein Verhalten der Module mit Hilfe des jeweiligen Modells überprüft. Im Rahmen der aktiven Fremddiagnose wird eine Kopplung zwischen dem Rückkopplungsaktuatormodul und dem Aktuatormodul zeitweise aufgehoben und das Rückkopplungsaktuatormodul und/oder das Aktuatormodul wird mit vorgegebenen Testparametern angesteuert. Dies erfolgt stets immer nur, sofern eine aktive Fremddiagnose möglich ist, das heißt, wenn das Aktuatorsystem gerade nicht betrieben wird. Hierdurch kann modellbasiert gezielt eine jeweilige Funktion überprüft werden. Insbesondere ist das Ziel der aktiven Fremddiagnose, Sensoren, eine Leistungselektronik und Aktuatoren auf eine korrekte Funktionsweise hin zu überprüfen. Insbesondere können hierbei auch Parameter oder Parameterbereiche umgesetzt werden, die im normalen Betrieb nicht auftreten, wie beispielsweise Rand- oder Extrembereiche. Das Überprüfungsergebnis wird bereitgestellt, beispielsweise als analoges oder digitales Signal, insbesondere als digitales Datenpaket.The method and the actuator system make it possible to monitor the feedback actuator module and the actuator module in an improved manner. In particular, in addition to the usual self-diagnosis, an external diagnosis is also possible light. This is achieved by carrying out a passive external diagnosis and/or an active external diagnosis external to the module. As part of the passive external diagnosis, a respective function is checked using a respective model for the feedback actuator module and the actuator module. For this purpose, relationships between input variables and output variables and thus the behavior of the modules are checked with the help of the respective model. As part of the active external diagnosis, a coupling between the feedback actuator module and the actuator module is temporarily canceled and the feedback actuator module and / or the actuator module is controlled with predetermined test parameters. This only ever happens if an active third-party diagnosis is possible, that is, if the actuator system is not currently being operated. This allows a specific function to be checked on a model-based basis. In particular, the aim of active third-party diagnostics is to check sensors, power electronics and actuators for correct functioning. In particular, parameters or parameter ranges can be implemented that do not occur in normal operation, such as edge or extreme areas. The verification result is provided, for example as an analog or digital signal, in particular as a digital data packet.
Ein mechanisch ungekoppeltes Aktuatorsystem ist insbesondere ein Aktuatorsystem, bei dem zwischen einem Rückkopplungsaktuatormodul, das heißt, einem Modul zum Erfassen von einer manuellen Betätigung, und einem Aktuatormodul, das heißt, einem Modul zum Ausführen der aus der manuellen Betätigung abgeleiteten Aktion, keine mechanische Verbindung, sondern nur eine signaltechnische Verbindung besteht (das Aktuatorsystem kann daher auch als „by-Wire“-System bezeichnet werden). Die manuelle Betätigung wird daher nicht mechanisch in die Aktion umgesetzt, sondern insbesondere mittels einer Sensorik erfasst und vermittelt durch die signaltechnische Verbindung mittels einer Aktorik umgesetzt. In gleicher Weise erfolgt umgekehrt eine Rückkopplung vom Aktuatormodul zum Rückkopplungsaktuatormodul nur auf signaltechnischem Wege. Ein Rückkopplungsaktuatormodul umfasst insbesondere eine Steuerung zum Steuern oder Regeln einer Rückkopplung, die einer Person bei einer manuellen Betätigung gegeben wird. Ein Aktuatormodul umfasst insbesondere eine Steuerung zum Steuern oder Regeln einer aus der erfassten manuellen Betätigung abgeleiteten Aktion. Die Module umfassen insbesondere Datenverarbeitungseinrichtungen, die das Steuern und/oder Regeln und insbesondere eine Eigendiagnose sowie insbesondere eine Fremddiagnose ausführen.A mechanically uncoupled actuator system is in particular an actuator system in which there is no mechanical connection between a feedback actuator module, that is, a module for detecting a manual actuation, and an actuator module, that is, a module for executing the action derived from the manual actuation. but only a signaling connection exists (the actuator system can therefore also be referred to as a “by-wire” system). The manual actuation is therefore not implemented mechanically into the action, but rather is detected in particular by means of a sensor system and implemented via the signaling connection using an actuator system. In the same way, feedback from the actuator module to the feedback actuator module only takes place via signaling technology. A feedback actuator module in particular includes a controller for controlling or regulating feedback that is given to a person during a manual operation. An actuator module in particular includes a controller for controlling or regulating an action derived from the detected manual actuation. The modules include in particular data processing devices that carry out the control and/or regulation and in particular a self-diagnosis and in particular an external diagnosis.
