DE19939872A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Sensorüberwachung insbesondere für ein ESP-System für Fahrzeuge - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Sensorüberwachung insbesondere für ein ESP-System für FahrzeugeInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Sensoren, die jeweils einzelne Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgrößen (A, B, C) eines Prozesses (32) erfassen, beschrieben, das/die insbesondere für ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) für Fahrzeuge geeignet ist. Eine besonders hohe Zuverlässigkeit wird durch eine zyklisch-sequentielle Überwachung des Verlaufes der Ausgangssignale der einzelnen Sensoren erreicht, indem aus aktuell nicht zu überwachenden Prozeßführungs- und Prozeßmeßgrößen (A, B) mit Hilfe eines Mehrfachprozeßmodells (31) für einen Normalbetrieb analytische Redundanzen erzeugt werden, aus denen mit dem aktuell zu überwachenden Ausgangssignal ein Residuum gebildet (33) wird. Nach Auswertung des Residuums (36) und Vergleich mit einem Schwellwert (35) wird ein Fehlersignal (F) erzeugt, wenn das Residuum den Schwellwert erreicht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Überwachung von Sensoren, die jeweils einzelne Prozeß
führungs- oder Prozeßmeßgrößen eines Prozesses erfassen,
insbesondere für ein elektronisches Stabilitätsprogramm
(ESP) für Fahrzeuge.
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.
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) ständig überwacht werden.
Eine entsprechende Online-Sensorüberwachung hat den Zweck,
Fehler in den ESP-Sensoren frühzeitig zu erkennen, damit
eine Fehlregelung, die das Fahrzeug in einen sicherheits
kritischen Zustand bringen könnte, ausgeschlossen wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Sensoren
der eingangsgenannten Art zu schaffen, das/die eine insbe
sondere für ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP)
für Fahrzeuge erforderliche Zuverlässigkeit aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 mit einem Ver
fahren der eingangs genannten Art, das sich auszeichnet
durch eine zyklisch-sequentielle Überwachung des Verlaufes
der Ausgangssignale der einzelnen Sensoren mit folgenden
Schritten: Erstellen analytischer Redundanzen für eine ak
tuell zu überwachende Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße
aus aktuell nicht zu überwachenden Prozeßführungs- und/oder
-Prozeßmeßgrößen eines aktuell betriebenen Prozesses mittels
eines Mehrfachprozeßmodells für einen Normalbetrieb, Erzeu
gen von Residuen durch Subtraktion der erstellten, redun
danten analytischen Redundanzen von der aktuell zu überwa
chenden Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße, Auswerten der
Residuen mit einer Residuenauswertefunktion und Vergleichen
des ausgewerteten Residuums mit einem vorgegebenen Schwell
wert und Erzeugen einer Fehlermeldung, wenn das Residuum
den Schwellwert für mindestens eine vorbestimmte Überwa
chungszeit erreicht.
Die Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 9 mit einer Vorrich
tung der eingangs genannten Art gelöst, die sich auszeich
net durch eine erste Einrichtung zur Berechnung analyti
scher Redundanzen für eine aktuell zu überwachende Prozeß
führungs- oder Prozeßmeßgröße aus aktuell nicht zu überwa
chenden Prozeßführungs- und/oder Prozeßmeßgrößen eines ak
tuell betriebenen Prozesses mittels eines Mehrfachprozeßmo
dells für einen Normalbetrieb, eine zweite Einrichtung zur
Erzeugung von Residuen durch Subtraktion der errechneten,
redundanten analytischen Redundanzen von der aktuell zu
überwachenden Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße, eine
dritte Einrichtung zur Auswertung der Residuen mit einer
Residuenauswertefunktion, eine vierte Einrichtung zur Er
zeugung eines Schwellwertes, sowie eine fünfte Einrichtung
zum Vergleichen des ausgewerteten Residuums mit dem
Schwellwert und zum Erzeugen einer Fehlermeldung, wenn das
Residuum den Schwellwert für mindestens eine vorbestimmte
Überwachungszeit erreicht.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung zum Inhalt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzug
ten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines fahrdynamischen Regelsy
stems;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Struktur eines
ESP-Systems;
Fig. 3 das Grundprinzip eines Fehlerdiagnosesystems;
Fig. 4 eine Struktur eines modellgestützten Überwachungssy
stem für die ESP-Sensoren;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensor
überwachung;
Fig. 6a, b, c eine Darstellung der Meßergebnisse bei einer
Fehlersimulation; und
Fig. 7a, b, c eine Darstellung der Meßergebnisse bei einem
Wedelmanöver.
