DE19902939A1

DE19902939A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ersetzen eines fehlerhaften Sensorsignals

Info

Publication number: DE19902939A1
Application number: DE19902939A
Authority: DE
Inventors: Helmut Fennel; Michael Latarnik
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: DE19902939B4

Abstract

Ein Verfahren zum Ersetzen eines fehlerhaften Sensorsignals hat die Schritte Überprüfen eines Sensorsignals auf Richtigkeit und Erkennen eines fehlerhaften Signals, Ermitteln eines Ersatzsignals aus dem Ausgangssignal eines oder mehrerer anderer Sensoren, und auf die Erkennung hin Verwenden des Ersatzsignals anstelle des fehlerhaften Sensorsignals.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ersetzen eines fehlerhaften Sensorsignals.

In modernen Anlagen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, kommt eine zunehmende Anzahl von Sensoren zur Erfassung von Be triebs- und Umgebungsparametern zum Einsatz. Ausgehend von diesen Sensorsignalen werden mittels Regelungsalgorithmen Stellglieder der Anlage angesteuert, um zu einer angepaßten Regelung der Anlage zu gelangen. Fig. 1 zeigt die Verhält nisse beispielhaft schematisch anhand eines Kraftfahrzeugs. Die Bezugsziffern 101 bis 116 kennzeichnen (nicht vollstän dig) Sensoren, die in einem Fahrzeug vorgesehen sein können (101 Außentemperatur, 102 Regen-Sensor, 103 Headway-Sensor (Umgebungserkennung vor dem Fahrzeug), 104 Rear-End-Sensor (Umgebungserkennung hinter dem Fahrzeug), 105 Luftmengen-Sen sor, 106 Klopf-Sensor, 107 Drehzahl-Sensor, 108 Emissi ons-Sensor, 110 Lenkwinkel-Sensor, 111 Radgeschwindigkeits-Sen soren, 112 Gierraten-Sensor, 113 Beschleunigungs-Sensor, 114 Querbeschleunigungs-Sensor, 115 Weg-Sensor, 116 Druck-Sen sor). Die zunehmende Anzahl von Sensoren macht es wahr scheinlicher, daß einer der Sensoren ausfällt, gestört oder fehlerhaft ist. Regelungen oder Steuerungen, die auf solche Sensorsignale Bezug nehmen, können dann nur eingeschränkt verwendet werden. Dies führt zu Komfort- und Sicherheits einbußen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung zum Ersetzen eines fehlerhaften Sensorsignals an zugeben, die Komfort- und Sicherheitseinbußen vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen An sprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Bei umfangreicher Sensorik kann es möglich werden, aus den Ausgangssignalen eines oder mehrerer intakter Sensoren ein Ersatzsignal für ein Signal eines fehlerhaften Sensors zu ermitteln. Insbesondere wird dies dann möglich, wenn sich in der Sensorik Redundanzen ergeben. Nachfolgend werden Beispiele aus dem Fahrzeugbau beschrieben.

Fahrzeuge sind üblicherweise mit Rad-Sensoren ausgestattet. Diese liefern ein primär von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängiges Signal. Andererseits kann ein Längsbeschleuni gungs-Sensor 113 vorgesehen sein. Redundanzen ergeben sich insofern, als durch Differenzieren der Fahrzeuggeschwindig keit (ermittelt aus den Radgeschwindigkeiten) eine Längsbe schleunigung ermittelt werden kann, und daß andererseits durch Integrieren der Längsbeschleunigung ausgehend von ei nem Startwert die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden kann.

Ein weiteres Beispiel wäre der Zusammenhang zwischen Lenk winkel-Sensor 110, Radgeschwindigkeiten 111 (aus denen we gen unterschiedlicher Bogenlängen kurveninnen und kurvenau ßen auch eine Information über den Kurvenradius gewonnen werden kann) und Gierraten-Sensor 112.

Auch die Radgeschwindigkeiten, Getriebeübersetzung und Mo tordrehzahl sind miteinander verknüpft.