Die Modelle können grundsätzlich verschieden ausgestaltet sein, beispielsweise können Kennlinien und/oder Kennfelder als jeweiliges Modell verwendet werden. Es kann auch ein Verfahren des Maschinenlernens, beispielsweise ein trainiertes Neuronales Netz, als Modell verwendet werden. Das Neuronale Netz ist dann darauf trainiert, für jeweils abgefragte Eingangsgrößen Ausgangsgrößen zu schätzen, welche zum Überprüfen einer Funktion der Module mit abgefragten Ausgangsgrößen verglichen werden können. Die Modelle bilden ein Idealverhalten der Module, insbesondere von Elektromotoren der Module, ab. Es kann vorgesehen sein, dass ein Alterungsverhalten der Module, insbesondere der Motoren der Module, berücksichtigt wird, beispielsweise indem die Modelle in Abhängigkeit einer Betriebsdauer angepasst werden. Hierdurch kann eine erwartete, aber unkritische, Alterung der Module bzw. der Motoren und/oder sonstiger Bestandteile in den Modellen berücksichtigt werden.The models can fundamentally be designed differently; for example, characteristics and/or characteristic maps can be used as the respective model. A machine learning method, for example a trained neural network, can also be used as a model. The neural network is then trained to estimate output variables for each queried input variable, which can be compared with queried output variables to check a function of the modules. The models represent the ideal behavior of the modules, especially of the modules' electric motors. It can be provided that the aging behavior of the modules, in particular the motors of the modules, is taken into account, for example by adapting the models depending on the operating time. This means that expected, but uncritical, aging of the modules or motors and/or other components in the models can be taken into account.
Eingangsgrößen können beispielsweise Phasenspannungen und/oder Phasenströme sein. Ausgangsgrößen können beispielsweise Phasenströme und/oder Motorwinkel sein. Grundsätzlich können Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen beliebig gewählt werden, solange diese eine modellbasierte Überprüfung der Funktion der Module (insbesondere der Motoren) erlauben. Bei der Kombination aus jeweiligen Phasenströmen als Eingangsgrößen und einem jeweiligen Motorwinkel als Ausgangsgröße kann beispielsweise überprüft werden, ob für vorgegebene Phasenströme ein geschätzter bzw. vorhergesagter Motorwinkel eingestellt wird oder nicht. Aus einer Kombination von jeweiligen Phasenspannungen als Eingangsgrößen und jeweiligen Phasenströmen als Ausgangsgrößen kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand des Motors bestimmt und überprüft werden. Steigt ein elektrischer Widerstand mit der Zeit an, so kann dies auf eine Alterung des Motors hindeuten. Eine solche Alterung wird dann erkannt, beispielsweise mit Hilfe eines Schwellwertvergleichs. Ferner können auch die nachfolgend aufgelisteten Kombinationen aus Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen zur modellbasierten Überprüfung verwendet werden:
- - Eingangsgröße: Phasenspannung, Ausgangsgröße: Phasenstrom;
- - Eingangsgröße: Spannungsimpuls, Ausgangsgröße: Verlauf eines Stroms, hierüber können insbesondere Induktivitäten und Widerstände einzelner Phasen bestimmt werden;
- - Eingangsgröße: Drehungen des Motors, Ausgangsgröße: Verschiebung einer Zahnstange (Position);
- - Eingangsgröße: Zahnstangenposition, Ausgangsgröße: Reaktion eines Fahrzeugs (z.B. Querbeschleunigung, Gierrate etc.);
- - Eingangsgröße: Lastimpuls, Ausgangsgröße: Einbruch einer Spannung an einer Spannungsversorgung, hierüber kann insbesondere ein Widerstand eines Versorgungspfades bestimmt werden.
- - Input variable: phase voltage, output variable: phase current;
- - Input variable: voltage pulse, output variable: course of a current, this can be used to determine inductances and resistances of individual phases;
- - Input variable: rotations of the motor, output variable: displacement of a rack (position);
- - Input variable: rack position, output variable: reaction of a vehicle (e.g. lateral acceleration, yaw rate, etc.);
- - Input variable: load pulse, output variable: voltage drop on a power supply; this can be used in particular to determine the resistance of a supply path.