Der Vorgang des Autofahrens kann gemäß Fig. 1 im rege
lungstechnischen Sinne als ein Regelkreis betrachtet wer
den, bei dem ein Fahrer 1 den Regler und ein Fahrzeug 2 die
Regelstrecke darstellt. Die Führungsgrößen sind dabei die
persönlichen Fahrwünsche FW des Fahrers, die er durch eine
fortlaufende Beobachtung des Straßenverkehrs erstellt. Die
Istwerte IF sind die Momentanwerte für Fahrtrichtung und
Geschwindigkeit, die der Fahrer über seine Augen bzw. das
Fahrgefühl erfaßt. Die Stellgrößen SF sind schließlich der
Lenkradwinkel, die Stellung des Getriebes sowie die Stel
lungen von Gas- und Bremspedal, die von dem Fahrer aufgrund
der Abweichungen zwischen den Soll- und den Istwerten er
stellt werden.
Eine derartige Regelung wird häufig durch Störungen S wie
Reibwertänderungen, Fahrbahnunebenheiten, Seitenwind oder
andere Einflüsse erschwert, da der Fahrer diese nicht prä
zise erfassen kann, jedoch bei der Regelung berücksichtigen
muß. Aus diesem Grunde kann der Fahrer 1 zwar im allgemei
nen die ihm übertragenen Aufgaben, nämlich den Prozeß des
Autofahrens zu regeln und zu beobachten, in normalen Fahr
zuständen aufgrund seiner Ausbildung und der gesammelten
Erfahrung ohne Schwierigkeiten bewältigen. In Extremsitua
tionen und/oder bei den genannten außergewöhnlichen Fahr
zuständen, bei denen die physikalischen Reibkraftgrenzen
zwischen der Fahrbahn und den Reifen überschritten werden,
besteht jedoch die Gefahr, daß der Fahrer zu spät oder
falsch reagiert und die Kontrolle über sein Fahrzeug ver
liert.
Um auch diesen Fahrsituationen Rechnung tragen zu können,
wird das fahrdynamische Regelsystem mit einem unterlagerten
Regelkreis 3 (ESP) ergänzt, der gemäß Fig. 1 einen Re
gelalgorithmus 4, eine Systemüberwachung 5 und einen Feh
lerspeicher 6 umfaßt. Gemessene Fahrzustandsgrößen werden
dabei der Systemüberwachung 5 und dem Regelalgorithmus 4
zugeführt. Die Systemüberwachung 5 erzeugt ggf. eine Feh
lermeldung F, die dem Fehlerspeicher 6 und dem Regelalgo
rithmus 4 zugeführt wird. Der Regelalgorithmus 4 beauf
schlagt dann in Abhängigkeit von den vom Fahrer 1 erzeugten
Stellgrößen das Fahrzeug 2. Mit diesem Regelkreis werden
typische Regelaufgaben ausgeführt. In extremen Fahrsitua
tionen wird das Fahrzeug so schnell wie möglich wieder ab
gefangen.
Fig. 2 zeigt die Struktur eines solchen Regelkreises, der
im wesentlichen ein Antiblockiersystem 10, eine Antriebs
schlupfregelung 11 und eine Giermomentregelung 12 umfaßt.
Weiterhin sind ein Gierratensensor 13, ein Querbeschleuni
gungssensor 14, ein Lenkwinkelsensor 15, ein Drucksensor 16
und vier Radgeschwindigkeitssensoren 17 vorgesehen, die so
wohl als Istwertgeber zur Ermittlung der Regelabweichung,
als auch zur Bildung eines Gierratensollwertes und ver
schiedener Zwischengrößen eingesetzt werden.
Die von dem Fahrer 1 durch Betätigung eines Gas- und Brems
pedals sowie des Lenkrades erzeugten Prozeßführungsgrößen
werden der Antriebsschlupfregelung 11, dem Antiblockiersy
stem 10 und dem Drucksensor 16 beziehungsweise dem Lenkwin
kelsensor 15 zugefügt. Fahrzeugspezifische Nichtlinearitä
ten, Schwankungen der Reibwerte, Seitenwind-Einflüsse usw.
sind als Störungen oder unbekannte Größen 18 zusammengefaßt
und beeinflussen die Fahrzeug-Längs- und Querdynamik 19.
