DE19936439A1 - Sensor arrangement with supervision arrangement, having subtractors and differentiator, as well as error analysis arrangement - Google Patents
Sensor arrangement with supervision arrangement, having subtractors and differentiator, as well as error analysis arrangementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit Überwa chungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung, insbesondere für ein elektronisches Sta bilitätsprogramm (ESP) für Fahrzeuge.The invention relates to a sensor arrangement with monitoring device and a method for operating a such an arrangement, especially for an electronic sta balance program (ESP) for vehicles.
Elektronische Stabilitätsprogramme dieser Art sind fahrdy namische Regelsysteme für Fahrzeuge, die dazu dienen, den Fahrer in kritischen Fahrsituationen während des Bremsens, Beschleunigens und Lenkens zu unterstützen und dort einzu greifen, wo der Fahrer selbst keine direkte Eingriffsmög lichkeit hat. Das Regelsystem unterstützt den Fahrer beim Bremsen, insbesondere auf einer Fahrbahn mit niedrigem oder wechselndem Reibwert, auf der das Fahrzeug wegen blockie render Räder nicht mehr steuerbar sein oder ins Schleudern geraten könnte, ferner beim Beschleunigen, wobei die Gefahr des Durchdrehens der Antriebsräder besteht, sowie schließ lich beim Lenken in einer Kurve, in der das Fahrzeug über- oder untersteuern könnte. Insgesamt wird damit nicht nur der Komfort, sondern auch die aktive Sicherheit wesentlich verbessert.Electronic stability programs of this type are fahrdy Namely control systems for vehicles that serve the Drivers in critical driving situations during braking, Accelerate and steer and support there reach where the driver himself cannot intervene directly has. The control system supports the driver Braking, especially on a road with low or changing coefficient of friction on which the vehicle due to blockage render wheels no longer controllable or skidding could get further, when accelerating, taking the risk there is the spinning of the drive wheels, as well as closing when steering in a curve in which the vehicle over- or could understeer. Overall, not only the comfort, but also the active safety essential improved.
Einem solchen Regelsystem liegt ein geschlossener Regel kreis zugrunde, der im Normalbetrieb des Fahrzeugs typische Regelaufgaben übernimmt und in extremen Fahrsituationen das Fahrzeug so schnell wie möglich abfangen soll. Als Istwert geber sind dabei Sensoren zur Erfassung der verschiedenen fahrdynamischen Parameter von besonderer Bedeutung. Eine plausible Regelung setzt voraus, daß die Sensoren den Ist zustand der Regelstrecke korrekt wiedergeben. Dies ist bei Fahrstabilitätsregelungen in extremen Fahrsituationen, in denen eine Regelabweichung schon innerhalb einer sehr kur zen Zeit ausgeregelt werden muß, besonders wichtig. Aus diesem Grunde müssen bei einem elektronischen Stabilitäts programm die ESP-Sensoren (Gierratensensor, Querbeschleuni gungssensor, Lenkwinkelsensor) besonders zuverlässig sein und ständig überwacht werden, um Fehler frühzeitig erkennen zu können, damit eine Fehlregelung, die das Fahrzeug in ei nen sicherheitskritischen Zustand bringen könnte, ausge schlossen wird.Such a rule system is a closed rule circle, which is typical in normal vehicle operation Control tasks and in extreme driving situations Intercept vehicle as quickly as possible. As actual value The sensors are sensors for recording the various driving dynamics parameters of particular importance. A Plausible regulation presupposes that the sensors are actual State the controlled system correctly. This is at Driving stability regulations in extreme driving situations, in which a control deviation within a very short time zen time must be adjusted, especially important. Out For this reason, an electronic stability program the ESP sensors (yaw rate sensor, lateral acceleration tion sensor, steering angle sensor) be particularly reliable and are constantly monitored to spot errors early to be able to make a misregistration that the vehicle in egg could bring a safety-critical state out is closed.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sen soranordnung mit einer Überwachungseinrichtung und ein Ver fahren zum Betrieb einer solchen Anordnung zu schaffen, mit der/dem auf, kostengünstige Weise eine für ein elektroni sches Stabilitätsprogramm (ESP) für Fahrzeuge erforderliche Zuverlässigkeit erreicht werden kann.The invention is therefore based on the object, a Sen sensor arrangement with a monitoring device and a ver continue to operate with such an arrangement the one in an inexpensive way for an electronics cal stability program (ESP) required for vehicles Reliability can be achieved.