Ein Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug. Ein Fahrzeug kann grundsätzlich aber auch ein anderes Land-, Schienen-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug sein.A vehicle is in particular a motor vehicle. In principle, a vehicle can also be another land, rail, water, air or space vehicle.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul sich jeweils gegenseitig überwachen und die jeweilige Fremddiagnose durchführen. Hierdurch kann auf bereits vorhandene Module zurückgegriffen werden, um das Überwachen durchzuführen. Insbesondere ist kein leistungsfähiger Zentralrechner notwendig bzw. es wird keine Rechenleistung bei einem solchen Zentralrechner benötigt.In one embodiment it is provided that the feedback actuator module and the actuator module each monitor each other and carry out the respective external diagnosis. This means that existing modules can be used to carry out the monitoring. In particular, no powerful central computer is necessary or no computing power is required for such a central computer.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Überwachen zusätzlich oder alternativ mittels mindestens einer externen Überwachungseinrichtung durchgeführt wird. Hierdurch kann zusätzlich oder alternativ mittels einer zusätzlichen Einrichtung ein Überwachen durchgeführt werden. Insbesondere erlaubt dies ein zentrales Überwachen und/oder ein Bündeln von Überwachungsaktivitäten in einer Einrichtung. Bei einem Fahrzeug kann die zusätzliche Einrichtung beispielsweise eine zentrale Recheneinrichtung (Zentralrechner) des Fahrzeugs sein. Ferner kann auch ein Backendserver eine solche zusätzliche Einrichtung sein, sodass auch eine Ferndiagnose ermöglicht wird. Hierzu ist das Aktuatorsystem über eine Kommunikationsverbindung, beispielsweise ein Mobilfunknetz oder das Internet, mit dem Backendserver verbunden.In one embodiment it is provided that monitoring is carried out additionally or alternatively using at least one external monitoring device. As a result, monitoring can be carried out additionally or alternatively using an additional device. In particular, this allows central monitoring and/or bundling of monitoring activities in one facility. In the case of a vehicle, the additional device can be, for example, a central computing device (central computer) of the vehicle. Furthermore, a backend server can also be such an additional device, so that remote diagnosis is also possible. For this purpose, the actuator system is connected to the backend server via a communication connection, for example a mobile phone network or the Internet.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen des Rückkopplungsaktuatormoduls und/oder des Aktuatormoduls gesammelt und gespeichert werden, wobei die Fremddiagnose ausgehend von den gesammelten und gespeicherten Größen durchgeführt wird. Hierdurch kann die Fremddiagnose insbesondere zu einem späteren Zeitpunkt und/oder an einem anderen Ort durchgeführt werden. Insbesondere kann die Fremddiagnose hierdurch zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, an dem Rechenleistung (günstig) verfügbar ist.In one embodiment it is provided that input variables and output variables of the feedback actuator module and/or the actuator module are collected and stored, with the external diagnosis being carried out based on the collected and stored variables. This allows the external diagnosis to be carried out in particular at a later time and/or at a different location. In particular, the external diagnosis can be carried out at a time when computing power is (cheaply) available.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die passive Fremddiagnose fortlaufend durchgeführt wird. Hierdurch steht fortlaufend ein aktuelles Überprüfungsergebnis zur Verfügung. Auf diese Weise können Fehler ohne große zeitliche Verzögerung erkannt werden.In one embodiment it is provided that the passive external diagnosis is carried out continuously. This means that a current check result is continuously available. In this way, errors can be detected without a long delay.