Diese Dynamik 19 wird ferner durch die genannten Führungs
größen sowie die Ausgangssignale einer Motormanagementein
heit 20 beeinflußt und beaufschlagt die Radgeschwindig
keitssensoren 17, den Gierratensensor 13, den Querbeschleu
nigungssensor 14 sowie den Drucksensor 16. Eine Regelarbi
tration 21, der die Ausgangssignale des Antiblockiersystems
10, der Antriebsschlupfregelung 11, der Giermomentregelung
12 und eines Bremseneingriffsalgorithmus 22 zugeführt wer
den, dient zur Prioritätsverteilung dieser Signale im Hin
blick auf ihr Einwirken auf die Motormanagementeinheit 20
oder direkt auf die Fahrdynamik 19. Der Bremseneingriffsal
gorithmus 22 wird dabei von der Giermomentregelung 12 und
dem Drucksensor 16 beaufschlagt. Schließlich ist eine Fahr
zustandserkennung 23 vorgesehen, der die Signale des Lenk
winkelsensors 15, des Gierratensensors 13, des Querbe
schleunigungssensors 14 sowie der Radgeschwindigkeitssenso
ren 17 zugeführt werden und deren Ausgangssignale die Gier
momentregelung 12 sowie ein Einspurreferenzmodell 24, mit
dem eine gewünschte Soll-Gierrate erzeugt wird, beauf
schlagt.
Wie bereits erläutert wurde, kann ein falsches Sensorsignal
eine gefährliche unplausible Regelung verursachen. Ein Aus
fall des Gierratensensors 13 kann zum Beispiel dazu führen,
daß ein Zusatzgiermoment das Fahrzeug plötzlich zur Seite
zieht, obwohl der Fahrer geradeaus fahren will. Dies rührt
daher, daß während einer Geradeausfahrt der Lenkwinkel und
damit der Sollwert der Gierrate gleich Null ist, der Ist
wert der Gierrate wegen des Sensorausfalls jedoch einen un
bestimmten Wert hat, so daß die Giermomentregelung 12 zur
Ausregelung dieser Regelabweichung ein Zusatzgiermoment er
zeugt. Aus diesem Grund ist eine Online-Überwachung der
Sensoren von großer Bedeutung. Diese Überwachung muß einen
Sensorausfall so frühzeitig erkennen können, daß das ESP-
System rechtzeitig teilweise oder ganz stillgelegt werden
kann.
Das erfindungsgemäße Sensorüberwachungskonzept besteht aus
einer mehrstufigen Funktionalitätsprüfung der Sensoren, in
der zwei Verfahren angewendet werden: Einerseits wird eine
elektrische Überwachung durchgeführt, mit der geprüft wird,
ob die zu überwachenden Sensorsignale innerhalb ihrer zuge
lassenen Fehlerbänder liegen. Andererseits wird eine analy
tisch redundant gestützte Überwachung vorgenommen, mit der
die Signale in ihren Gesamtnutzbereichen überwacht werden.
In einer ersten Stufe werden durch die elektrische Überwa
chung die Sensorversorgungsspannung und die Verkabelung ge
prüft. In einer zweiten Stufe werden solche Sensoren, die
aufgrund ihrer Bedeutung "intelligent" konstruiert sind,
laufend durch sich selbst geprüft. Bei einem internen Sen
sorausfall geht das Sensorsignal in das Fehlerband. Folg
lich lassen sich solche Sensorfehler auch durch die elek
trische Überwachung erfassen.
Mit der elektrischen Überwachung wird dabei ausschließlich
geprüft, ob die Sensorsignale in ihren Gültigkeitsbereichen
liegen. Eine Erfassung anderer Sensorfehler, wie zum Bei
spiel eine falsche oder gelockerte Einbaulage, eine Mas
seunterbrechung ist damit jedoch nicht möglich. Aus diesem
Grunde werden in einer dritten Stufe zyklisch-sequentiell
die Verläufe der einzelnen Sensorsignale in ihren Nutzbe
reichen überwacht, und zwar mittels analytischer Redundan
zen, die aus den aktuell nicht überwachten Sensor-
Ausgangssignalen aufgrund ihrer physikalischen Abhängigkei
ten berechnet werden. Hierfür wird ein modellgestütztes
ESP-Überwachungs- und Fehlerdiagnosesystem geschaffen, des
sen Grundstruktur in Fig. 3 dargestellt ist.