Somit ist es häufig möglich, aus einem oder mehreren intak ten Signalen ein Ersatzsignal zu ermitteln. Dies kann an stelle eines fehlerhaften Signals eines Sensors verwendet werden. Das ermittelte Ersatzsignal kann unter Umständen qualitativ weniger hochwertig sein als das ersetzte (momen tan fehlerhafte) Signal. Gleichwohl gibt es Situationen, in denen ein qualitativ schlechteres Signal der Situation ganz ohne Signal vorzuziehen ist.

Erfindungsgemäß wird ein Sensorsignal auf Richtigkeit über prüft und anhand bestimmter Kriterien ein fehlerhaftes Si gnal erkannt. Aus dem Ausgangssignal eines oder mehrerer anderer Sensoren wird ein Ersatzsignal berechnet, das beim Auftreten des fehlerhaften Sensorsignals ersatzweise ver wendet wird.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden nun einzelne Aus führungsformen der Erfindung erläutert, es zeigen

Fig. 1 schematisch ein Fahrzeug, in dem die Erfindung angewendet werden kann, und

Fig. 2 schematisch ein Blockdiagramm einer erfindungs gemäßen Ausführungsform.

In Fig. 2 sind durch Bezugsziffern 110 bis 112 drei Senso ren angedeutet, die in dieser Ausführungsform teilweise redundante Signale liefern. 110 ist der Lenkwinkel-Sensor, 111 sind die Rad-Sensoren (üblicherweise pro Fahrzeugrad einer), 112 ist der Gierraten-Sensor (Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse). Aus dem Ausgangssignal des Lenkwinkel-Sen sors kann eine Information betreffend den Kurvenradius ermittelt werden. Aus den Ausgangssignalen der Rad-Sensoren können die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Kurvenradius und die Winkelgeschwindigkeit ermittelt werden. Der Gierraten-Sen sor liefert ein der Winkelgeschwindigkeit entsprechendes Signal.

Fig. 2 zeigt allgemein ein System mit Sensoren, wobei das von einem Sensor ausgegebene Signal jeweils eine Signalauf bereitung und Signalüberprüfung 211 bis 213 durchläuft. Da nach kann das Signal in verschiedenen Steuerungs- bzw. Re gelungskomponenten 221 bis 225 verwendet werden. Fig. 2 zeigt hier strukturell mehrere Möglichkeiten. Die Signal überprüfung und Signalaufbereitung 213 ist isoliert vorge sehen und gibt ein überprüftes und aufbereitetes Signal auf einen Fahrzeugdatenbus 230 aus. Die Aufbereitung und Über prüfung 211, 212 erfolgen im Rahmen einer bestimmten Steue rungs- bzw. Regelungskomponente 224, 225. Im Beispiel der Komponente 225 wird das überprüfte und aufbereitete Signal auch auf den Datenbus 230 ausgegeben, so daß es dort ande ren Komponenten 221 bis 223 zur Verfügung steht. Die Kompo nente 225 steuert außerdem ein Stellglied 227 ebenfalls über den Fahrzeugdatenbus. Andere Stellglieder 226, 228 können direkt und ohne Einschaltung eines Fahrzeugdatenbus ses 230 von entsprechenden Steuerungs- bzw. Regelungskompo nenten 224, 223 angesprochen werden. Es kann auch Komponen ten 221, 222 geben, die sowohl Eingangsgrößen (von Sensoren oder von anderen Regelungskomponenten) als auch Ausgangs größen (an Stellglieder oder an andere Regelungskomponen ten) dem Datenbus 230 entnehmen oder auf ihn ausgeben.

Die Signalaufbereitung und Signalüberprüfung 211 bis 213 kann mehrere Komponenten umfassen: Signale können gefiltert werden (Tiefpaßfilter), ggf. kann eine Analog-Digital-Wand lung stattfinden, oder es können andere Signalumsetzungen und -anpassungen erfolgen. Die Signalaufbereitung für die Sensoren kann in Fig. 2 auch als in den Blöcken 110 bis 112 enthalten gedacht werden. Dies hat den Vorteil, daß die Er mittlungseinrichtung 200 schon geeignet aufbereitete Signa le empfängt.

Bei der Signalüberprüfung können verschiedene Strategien implementiert werden: Es können redundante Signale durch Vergleich miteinander überprüft werden, oder Signalverläufe können auf Plausibilität hin abgefragt werden. Außerdem können auf bestimmte Stimuli hin Sensorausgaben überprüft werden. Bei der Signalüberprüfung können z. B. Signalwerte und/oder Signalgradienten mit Schwellenwerten verglichen werden.