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch, daß die Sensoranordnung mindestens zwei redundante Sensoren zur Er fassung einer Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße eines Prozesses aufweist und daß die Überwachungseinrichtung ei nen ersten Subtrahierer zur Erzeugung einer ersten Diffe renz zwischen den Sensor-Ausgangssignalen, einen ersten und einen zweiten Differenzierer zur zeitlichen Ableitung der Sensor-Ausgangssignale, einen zweiten Subtrahierer zur Er zeugung einer zweiten Differenz zwischen den differenzier ten Sensor-Ausgangssignalen, sowie eine Fehleranalyseein richtung aufweist, mit der die erste und die zweite Diffe renz jeweils mit einem vorbestimmbaren ersten bzw. zweiten Schwellwert verglichen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn mindestens eine der Differenzen den betreffenden Schwellwert übersteigt. This object is achieved according to claim 1 in that the Sensor arrangement at least two redundant sensors for Er version of a process control or process measurement of a Process and that the monitoring device ei NEN first subtractor for generating a first difference difference between the sensor output signals, a first and a second differentiator to derive the time Sensor output signals, a second subtractor to Er generating a second difference between the differentiators sensor output signals, as well as an error analysis direction with which the first and the second diffe limit each with a predeterminable first or second Threshold value is compared and an error message is generated, if at least one of the differences concerns the one in question Threshold exceeds.
Mit dieser Anordnung werden Sensorfehler besonders zuver lässig erkannt, wenn zum Betrieb der Anordnung die Schwell werte gemäß den Ansprüchen 5 oder 6 festgelegt werden.With this arrangement, sensor errors are particularly reliable casually recognized when operating the arrangement the threshold values are set according to claims 5 or 6.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Erfindung mit ei nem ESP-System für Fahrzeuge kombinierbar, das durch eine Mikroprozessoreinheit gesteuert ist, wobei die Sensoranord nung durch Sensorpaare in Form von jeweils zwei redundanten Gierratensensoren, zwei redundanten Querbeschleunigungssen soren und/oder zwei redundanten Lenkwinkelsensoren gebil det und die Überwachungseinrichtung durch ein Unterprogramm in der Mikroprozessoreinheit implementiert ist.In a particularly advantageous manner, the invention with egg Can be combined with an ESP system for vehicles that Microprocessor unit is controlled, the sensor arrangement sensor pairs in the form of two redundant ones Yaw rate sensors, two redundant lateral acceleration sensors sensors and / or two redundant steering angle sensors det and the monitoring device through a subroutine is implemented in the microprocessor unit.
Die Erfindung ist insbesondere zur Kombination mit einer modellgestützten Überwachung der Sensoren eines elektroni schen Stabilitätsprogramms (ESP) für Fahrzeuge geeignet, die in der parallelen Anmeldung (DE 199 29 155.1) beschrie ben wird und hiermit durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser Offenbarung gemacht werden soll. Bei jenem System wird je weils einer der Sensoren dadurch überwacht, daß sein Aus gangssignal mit analytischen Referenzwerten (Redundanzen) verglichen wird, die mit Hilfe eines Mehrfachprozeßmodells aus aktuell nicht zu überwachenden Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgrößen ermittelt werden. Die Genauigkeit der be rechneten Referenzwerte ist jedoch von der Fahrsituation abhängig, so daß es nicht auszuschließen ist, daß bestimmte Fehler in bestimmten Fahrsituationen nicht oder zu spät er kannt werden. Für diese Fälle bietet die Erfindung Abhilfe.The invention is in particular for combination with a model-based monitoring of the sensors of an electroni stability program (ESP) suitable for vehicles, described in the parallel application (DE 199 29 155.1) ben and hereby by reference to the part of this Revelation should be made. With that system will ever because one of the sensors monitors that its off output signal with analytical reference values (redundancies) is compared using a multi-process model from currently unobservable process control or Process measurands can be determined. The accuracy of the be calculated reference values, however, is from the driving situation dependent, so that it cannot be excluded that certain Failure in certain driving situations or too late be known. The invention provides a remedy for these cases.