Das Fehlerdiagnosesystem 100 besteht im wesentlichen aus
zwei Teilen, nämlich einem Residuengenerator 30 und einer
Residuenauswerteeinheit 34.
Der Residuengenerator 30 umfaßt eine erste Einrichtung 31
zur Berechnung analytischer Redundanzen aus aktuell nicht
zu überwachenden Prozeßführungsgrößen A und/oder den durch
einen aktuell betriebenen Prozeß 32 erzeugten und aktuell
nicht zu überwachenden Prozeßmeßgrößen B, und zwar für eine
aktuell zu überwachende Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße
C unter Anwendung eines Mehrfachprozeßmodells (G1-G4; Q1-Q4;
L1-L4, siehe unten) für einen Normalbetrieb. Weiterhin
ist eine zweite Einrichtung 33 zur Erzeugung von Residuen r
durch Subtraktion der errechneten, redundanten analytischen
Redundanzen von der aktuell zu überwachenden Prozeßfüh
rungs- oder Prozeßmeßgröße C vorgesehen.
Die Residuenauswerteeinheit 34 umfaßt eine dritte Einrich
tung 36 zur Auswertung der Residuen r mit einer Residuen
auswertefunktion, sowie eine vierte Einrichtung 35 zur Er
zeugung eines Schwellwertes. Dieser Einrichtung 35 werden
auch die aktuell nicht zu überwachenden Prozeßführungs-
und/oder Prozeßmeßgrößen A, B zugeführt, um den Schwellwert
bei einer relativ hohen Ungenauigkeit des Mehrfachprozeßmo
dells anheben und bei einer relativ geringen Ungenauigkeit
des Modells absenken zu können. Schließlich ist eine fünfte
Einrichtung 37 zum Vergleichen des ausgewerteten Residuums
mit dem Schwellwert und zum Erzeugen einer Fehlermeldung F
vorgesehen, wenn das Residuum den Schwellwert für minde
stens eine vorbestimmte Überwachungszeit erreicht.
Zur Verdeutlichung der der Erfindung zugrundeliegenden Pro
blematik sowie zum Verständnis der in Fig. 3 allgemein
dargestellten erfindungsgemäßen Lösung sollen zunächst fol
gende Hintergrundinformationen gegeben werden:
Bei Verwendung nur eines einzigen Prozeßmodells (anstelle eines Mehrfachmodells) zur Residuenerzeugung kann man zwar bereits Informationen über den aktuellen Prozeßzustand und damit auch über mögliche Fehlfunktionen gewinnen. Aller dings hängt die Leistungsfähigkeit sehr stark von der Qua lität des angewandten Prozeßmodells ab. Wenn die Ungenauig keiten des Prozeßmodells steigt, ist es erforderlich, den Schwellwert zu erhöhen, um einen Fehlalarm zu vermeiden. Dies hat dann wiederum zur Folge, daß zahlreiche Fehler un bemerkt bleiben. Versucht man im Gegensatz dazu, die Genau igkeit des Prozeßmodells zu erhöhen, was gleichzeitig eine Steigerung der Modellkomplexität bedeutet, so scheitert man in der Praxis häufig an dem mit der Implementierung des Mo dells verbundenen hohen Aufwand bei der Online-Berechnung und dem hohen Anspruch an die Entwicklung und Wartung. Folglich spielt ein Kompromiß zwischen der Modellgenauig keit und der Einstellung der Schwellwerte und damit der Sy stemempfindlichkeit eine zentrale Rolle bei der Entwicklung eines modellgestützten ESP-Fehlerdiagnosesystems.