Alternativ kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die passive Fremddiagnose in vorgegebenen Situationen und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt wird. Hierdurch kann eine für die Fremddiagnose notwendige Rechenleistung gespart und/oder gezielt beansprucht werden.Alternatively, in one embodiment it can be provided that the passive external diagnosis is carried out in predetermined situations and/or at predetermined times. In this way, the computing power required for third-party diagnosis can be saved and/or used in a targeted manner.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die aktive Fremddiagnose in vorgegebenen Situationen und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt wird. Hierdurch kann die aktive Fremddiagnose immer in geeigneten Situationen und/oder zu geeigneten Zeitpunkten durchgeführt werden. Bei einem SbW-Lenksystem kann die aktive Fremddiagnose beispielsweise immer vor Starten einer Fahrt des Fahrzeugs (z.B. nach dem Aktivieren der Zündung) oder nach Beenden einer Fahrt des Fahrzeugs durchgeführt werden. Ferner kann auch eine Ruhephase, beispielsweise wenn das Fahrzeug an einer Ampel wartet, genutzt werden, um eine aktive Fremddiagnose durchzuführen.In one embodiment it is provided that the active external diagnosis is carried out in predetermined situations and/or at predetermined times. This means that the active third-party diagnosis can always be carried out in suitable situations and/or at suitable times. In the case of an SbW steering system, the active external diagnosis can, for example, always be carried out before the vehicle starts driving (e.g. after activating the ignition) or after the vehicle ends. Furthermore, a rest phase, for example when the vehicle is waiting at a traffic light, can also be used to carry out an active external diagnosis.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Parameter mindestens eines Fahrzeugs abgerufen und/oder empfangen werden und bei der passiven Fremddiagnose und/oder der aktiven Fremddiagnose berücksichtigt werden. Dies vergrößert insbesondere eine Vergleichsbasis und erhöht somit eine Diagnoseabdeckung sowie eine Robustheit gegen Fehldiagnosen. Beispielsweise können Parameter des Fahrzeuges abgerufen werden, in dem auch das Aktuatorsystem verbaut ist, und/oder Parameter direkt von anderen Fahrzeugen. Ferner können Parameter anderer Fahrzeuge auch von einem Backendserver abgerufen werden. Parameter können beispielsweise eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs, eine Gierrate, eine Querbeschleunigung, Kameradaten und/oder Radardaten etc. umfassen. Anhand der Parameter können beispielsweise Fahrmanöver identifiziert werden, ausgehend von denen mit Hilfe einer Musterkennung Idealmodelle erzeugt werden können. Im Beispiel eines Lenksystems kann ein solches Idealmodell beispielsweise eine Abhängigkeit einer Querbeschleunigung von einer Kurvenform und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs beinhalten.In one embodiment it is provided that parameters of at least one vehicle are retrieved and/or received and are taken into account in the passive external diagnosis and/or the active external diagnosis. In particular, this increases a basis for comparison and thus increases diagnostic coverage and robustness against misdiagnoses. For example, parameters of the vehicle in which the actuator system is installed and/or parameters can be retrieved directly from other vehicles. Furthermore, parameters of other vehicles can also be retrieved from a backend server. Parameters can include, for example, a speed and/or an acceleration of the vehicle, a yaw rate, a lateral acceleration, camera data and/or radar data, etc. The parameters can be used, for example, to identify driving maneuvers, from which ideal models can be generated using pattern recognition. In the example of a steering system, such an ideal model can, for example, contain a dependence of a lateral acceleration on a curve shape and a speed of the vehicle.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mechanisch ungekoppelte Aktuatorsystem ein Steer-by-Wire-(SbW)-Lenksystem ist. Das SbW-Lenksystem umfasst als Rückkopplungsaktuatormodul ein Lenkradmodul bzw. Force-Feedback Aktuator (FFA), welches einen gewünschten Lenkwinkel erfasst und einem Fahrer ein realistisches Handmoment vermittelt. Außerdem umfasst das SbW-Lenksystem als Aktuatormodul ein Lenkmodul bzw. Road Wheel Actuator (RWA) mit einem Lenkgetriebe, welches den Fahrerwunsch in eine Radlenkbewegung umsetzt.In one embodiment it is provided that the mechanically uncoupled actuator system is a steer-by-wire (SbW) steering system. The SbW steering system includes a steering wheel module or force feedback actuator (FFA) as a feedback actuator module, which detects a desired steering angle and provides a driver with a realistic hand torque. The SbW steering system also includes a steering module or Road Wheel Actuator (RWA) as an actuator module with a steering gear, which converts the driver's request into a wheel steering movement.
Weitere Merkmale zur Ausgestaltung des Aktuatorsystems ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile des Aktuatorsystems sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.Further features for the design of the actuator system result from the description of embodiments of the method. The advantages of the actuator system are the same as in the embodiments of the method.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des mechanisch ungekoppelten Aktuatorsystems am Beispiel eines Steer-by-Wire-Lenksystems; -
2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Überwachen eines mechanisch ungekoppelten Aktuatorsystems.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the mechanically uncoupled actuator system using the example of a steer-by-wire steering system; -
2 a schematic flow diagram of an embodiment of the method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system.