Ein besonderer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß die Überwachungszeit sehr kurz und der Aufwand sehr gering gehalten werden kann. A particular advantage of this invention is that the monitoring time is very short and the effort very low can be held.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The subclaims have advantageous developments of Invention to the content.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen. Es zeigt:Further details, features and advantages of the invention emerge from the following description of preferred Embodiments. It shows:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensor überwachung; Fig. 1 is a block diagram of a sensor monitoring according to the invention;
Fig. 2 eine Detaildarstellung aus Fig. 1 und Fig. 2 is a detailed representation of Fig. 1 and
Fig. 3 einen typischen Verlauf eines Sensorfehlers entspre chend seiner Spezifikation. Fig. 3 shows a typical course of a sensor error accordingly to its specification.
Die Erfindung wird bevorzugt zur Überwachung von Sensoren verwendet, die in einem elektronischen Fahrstabilitätspro gramm (ESP) für Fahrzeuge Anwendung finden. Ein solches ESP-System umfaßt im allgemeinen einen Gierratensensor, ei nen Lenkwinkelsensor, sowie einen Querbeschleunigungssen sor. Die Erfindung ist darüberhinaus auch zur Überwachung von Raddrehzahlsensoren für Antiblockier- und Antischlupf regelsysteme sowie allgemein zur Überwachung von Sensoren geeignet, die in Abhängigkeit von einer zu erfassenden Pro zeßmeß- oder Prozeßführungsgröße ein Ausgangssignal erzeu gen. Die Überwachung kann zyklisch mit vorbestimmten Zeit abständen und bei Inbetriebnahme des Systems erfolgen.The invention is preferred for monitoring sensors used in an electronic driving stability pro gram (ESP) for vehicles. Such one ESP system generally includes a yaw rate sensor, egg NEN steering angle sensor, and a lateral acceleration sor. The invention is also for monitoring of wheel speed sensors for anti-lock and anti-slip control systems and generally for monitoring sensors suitable depending on a Pro to be recorded zeßmeß- or process control variable produce an output signal The monitoring can be cyclical with a predetermined time intervals and when the system is started up.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensorüberwachung. Beispielhaft wird hier die Überwachung eines Gierratensensors erläutert. Das Prinzip ist jedoch in gleicher Weise auch auf andere Sensoren anwendbar. Fig. 1 is a block diagram showing a sensor monitoring the invention. The monitoring of a yaw rate sensor is explained here as an example. However, the principle can also be applied to other sensors in the same way.