In einer solchen Überprüfung kann sich ergeben, daß das Sensorsignal (derzeit) nicht ordnungsgemäß ist. Es kann dann als fehlerhaft erkannt werden. Aus anderen Sensorsi gnalen wird ein Ersatzsignal für das fehlerhafte Sensorsi gnal ermittelt. Wenn das eine Sensorsignal als fehlerhaft erkannt ist, kann das Ersatzsignal anstelle des ursprüngli chen, nun fehlerhaften Sensorsignals verwendet werden. In Fig. 2 zeigt 200 eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Ersatzsignals. Sie kann kontinuierlich arbeiten oder nur dann, wenn ein Sensorsignal als fehlerhaft erkannt ist.

Im ungestörten Fall gelangt ein Sensorsignal zu der zugehö rigen Aufbereitung und Überprüfung. Beispielsweise gelangt das Signal des Sensors 112 über die üblicherweise nach oben geschalteten Schalter 203, 208 zur Aufbereitung und Über prüfung 213 und von dort auf den Datenbus 230. Wenn die Überprüfung 213 feststellt, daß das Signal fehlerhaft ist, kann es den Umschalter 208 nach unten umschalten. Dann wird nicht mehr das Signal vom Sensor 112 empfangen, sondern das Signal von der Ermittlungseinrichtung 200, die aus einem oder mehreren anderen Sensoren 110, 111 ein Ersatzsignal berechnet. Auf die Erkennung als fehlerhaft hin kann außer dem der Schalter 203 geöffnet werden, so daß das fehlerhaf te Signal der Ermittlungseinrichtung 200 nicht mehr zuge führt wird. Sinngemäß die gleichen Ausführungen gelten für die Sensoren 110, 111 und deren nachgeordnetes Schaltwerk.

Wenn beispielsweise Sensor 112 ausfällt bzw. als fehlerhaft erkannt wird, erkennt dies die Überprüfungseinrichtung 213 und legt die Schalter 203 und 208 nach unten um. Dadurch gelangt (über die Überprüfungseinrichtung 213) nicht mehr das Signal des Sensors 112 auf den Datenbus 230, sondern ein Ersatzsignal, das von der Ermittlungseinrichtung 200 ermittelt wurde. Beispielsweise hängen Gierrate ω_G (Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse) aus Sensor 112 und Radgeschwindigkeiten v_i, v_a (kurveninnen und kurvenaußen) aus den Rad-Sensoren 111 wie folgt zusammen:

wobei b die Spurbreite und damit eine feste, bekannte Geo metriegröße des Fahrzeugs ist. Somit kann aus den Radge schwindigkeiten der Sensoren 111 auch die Gierrate 112 er satzweise ermittelt werden. Über andere Formen kann ggf. der Lenkwinkel-Sensor 110 mit einbezogen werden. Die Er mittlungseinrichtung 200 ist zur Vornahme der jeweiligen Auswertungen ausgelegt.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Klassifizie rung eines Signals dahingehend, daß es als richtig, gestört oder fehlerhaft klassifiziert wird. Lediglich im Fehlerfall wird es ersetzt wie oben angedeutet. Im gestörten Fall kann es auf dem letzten richtigen Wert festgehalten werden, oder es kann mit dem letzten richtigen Gradienten fortgeschrie ben werden. Dadurch können kurzzeitige, transiente Störun gen aufgefangen werden, beispielsweise wegen elektromagne tischer Störungen. Es können dann auch bestimmte Filter verwendet werden, oder bestehende Filterparameter verändert werden (z. B. verlängerte Zeitkonstanten).

Auf die Fehlererkennung hin können neben der Verwendung des Ersatzsignals auch andere Maßnahmen getroffen werden, bei spielsweise Auslösen eines Alarms, Modifizieren von Rege lungsstrategien, die das ersetzte Signal verwenden, usw.

Wenn mehrere Signale einer Sensorgruppe gestört sind (beispielsweise Rad-Sensoren und Beschleunigungs-Sensor) und somit kein zuverlässiger Anhalt für die Ermittlung von Ersatzsignalen vorliegt, kann diese Ermittlung vollständig unterbunden werden.