Die
Das mechanisch ungekoppelte Aktuatorsystem 1 umfasst ein Rückkopplungsaktuatormodul 3 und ein Aktuatormodul 4, welche signaltechnisch miteinander gekoppelt sind. Insbesondere sind das Rückkopplungsaktuatormodul 3 und das Aktuatormodul 4 über einen (privaten) Controller Area Network (CAN)-Bus 5 miteinander verbunden. Im gezeigten Beispiel des Steer-by-Wire-Lenksystems 2 ist das Rückkopplungsaktuatormodul 3 ein Lenkradmodul bzw. Force Feedback Actuator (FFA)-Modul und das Aktuatormodul 4 ist ein Lenkmodul bzw. Road Wheel Actuator (RWA)-Modul.The mechanically uncoupled actuator system 1 includes a
Das Aktuatorsystem 1 ist dazu eingerichtet, das Rückkopplungsaktuatormodul 3 und das Aktuatormodul 4 jeweils im Wege einer Fremddiagnose zu überwachen, und hierzu jeweils modulextern eine passive Fremddiagnose und/oder eine aktive Fremddiagnose durchzuführen.The actuator system 1 is set up to monitor the
Im Rahmen der passiven Fremddiagnose wird anhand eines jeweiligen Modells 13, 14 für das Rückkopplungsaktuatormodul 3 und das Aktuatormodul 4 eine jeweilige Funktion zu überprüft. As part of the passive external diagnosis, a respective function is checked using a
Im Rahmen der aktiven Fremddiagnose wird eine Kopplung zwischen dem Rückkopplungsaktuatormodul 3 und dem Aktuatormodul 4 zeitweise aufgehoben und das Rückkopplungsaktuatormodul 3 und/oder das Aktuatormodul 4 wird mit vorgegebenen Testparametern angesteuert, um modellbasiert eine jeweilige Funktion zu überprüfen.As part of the active external diagnosis, a coupling between the
Ein Überprüfungsergebnis 20 wird bereitgestellt, beispielsweise indem eine entsprechende Nachricht auf den CAN-Bus 5 ausgegeben wird, welche dann von anderen Einrichtungen des Fahrzeugs ausgewertet und/oder an einen Backendserver 60 übermittelt werden kann.A
Es kann vorgesehen sein, dass das Rückkopplungsaktuatormodul 3 und das Aktuatormodul 4 sich jeweils gegenseitig überwachen und die jeweilige Fremddiagnose durchführen. Im Rahmen der passiven Fremddiagnose fragt das Rückkopplungsaktuatormodul 3 Eingangsgrößen 4-1 und Ausgangsgrößen 4-2 des Aktuatormoduls 4 über den CAN-Bus 5 beim Aktuatormodul 4 ab und das Aktuatormodul 4 fragt Eingangsgrößen 3-1 und Ausgangsgrößen 3-2 des Rückkopplungsaktuatormoduls 3 über den CAN-Bus 5 beim Rückkopplungsaktuatormodul 3 ab. Beispielsweise können als Eingangsgrößen 3-1, 4-1 Phasenspannungen eines jeweiligen Elektromotors und als Ausgangsgrößen 3-2, 4-2 Phasenströme des jeweiligen Elektromotors abgefragt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Motorwinkel und/oder weitere Größen abgefragt werden. Das Rückkopplungsaktuatormodul 3 prüft anhand eines Modells 14, das ein ideales Verhalten des Aktuatormoduls 4 abbildet, eine Funktion des Aktuatormoduls 4. Im genannten Beispiel wird hierzu insbesondere überprüft, ob die Phasenströme zu den gegebenen Phasenspannungen passen oder ob es Abweichungen gibt (z.B. ein erhöhter elektrischer Widerstand), die beispielsweise auf einen Defekt oder eine Alterung des Motors hindeuten. Das Aktuatormodul 4 prüft anhand eines Modells 13, das ein ideales Verhalten des Rückkopplungsaktuatormoduls 4 abbildet, eine Funktion des Rückkopplungsaktuatormoduls 3. Im genannten Beispiel wird auch hier insbesondere überprüft, ob die Phasenströme zu den gegebenen Phasenspannungen passen oder ob es Abweichungen gibt, die beispielsweise auf einen Defekt oder eine Alterung des Motors hindeuten. Das Überprüfungsergebnis 20 (umfassend z.B. eine Information, ob eine Abweichung oberhalb von einem vorgegebenen Schwellwert liegt oder nicht) wird dann ausgegeben.It can be provided that the