Gemäß Fig. 1 sind zur Überwachung einer Gierrate zwei gleiche Sensoren, nämlich ein erster und ein zweiter Gier ratensensor 1, 2 vorgesehen, deren Ausgangssignale über ei nen ersten bzw. einen zweiten PT1-Tiefpaß TP1, TP2 geführt und dann mit einem ersten Subtrahierer 3 voneinander sub trahiert werden. Die über den ersten und zweiten Tiefpaß TP1, TP2 gefilterten Ausgangssignale der Gierratensensoren 1, 2 werden weiterhin über einen ersten bzw. zweiten Diffe renzierer 5, 6 zur Erzeugung einer zeitlichen Ableitung ge führt und anschließend mit einem zweiten Subtrahierer 7 voneinander subtrahiert. Das Ausgangssignal des ersten Sub trahierers 3 (erste Differenz F1) stellt ein Gierraten- Fehlersignal, das Ausgangssignal des zweiten Subtrahierers 7 (zweite Differenz F2) ein Gierbeschleunigungs- Fehlersignal dar. Diese beiden Differenzen liegen an einer Einrichtung 4 zur Fehleranalyse an, die nach entsprechender Auswertung der Signale ggf. eine Fehlermeldung FM erzeugt.Referring to FIG. 1 a yaw rate is to monitor two identical sensors, namely a first and a second yaw rate sensor 1, 2 are provided, whose output signals are passed over egg nen first and a second PT1 low-pass filter TP1, TP2 and then with a first subtractor 3 be subtracted from each other. The filtered through the first and second low-pass filters TP1, TP2 of the yaw rate sensors 1 , 2 are further via a first and second differs 5 , 6 leads to generation of a time derivative and then subtracted from each other with a second subtractor 7 . The output signal of the first subtractor 3 (first difference F1) represents a yaw rate error signal, the output signal of the second subtractor 7 (second difference F2) represents a yaw acceleration error signal. These two differences are applied to a device 4 for error analysis, which after appropriate Evaluation of the signals may generate an FM error message.
Die Funktion der Einrichtung 4 zur Fehleranalyse ist in Fig. 2 als Ablaufdiagramm dargestellt. Mit einem ersten Schritt 41 werden die beiden Differenzen F1, F2 jeweils mit einem ersten bzw. zweiten Schwellwert S1, S2 verglichen werden. Wenn mindestens eine der Differenzen den zugeordne ten Schwellwert übersteigt, wird mit einem zweiten Schritt 42 der Stand eines Zählers um einen bestimmten Wert, vor zugsweise den Wert "1" erhöht. Wenn die beiden Differenzen F1, F2 gleich oder kleiner sind, als der betreffende jewei lige Schwellwert und der Zählerstand einen positiven Wert aufweist, so wird mit einem dritten Schritt 43 der Zähler stand um den gleichen Wert vermindert. Mit einem vierten Schritt 44 wird dann der Zählerstand mit einem dritten Schwellwert S3 verglichen. Wenn der Zählerstand diesen Schwellwert übersteigt, wird mit einem fünften Schritt 45 die Fehlermeldung FM erzeugt und der Zähler wieder auf 0 gesetzt. The function of the device 4 for error analysis is shown in FIG. 2 as a flow chart. In a first step 41 , the two differences F1, F2 are each compared with a first and second threshold value S1, S2. If at least one of the differences exceeds the assigned threshold value, the status of a counter is increased by a specific value, preferably the value "1", in a second step 42 . If the two differences F1, F2 are equal or smaller than the relevant threshold value and the counter reading has a positive value, then the counter reading is reduced by the same value in a third step 43 . In a fourth step 44 , the counter reading is then compared with a third threshold value S3. If the counter reading exceeds this threshold value, the error message FM is generated in a fifth step 45 and the counter is reset to 0.
Die Festlegung des ersten und zweiten Schwellwertes S1, S2
erfolgt unter Berücksichtigung der Tatsache, daß Sensoren
aufgrund ihrer Art und Herstellung nur eine begrenzte Ge
nauigkeit erreichen können. Die sich daraus ergebenden Sen
sorfehler sind nach ihrer Spezifikation für einen Gierra
tensensor in Fig. 3 dargestellt. Auf der horizontalen Ach
se ist dabei die physikalische Gierrate, auf der vertikalen
Achse der Gesamtsensorfehler nach der Spezifikation aufge
tragen. Parallel zur horizontalen Achse sind mit gestri
chelten Linien die Nullpunktfehler eingetragen, während mit
durchgezogenen Linien die Empfindlichkeitsfehler in Prozent
dargestellt sind. Um diese Sensorfehler zu tolerieren, wird
der erste Schwellwert S1 für die Gierrate wie folgt festge
legt:
The determination of the first and second threshold values S1, S2 takes into account the fact that sensors can only achieve a limited accuracy due to their type and manufacture. The resulting sensor errors are shown in FIG. 3 according to their specification for a yaw rate sensor. The physical yaw rate is plotted on the horizontal axis and the total sensor error on the vertical axis according to the specification. In parallel to the horizontal axis, the zero-point errors are entered with dashed lines, while the solid lines show the sensitivity errors in percent. In order to tolerate these sensor errors, the first threshold value S1 for the yaw rate is defined as follows:
S1 = 2.(| Nullpunktfehler | + | Gierrätenmaximum.Emp findlichkeitsfehler |)S1 = 2. (| Zero point error | + | Yaw rate maximum.Emp sensitivity error |)
Bei Annahme des in Fig. 3 gezeigten Nullpunktfehlers und eines Empfindlichkeitsfehler von etwa 6% ergibt sich bei einem Gierratenmaximum von 90° pro Sekunde der erste Schwellwert S1 für die Gierrate zu etwa 15°/sek.Assuming the zero point error shown in FIG. 3 and a sensitivity error of approximately 6%, the first threshold value S1 for the yaw rate is approximately 15 ° / sec at a yaw rate maximum of 90 ° per second.