Bei Verwendung nur eines einzigen Prozeßmodells (anstelle eines Mehrfachmodells) zur Residuenerzeugung kann man zwar bereits Informationen über den aktuellen Prozeßzustand und damit auch über mögliche Fehlfunktionen gewinnen. Aller dings hängt die Leistungsfähigkeit sehr stark von der Qua lität des angewandten Prozeßmodells ab. Wenn die Ungenauig keiten des Prozeßmodells steigt, ist es erforderlich, den Schwellwert zu erhöhen, um einen Fehlalarm zu vermeiden. Dies hat dann wiederum zur Folge, daß zahlreiche Fehler un bemerkt bleiben. Versucht man im Gegensatz dazu, die Genau igkeit des Prozeßmodells zu erhöhen, was gleichzeitig eine Steigerung der Modellkomplexität bedeutet, so scheitert man in der Praxis häufig an dem mit der Implementierung des Mo dells verbundenen hohen Aufwand bei der Online-Berechnung und dem hohen Anspruch an die Entwicklung und Wartung. Folglich spielt ein Kompromiß zwischen der Modellgenauig keit und der Einstellung der Schwellwerte und damit der Sy stemempfindlichkeit eine zentrale Rolle bei der Entwicklung eines modellgestützten ESP-Fehlerdiagnosesystems.
Zu berücksichtigen ist dabei auch, daß der Prozeß des Auto
fahrens bekanntlich in starkem Maße durch viele unbekannte
Umgebungsfaktoren geprägt ist. Hinzu kommt noch, daß die
Fahrdynamik nur bis zu einem gewissen Grad mathematisch be
schrieben werden kann. Andererseits ist die Grenze der Im
plementierbarkeit von Anfang an durch die Hardware-
Bedingung festgelegt. Alle diese Randbedingungen verlangen
einen Lösungsansatz, der zwar auf dem Prinzip der modellge
stützten Verfahren basiert, dessen Einsatz jedoch in einem
ESP-System gerechtfertigt sein muß.
Die Grundidee der modellgestützten Fehlerdiagnose ist die
Prüfung physikalischer Gesetzmäßigkeiten, die in Form eines
mathematischen Modells dargestellt sind. Es sei angenommen,
daß
y = f (u1, . . ., um) [Gl. 1]
eine dieser physikalischen Gesetzmäßigkeiten beschreibt,
wobei y das Ausgangssignal des zu überwachenden Sensors be
zeichnet und u1, . . ., um die bekannten oder gemessenen physi
kalischen Größen und f eine mathematische Funktionen dar
stellt. In diesem Fall wird die analytische Redundanz
aus
= f(u1, . . ., um)
gebildet und das Residuum r ergibt sich wie folgt:
r = y -
Das Residuum ist im fehlerfreien Fall im wesentlichen
gleich Null. Wenn ein Sensorfehler auftritt, verliert diese
Gesetzmäßigkeiten ihre Gültigkeit, so daß das Residuum si
gnifikant von Null abweicht. Die Schwierigkeit bei der Um
setzung dieser Idee liegt darin, daß das Modell den Prozeß
ablauf nur teilweise beschreibt. Diese sogenannte Modellun
genauigkeit läßt sich durch eine Erweiterung des Prozeßmo
dells zu
y = f (u1, . . ., um) + Δ
ausdrücken, wobei Δ eine unbekannte Größe ist, die von
dem Prozeßzustand abhängig ist. Eine zuverlässige modellge
stützte Fehlerdiagnose setzt voraus, daß der Einfluß von Δ
auf das Residuum r möglichst gering gehalten wird.
Es gibt prinzipiell zwei Wege, um den Einfluß von Δ zu un
terdrücken:
- 1. Erhöhung der Robustheit des Überwachungssystems durch Anwendung moderner robuster Regelungstheorien: dies ist ein passiver Weg, der im allgemeinen einen aufwendigen Entwurf und einen höheren Rechenaufwand (sowohl Off-Line, als auch On-Line) erfordert.
- 2. Gewinnung zusätzlicher Informationen: dies ist ein ak tiver Weg, der sich auf zwei Arten realisieren läßt, und zwar einerseits durch eine Verbesserung des Modells, was eine Gewinnung der Off-Line-Information, jedoch gleichzei tig auch einen zusätzlichen On-Line-Rechenaufwand bedeutet, andererseits durch eine Ausnutzung von zusätzlichen On- Line-Informationen. Dieser Weg hat sich zur erfindungsgemä ßen Lösung der genannten Problematik als besonders vorteil haft erwiesen.
Die Nutzung der zusätzlichen On-Line-Informationen ermög
licht es, für einen zu überwachenden Sensor ein mehrfaches
(redundantes) Modell zu bilden und ferner das Verhalten und
die Funktionalität dieses Sensors zu rekonstruieren, und
zwar anhand der Signale von unterschiedlichen, nicht zu
überwachenden Sensoren bzw. Signalquellen. Diese redundante
analytische Redundanz erhöht zum einem die Zuverlässigkeit
des Überwachungssystems, zum anderen aber auch die Robust
heit gegen Modellungenauigkeiten. Im folgenden wird eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgestellt, mit dem diese Grundidee umgesetzt werden kann.