Die Modelle 13, 14 können grundsätzlich verschieden ausgestaltet sein, beispielsweise können Kennlinien und/oder Kennfelder oder Verfahren des Maschinenlernens verwendet werden, beispielsweise ein trainiertes Neuronales Netz, das darauf trainiert ist, für jeweils abgefragte Eingangsdaten 3-1, 4-1 Ausgangsdaten 3-3, 4-3 zu schätzen, welche mit den abgefragten Ausgangsdaten 3-2, 4-2 verglichen werden können.The
Es kann vorgesehen sein, dass das Überwachen zusätzlich oder alternativ mittels mindestens einer externen Überwachungseinrichtung 30 durchgeführt wird. Dies kann beispielsweise ein Zentralrechner 51 des Fahrzeugs 50 sein. Die externe Überwachungseinrichtung 30 kann aber auch ein Backendserver 60 sein, der mittels einer Kommunikationsverbindung 61 mit dem Fahrzeug 50 verbunden ist. Grundsätzlich ist das Vorgehen das gleiche wie bei der Ausführungsform, in der die Module 3, 4 sich gegenseitig überwachen.It can be provided that monitoring is carried out additionally or alternatively by means of at least one external monitoring device 30. This can be, for example, a central computer 51 of the
Es kann vorgesehen sein, dass Eingangsgrößen 3-1, 4-1 und Ausgangsgrößen 3-2, 4-2 des Rückkopplungsaktuatormoduls 3 und/oder des Aktuatormoduls 4 gesammelt und gespeichert werden, wobei die Fremddiagnose ausgehend von den gesammelten und gespeicherten Größen 3-x, 4-x durchgeführt wird. Hierzu werden die Eingangsgrößen 3-1, 4-1 und Ausgangsgrößen 3-2, 4-2 in einem Speicher (nicht gezeigt) des Rückkopplungsaktuatormoduls 3 und/oder des Aktuatormoduls 4 und/oder des Backendservers 60 hinterlegt und dann zu einem späteren Zeitpunkt anhand des jeweiligen Modells 13, 14 überprüft. Dieser spätere Zeitpunkt kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer verfügbaren Rechenleistung bestimmt und/oder festgelegt werden.It can be provided that input variables 3-1, 4-1 and output variables 3-2, 4-2 of the
Es kann vorgesehen sein, dass die passive Fremddiagnose fortlaufend durchgeführt wird. Dies erfolgt durch gegenseitiges Überprüfen durch das Rückkopplungsaktuatormodul 3 und/oder das Aktuatormodul 4 bzw. durch den Zentralrechner 51 und/oder den Backendserver 60, wobei hierzu die Eingangsgrößen 3-1, 4-1 und Ausgangsgrößen 3-2, 4-2 fortlaufend an das jeweils andere Modul 3, 4 bzw. den Zentralrechner 51 und/oder den Backendserver 60 übermittelt werden.It can be provided that the passive external diagnosis is carried out continuously. This is done by mutual checking by the
Es kann alternativ vorgesehen sein, dass die passive Fremddiagnose in vorgegebenen Situationen und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt wird. Beispielsweise kann die passive Fremddiagnose in regelmäßigen zeitlichen Abständen durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die passive Fremddiagnose auch immer dann durchgeführt werden, wenn freie Rechenleistung zur Verfügung steht, beispielsweise weil andere Prozesse weniger Rechenleistung benötigen.Alternatively, it can be provided that the passive external diagnosis is carried out in predetermined situations and/or at predetermined times. For example, passive external diagnosis can be carried out at regular intervals. Alternatively or additionally, the passive third-party diagnosis can also be carried out whenever free computing power is available, for example because other processes require less computing power.