Der zweite Schwellwert S2 für die Gierbeschleunigung wird durch Fahrversuche ermittelt und kann vorzugsweise zum Bei spiel 60°/sek2 betragen.The second threshold value S2 for the yaw acceleration is determined by driving tests and can preferably be 60 ° / sec 2 , for example.
Bei dieser ersten Ausführungsform sind die beiden Schwell werte S1, S2 konstant und unabhängig von der Fahrsituation. Die Schwellwerte müssen deshalb so groß gewählt werden, daß falsche Fehlermeldungen und Deaktivierungen des ESP-Systems aufgrund der Nullpunktfehler und der Empfindlichkeitsfehler im gesamten praktischen Betriebsbereich vermieden werden. In this first embodiment, the two are swell values S1, S2 constant and independent of the driving situation. The threshold values must therefore be chosen so large that incorrect error messages and deactivations of the ESP system due to the zero point error and the sensitivity error be avoided in the entire practical operating area.
Andererseits können aus diesem Grund kleine Fehler auch während einer Geradeausfahrt möglicherweise nicht entdeckt werden.On the other hand, small mistakes can also be made for this reason may not be detected while driving straight ahead become.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird des
halb ein stationäres Fahrverhalten wie folgt definiert:
Wenn
In a second embodiment of the invention, stationary driving behavior is therefore defined as follows:
If
- - die Differenz zwischen einem aus dem Lenkwinkel berech neten ersten Referenzsignal (Ref_Lenkwinkel) und einem aus der Querbeschleunigung berechneten zweiten Referenzsignal (Ref_Querbeschleunigung) kleiner oder gleich 10°/sek ist,- Calculate the difference between one from the steering angle neten first reference signal (Ref_Kenkwinkel) and one out the lateral acceleration calculated second reference signal (Ref_ transverse acceleration) is less than or equal to 10 ° / sec,
- - eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit gleich oder größer als 10,8 km/h ist,- a vehicle reference speed equal to or greater than 10.8 km / h,
- - die Querbeschleunigung gleich oder kleiner als 0,4 g ist und- the lateral acceleration is equal to or less than 0.4 g and
- - die Lenkwinkelgeschwindigkeit gleich oder kleiner als 100°/sek ist,- The steering angular velocity is equal to or less than Is 100 ° / sec,
so wird das Fahrverhalten als stationär bezeichnet. Dieser
Zustand kann mit den ESP-Sensoren, mit Raddrehzahlsensoren
usw. erfaßt werden. Wenn sich das Fahrzeug in einem solchen
stationären Zustand befindet, werden die Schwellwerte wie
folgt eingestellt:
so the driving behavior is called stationary. This state can be detected with the ESP sensors, with wheel speed sensors, etc. If the vehicle is in such a steady state, the threshold values are set as follows:
S1 = 2.(| Nullpunktfehler |) + max(Referenzsignalfehler) +
(Ref_Lenkwinkel + Ref_Querbeschleunigung)/16
S1 = 2. (| zero point error |) + max (reference signal error) + (Ref_ steering angle + Ref_ transverse acceleration) / 16
S2 = 40% des Wertes von S2 bei der ersten Ausführungsform.S2 = 40% of the value of S2 in the first embodiment.