Die Ermittlungseinrichtung 200 kann ihrerseits einen Zugang 231 zum Bus 230 oder direkt (beispielsweise über ein Flag) zu einer Regelungskomponente 222 haben, um eine Information betreffend die Erzeugung und Verwendung eines Ersatzsignals anstelle eines ursprünglichen Signals zu übermitteln. Da durch können Modifikationen in Steuerungs- bzw. Regelungs komponenten vorgenommen werden, beispielsweise durch Abän derung von Parametern oder Schwellenwerten oder durch Ver wendung eines anderen Algorithmus.

Die Erfindung ist auf Sensorsignalgruppen anwendbar, die in sich mittelbar oder unmittelbar ein gewisses Maß an Redun danz tragen. In der Ermittlungseinrichtung 200 können phy sikalische Formeln oder mathematische Verfahren (Ableitun gen, Integrationen) implementiert sein. Es können speziali sierte Ermittlungseinrichtungen 200 vorgesehen sein (bei spielsweise eine für "Querdynamik", eine für "Längsdyna mik"), oder die jeweiligen Funktionen werden durch eine einzige Ermittlungseinrichtung 200 wahrgenommen, die geeig net umgesteuert bzw. umprogrammiert wird.

Claims

1. Verfahren zum Ersetzen eines fehlerhaften Sensorsi gnals, gekennzeichnet durch die Schritte
Überprüfen eines Sensorsignals auf Richtigkeit und Er kennen eines fehlerhaften Signals,
Ermitteln eines Ersatzsignals aus dem Ausgangssignal eines oder mehrerer anderer Sensoren, und
auf die Erkennung hin Verwenden des Ersatzsignals an stelle des fehlerhaften Sensorsignals.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignalüberprüfung den Vergleich redundanter Signale und/oder die Plausibilitätsüberprüfung und/oder die Überprüfung stimulierter Signale aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß bei der Sensorsignalüberprüfung das Sensorsi gnal als richtig, gestört oder fehlerhaft klassifiziert wird, wobei nur bei der Klassifikation als fehlerhaft das Ersatzsignal verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Klassifizierung als gestört das Sensorsignal extrapoliert und/oder gefiltert wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Verwendung des Ersatz signals das fehlerhafte Signal ausgeblendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Fahrzeugregelung ausge führt wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus mehreren die Fahrzeugdynamik betreffenden Sensorsignalen ein die Fahrzeugdynamik be treffendes Ersatzsignal ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus mehreren die Motorregelung be treffenden Sensorsignalen ein die Motorregelung betref fendes Ersatzsignal ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fehlererkennung hin ein den Fehler betreffendes Signal erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn ein weiteres fehlerhaf tes Signal erkannt wird, die Verwendung eines Ersatzsi gnals unterbleibt.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelalgorithmus oder ein Rege lungsparameter dann, wenn das Ersatzsignal verwendet wird, modifiziert wird.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal bzw. das Ersatzsi gnal über einen Datenbus empfangen werden.

13. Vorrichtung zum Ersetzen eines fehlerhaften Sensorsi gnals, gekennzeichnet durch
eine Überprüfungseinrichtung (211-213) zum Überprüfen eines Signals eines Sensors (101-116) auf Richtigkeit und Erkennen eines fehlerhaften Signals,
eine Ermittlungseinrichtung (200) zum Ermitteln eines Ersatzsignals aus dem Ausgangssignal eines oder mehre rer anderer Sensoren, und
eine Umschalteinrichtung (206-208), um auf die Erken nung hin das Ersatzsignals anstelle des fehlerhaften Sensorsignals zu verwenden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfungseinrichtung eine Vergleichseinrich tung zum Vergleichen redundanter Signale und/oder die Plausibilitätsüberprüfung und/oder die Überprüfung sti mulierter Signale aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine in der Überprüfungseinrichtung vorgesehene Klassifikationseinrichtung, die das Sensorsignal als richtig, gestört oder fehlerhaft klassifiziert, wobei nur bei der Klassifikation als fehlerhaft das Ersatzsi gnal verwendet wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Extrapolationseinrichtung und/oder eine Filtereinrich tung für ein durch die Klassifizierungseinrichtung als gestört erkanntes Sensorsignal.