Es sei angenommen, daß für das Verhalten eines zu überwa
chenden Sensorsignals mit folgendem Gleichungssystem
ein Modell gebildet werden kann, wobei uij, i = 1, . . ., n; j
= 1, . . ., m Signale aus unterschiedlichen Quellen bezeichnen
und f1, . . ., fn Teilmodelle, Δ1, . . ., Δn Modellungenauigkeiten der
einzelnen Teilmodelle, PZ den Prozeßzustand und GBi, i =
1, . . ., n den Bereich, in dem das Teilmodell gültig ist, be
zeichnen.
Die Gültigkeit und die Modellungenauigkeit der einzelnen
Teilmodelle sind von dem Prozeßzustand abhängig. Das Pro
blem besteht nun darin, anhand des Mehrfachmodells ein Re
siduum zu bilden, das auf der einen Seite für die zu ent
deckenden Fehler empfindlich und auf der anderen Seite ge
gen Modellungenauigkeiten robust ist.
Die Fahrsituationen werden hierzu in zwei Gruppen einge
teilt:
- 1. Instationäre Fahrverhalten, bei denen die Modellunge nauigkeit stark ausgeprägt ist und nur eine geringe Anzahl von Teilmodellen gültig ist und
- 2. Stationäre Fahrverhalten, deren Gemeinsamkeit darin be steht, daß die Mehrzahl von Teilmodellen gültig ist und daß deren Modellungenauigkeit gering ist.
Zu 1.): Instationäres Fahrverhalten: Da der absolute Wert
des Residuums als Residuenauswertefunktion verwendet wird,
ergibt sich das Residuum r
|r| = |y - i| = |y - fi (ui1, . . ., uim)|
= min1 {|y - fi (ui1, . . ., uim)|, i = 1, . . ., n} [Gl. 2]
von allen möglichen Residuen am robustesten gegen Modellun
genauigkeiten und gleichzeitig auch am unempfindlichsten
gegen Fehler. Somit wird für diese Fahrsituation festge
legt:
Wenn die Anzahl der gültigen Teilmodelle deutlich kleiner
ist als eine vorgegebene Zahl (« n), dann wird das Residu
ums nach dem Prinzip gemäß [Gl. 2] ausgewertet.
Wir nennen diese Regel "minimum of all", deren Grundidee
darin besteht, daß im instationären Bereich, wo die Model
lungenauigkeit stark ausgeprägt ist, die Robustheit ver
stärkt gewichtet wird.
Zu 2.): Stationäres Fahrverhalten: Wenn
PZ ∈ GB1 ∩ GB2 ∩, . . ., ∩ GBn
ist, was bedeutet, daß alle oder fast alle Teilmodelle gül
tig sind und somit im allgemeinen ein normaler Prozeßzu
stand gegeben ist, wird das Residuum mit dem nachstehenden
Algorithmus ausgewählt:
Schritt 1: Bildung des Mittelwertes y
Schritt 2: Berechnung von |y - i|, i = 1, . . ., n + 1 und
Auswahl von i1, i2, i3, welche die geringsten Abweichun
gen von y aufweisen, d. h.
|(y - i1)|, |y - i2|, |y - i3| < |y - j|, j ≠ i1, i2, i3
j ∈ {1, . . ., n + 1}
j ∈ {1, . . ., n + 1}
Schritt 3: Bildung des Residuums r:
Es sei angenommen, daß i1 ≦ i2 ≦ i3 ist, dann gilt
r = y - i2
Um das Funktionsprinzip dieses Algorithmus zu erläutern,
betrachten wir zwei Fälle:
- a) Fehlerfreier Betrieb: in diesem Fall gilt für den "best
case":
i2 = y ⇒ r = y - y = 0
Dies bedeutet, daß die Modellungenauigkeit keinen Einfluß
auf das Residuum hat. Für den "worst case" gilt:
y ∉ {i1, i2, i3} ⇒ r = y - i2
Die maximal mögliche Abweichung läßt sich damit gemäß fol
gender Gleichung
|y - i2| = |y - y + y - i2| ≦ |y - y| + |y - i2| ≦ 2 |y - y|
begrenzen. Da die Bildung des Mittelwertes die Modellunge nauigkeit in den meisten Fällen unterdrückt, wird auch die durch die Modellungenauigkeit verursachte Abweichung gering gehalten.
begrenzen. Da die Bildung des Mittelwertes die Modellunge nauigkeit in den meisten Fällen unterdrückt, wird auch die durch die Modellungenauigkeit verursachte Abweichung gering gehalten.