Es kann vorgesehen sein, dass die aktive Fremddiagnose in vorgegebenen Situationen und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die aktive Fremddiagnose stets nach einem Starten des Fahrzeugs 50 vor einem Fahrtbeginn durchzuführen. Ferner kann das Überprüfen auch nach einem Abstellen vor einem Abschalten des Fahrzeugs 50 oder während eines Stillstands des Fahrzeugs 50 an einer roten Ampelphase erfolgen. Beispielsweise können dann bei voneinander entkoppelten Modulen 3, 4 verschiedene Testparameter durchgefahren werden, beispielsweise können verschiedene Drehmomente beim Lenkradmodul (FFA) und/oder beim Lenkmodul (RWA) angefordert und die Beziehung zwischen den angeforderten Momenten, den Phasenströmen und den Phasenspannungen anhand der Modelle 13, 14 überprüft werden. Hierbei können insbesondere auch Extremwerte, die bei normalem Betrieb nicht auftreten, umgesetzt werden.It can be provided that the active external diagnosis is carried out in predetermined situations and/or at predetermined times. For example, it can be provided that the active external diagnosis is always carried out after starting the
Es kann hierbei vorgesehen sein, dass Parameter mindestens eines Fahrzeugs 50 abgerufen und/oder empfangen werden und bei der passiven Fremddiagnose und/oder der aktiven Fremddiagnose berücksichtigt werden. Dies erfolgt insbesondere über den CAN-Bus 5 bei einer Fahrzeugsteuerung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 50 und/oder über eine hierfür eingerichtete Kommunikationsschnittstelle (nicht gezeigt), beispielsweise eine V2X-Schnittstelle, bei mindestens einem anderen Fahrzeug. Hierdurch können insbesondere auch Schwarmdaten einer Vielzahl von Fahrzeugen berücksichtigt werden. Insbesondere können beispielsweise typische Verläufe und/oder Zusammenhänge und/oder Muster zwischen den Eingangsgrößen 3-1, 4-1 und Ausgangsgrößen 3-2, 4-2 erkannt und zum Überprüfen der Eingangsgrößen 3-1, 4-1 und Ausgangsgrößen 3-2, 4-2 des Rückkopplungsaktuatormoduls 3 und/oder des Aktuatormoduls 4 verwendet werden. Hierzu kann beispielsweise eine Abweichung von über die Schwarmdaten gemittelten typischen Verläufen und/oder Zusammenhängen und/oder Mustern bestimmt und mit Schwellwerten verglichen werden, um festzustellen, ob das Rückkopplungsaktuatormodul 3 und/oder das Aktuatormodul 4 ordnungsgemäß arbeiten.It can be provided here that parameters of at least one
Die
In einer Maßnahme 100 wird überprüft, ob eine für eine aktive Fremddiagnose vorgegebene Situation und/oder ein hierfür vorgegebener Zeitpunkt vorliegt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Fahrzeug gerade gestartet wurde, an einer roten Ampel wartet und/oder geparkt wurde.A
Wurde in Maßnahme 100 festgestellt, dass eine vorgegebene Situation und/oder ein vorgegebener Zeitpunkt für eine aktive Fremddiagnose nicht vorliegen, so wird mit Maßnahme 200 fortgefahren. Anderenfalls wird mit Maßnahme 300 fortgefahren.If it was determined in
In Maßnahme 200 wird modulextern eine passive Fremddiagnose durchgeführt. Die Maßnahme 200 umfasst hierzu die Maßnahmen 201a bis 201d und die Maßnahmen 202a bis 202d. Es ist beispielhaft vorgesehen, dass das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul sich jeweils gegenseitig überwachen und die jeweilige Fremddiagnose durchführen.In
In Maßnahme 201a fragt das Rückkopplungsaktuatormodul Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen des Aktuatormoduls ab, beispielsweise Phasenspannungen und zugehörige Phasenströme.In
In Maßnahme 201b werden die Phasenspannungen einem Modell des Aktuatormoduls, insbesondere einem Motormodell, als Eingangsdaten zugeführt. Mittels des Modells werden zu den Phasenspannungen Phasenströme geschätzt. Die geschätzten Phasenströme werden mit den abgefragten Phasenströmen verglichen und eine Abweichung wird bestimmt. Zur Bestimmung der Abweichung wird ein geeignetes Maß gewählt, beispielsweise ein mittlerer quadratischer Fehler von Werten im Zeitverlauf.In measure 201b, the phase voltages are supplied as input data to a model of the actuator module, in particular a motor model. Using the model, phase currents are estimated in addition to the phase voltages. The estimated phase currents are compared with the queried phase currents and a deviation is determined. To determine the deviation, a suitable measure is chosen, for example a mean square error of values over time.
In Maßnahme 201c wird die bestimmte Abweichung mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Ein Vergleichsergebnis wird in Maßnahme 201d als Überprüfungsergebnis bereitgestellt, insbesondere in Form eines analogen oder digitalen Signals, beispielsweise als digitales Datenpaket, ausgegeben.In
Die Maßnahmen 202a bis 202d sind Maßnahmen, die das Aktuatormodul zum Überprüfen des Rückkopplungsaktuatormoduls in analoger Weise durchführt.The
Die Maßnahme 300 umfasst Maßnahmen 301 und 302a bis 302e sowie 303a bis 303e. In Maßnahme 301 werden das Rückkopplungsaktuatormodul und das Aktuatormodul signaltechnisch entkoppelt. Ein aufgebrachtes Moment am Rückkopplungsaktuatormodul bewirkt dann kein Moment mehr am Aktuatormodul und umgekehrt, sodass die Module getrennt und unabhängig voneinander angesteuert werden können.