Der erste Schwellwert S1 für die Gierrate kann minimal bei etwa 7°/sek, der zweite Schwellwert S2 für die Gierbe schleunigung kann bei etwa 25°/sek liegen.The first threshold value S1 for the yaw rate can be minimal at about 7 ° / sec, the second threshold value S2 for the yaw acceleration can be around 25 ° / sec.
Dies bedeutet, daß im stationären Fahrzustand (im wesentli chen Geradeausfahrt) die Schwellwerte minimal sind und zum Beispiel während einer stationären Kreisfahrt zumindest der erste Schwellwert S1 für die Gierrate entsprechend den Gierraten-Referenzsignalen erhöht wird, um die Empfindlich keitsfehler des Sensors zu tolerieren.This means that in the stationary driving state (essentially straight ahead) the threshold values are minimal and for Example during a stationary circular trip at least the first threshold value S1 for the yaw rate corresponding to the Yaw rate reference signals are increased to make the sensitive tolerance error of the sensor.
Die Berechnung des ersten und zweiten Referenzsignals
(Ref_Lenkwinkel, Ref_Querbeschleunigung) erfolgt durch Mo
dellbildung für die Gierrate aus dem Lenkwinkel bzw. der
Querbeschleunigung zum Beispiel nach folgenden Modellen,
die in der eingangs genannten parallelen Anmeldung be
schrieben sind:
The first and second reference signals (Ref_steering angle, Ref_ transverse acceleration) are calculated by modeling the yaw rate from the steering angle or lateral acceleration, for example, according to the following models, which are described in the parallel application mentioned at the beginning:
Es bedeuten:
νref Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit;
Gierrate;
αq Querbeschleunigung;
δL Lenkradwinkel;
iL Lenkübersetzung;
l Radstand;
νch charakteristische Fahrgeschwindigkeit.It means:
ν ref vehicle reference speed ;
Yaw rate;
α q lateral acceleration;
δ L steering wheel angle;
i L steering ratio;
l wheelbase;
ν ch characteristic driving speed.
Die praktische Realisierung erfolgt vorzugsweise mit dem zur ESP-Regelung verwendeten Mikroprozessorsystem, wobei die Verarbeitung der Sensorsignale durch ein entsprechendes (Unter-) Programm gesteuert wird. Praktische Versuche haben dabei gezeigt, daß bei stabiler Geradeausfahrt auch kleine Sensorfehler erkannt werden.The practical implementation is preferably carried out with the microprocessor system used for ESP control, where the processing of the sensor signals by a corresponding one (Sub) program is controlled. Have practical trials shown that even stable when driving straight ahead Sensor errors are recognized.
Claims (8)
S1 = 2.(| Nullpunktfehler | + | Gierratenmaximum.Empfind lichkeitsfehler |)5. The method for operating a sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement is formed by sensor pairs in the form of two redundant yaw rate sensors, two redundant transverse acceleration sensors and / or two redundant steering angle sensors for an ESP system for vehicles, characterized that the first threshold value (S1) for the yaw rate is determined in accordance with the specified errors of a yaw rate sensor according to the following formula for monitoring the yaw rate sensors:
S1 = 2. (| Zero point error | + | Yaw rate maximum. Sensitivity error |)
S1 = 2.(| Nullpunktfehler |) + maximaler Referenzsi gnalfehler + (Referenz-Lenkwinkel + Referenz- Querbeschleunigung)/16. 6. The method according to claim 5, characterized in that when detecting a predetermined stationary driving behavior for monitoring the yaw rate sensors, the first threshold value (S1) for the yaw rate is determined according to the following gender formula:
S1 = 2. (| zero point error |) + maximum reference signal error + (reference steering angle + reference lateral acceleration) / 16.
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