In Maßnahme 302a steuert das Rückkopplungsaktuatormodul das Aktuatormodul mit vorgegebenen Testparametern an. Insbesondere wird ein Motor des Aktuatormoduls mit den vorgegebenen Testparametern angesteuert. Die vorgegebenen Testparameter (vorgegebenes Motormoment, vorgegebene Phasenspannungen etc.) können hierbei insbesondere auch Werte umfassen, die während eines normalen Betriebs der Module nicht auftreten.In
In Maßnahme 302b werden während des Ansteuerns Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen des Aktuatormoduls abgefragt. Insbesondere werden als Eingangsgrößen Phasenspannungen und als Ausgangsgrößen Phasenströme des Motors des Aktuatormoduls abgefragt.In
In Maßnahme 302c werden die Phasenspannungen einem Modell des Aktuatormoduls, insbesondere einem Motormodell, als Eingangsdaten zugeführt. Mittels des Modells werden zu den Phasenspannungen Phasenströme geschätzt. Die geschätzten Phasenströme werden mit den abgefragten Phasenströmen verglichen und eine Abweichung wird bestimmt. Zur Bestimmung der Abweichung wird ein geeignetes Maß gewählt, beispielsweise ein mittlerer quadratischer Fehler von Werten im Zeitverlauf.In
In Maßnahme 302d wird die bestimmte Abweichung mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Ein Vergleichsergebnis wird in Maßnahme 302e als Überprüfungsergebnis bereitgestellt, insbesondere in Form eines analogen oder digitalen Signals, beispielsweise als digitales Datenpaket, ausgegeben.In
Die Maßnahmen 303a bis 303e sind Maßnahmen, die das Aktuatormodul zum Überprüfen des Rückkopplungsaktuatormoduls in analoger Weise durchführt.
In einer Maßnahme 304 wird die signaltechnische Kopplung zwischen dem Rückkopplungsaktuatormodul und dem Aktuatormodul wieder hergestellt.In a
Anschließend wird erneut mit Maßnahme 100 fortgefahren.You then continue with
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens wurden voranstehend bereits mit Bezug auf Ausführungsformen der Aktuatorsystem beschrieben. Die Maßnahmen werden hierbei stets in analoger Weise ausgeführt.Further embodiments of the method have already been described above with reference to embodiments of the actuator system. The measures are always carried out in an analogous manner.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- AktuatorsystemActuator system
- 22
- Steer-by-Wire-LenksystemSteer-by-wire steering system
- 33
- RückkopplungsaktuatormodulFeedback actuator module
- 3-13-1
- EingangsgrößenInput variables
- 3-23-2
- AusgangsgrößenOutput variables
- 44
- AktuatormodulActuator module
- 4-14-1
- EingangsgrößenInput variables
- 4-24-2
- AusgangsgrößenOutput variables
- 55
- CAN-BusCAN bus
- 1313
- Modell (Rückkopplungsaktuatormodul)Model (feedback actuator module)
- 1414
- Modell (Aktuatormodul)Model (actuator module)
- 2020
- ÜberprüfungsergebnisVerification result
- 3030
- externe Überwachungseinrichtungexternal monitoring device
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- 5151
- ZentralrechnerCentral computer
- 6060
- BackendserverBackend server
- 6161
- KommunikationsverbindungCommunication link
- 100100
- Maßnahmemeasure
- 200-202200-202
- MaßnahmenMeasures
- 300-304300-304
- MaßnahmenMeasures
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10053335 B4 [0004]DE 10053335 B4 [0004]
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Priority Applications (1)
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DE102022204011.2A DE102022204011A1 (en) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | Method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system and mechanically uncoupled actuator system |
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DE102022204011.2A DE102022204011A1 (en) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | Method for monitoring a mechanically uncoupled actuator system and mechanically uncoupled actuator system |
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---|---|
DE102022204011A1 true DE102022204011A1 (en) | 2023-10-26 |
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-
2022
- 2022-04-26 DE DE102022204011.2A patent/DE102022204011A1/en active Pending
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