- a) Sensorfehler: in diesem Fall gilt für den "normal ca
se":
y ∉ {i1, i2, i3} ⇒ r = y - i2 ≠ 0
Wegen des Fehlers wird das Sensorsignal y stark von seinem
normalen Wert und damit auch von yik, k = 1, 2, 3 abwei
chen. Als Folge ist die Differenz zwischen y und yi2 groß.
Für den "worst case" gilt:
i2 = y ⇒ r = y - y = 0
Dies bedeutet, daß der Fehler nicht detektierbar ist. Die
ser Fall kann aber nur dann auftreten, wenn die Größe des
Fehlers im Bereich der Modellungenauigkeit liegt. Damit
wird auch gezeigt, daß die Leistungsgrenze des Überwa
chungskonzeptes im wesentlichen von der Modellungenauigkeit
bestimmt wird.
Wie bereits erläutert wurde, setzt das Konzept der Residu
enerzeugung eine Prüfung der Modellgültigkeit voraus. Diese
besteht aus einer Prüfung der Zuverlässigkeit der Signale,
die zur Residuenerzeugung verwendet werden sollen, sowie
einer Prüfung der Modellgültigkeit entsprechend der Fahrsi
tuation.
Ein Signal wird als zuverlässig bezeichnet, wenn es soft
ware- oder hardwaremäßig geprüft ist. Die zuverlässigen Si
gnale können entweder Signale aus den anderen Teilfunktio
nen des Systems oder Signale aus den anderen Sensoren sein,
was eine gegenseitige Überwachung bedeutet. Dies sind die
On-Line-Informationen, die zur Bildung des Mehrfachmodells
genutzt werden.
Wie bereits gezeigt wurde, hängt das erzeugte Residuum
stark von der Modellungenauigkeit ab, die sich wiederum
durch unterschiedliche Fahrsituationen beeinflussen läßt.
Es ist daher wünschenswert, eine Residuenauswerteeinheit zu
entwickeln, die sich adaptiv den Fahrsituationen anpaßt.
Wie allgemein bekannt ist, läßt sich das Fahrverhalten wäh
rend einer stationären Fahrt sehr genau beschreiben. Im Ge
gensatz dazu ist ein hochdynamisches Fahrmanöver mathema
tisch schwer nachzubilden. Es ist daher vorteilhaft, Fahr
situationen von Fall zu Fall zu unterscheiden und auf die
ser Basis die Überwachungsschwellen und -zeiten adaptiv
einzustellen. Die Anpassung der Überwachungsschwellen soll
einerseits dazu führen, daß beim Auftreten eines unplau
siblen Sensorsignals eine Fehlermeldung rechtzeitig ausge
löst wird, und andererseits falsche Fehlermeldungen, die
aufgrund der Ungenauigkeit der Nachbildung verursacht wer
den können, verhindert werden. Dies bedeutet, daß in einer
Fahrsituation, in der die Genauigkeit der Sensorsignalnach
bildung gering ist, die Schwelle hoch und die Überwachungs
zeit lang eingestellt und im anderen Fall die Schwelle ab
gesenkt und die Überwachungszeit verkürzt werden muß.
Nachfolgend soll nun die Umsetzung des im letzten Abschnitt -
vorgestellten Konzeptes zur Überwachung der drei wichtigen
ESP-Sensoren nämlich Gierratensensor, Querbeschleunigungs
sensor und Lenkradwinkelsensor beschrieben werden.
Fig. 4 zeigt die Struktur des modellgestützten Überwa
chungssystems für die ESP-Sensoren, nämlich einen Gierra
tensensor 13, einen Querbeschleunigungssensor 14 und einen
Lenkwinkelsensor 15. Für die Überwachung jedes ESP-Sensors
stehen vier redundante Modelle zur Verfügung, solange diese
gültig sind. Dies sind für den Gierratensensor 13 die Mo
delle G1 bis G4, für den Querbeschleunigungssensor 14 die
Modelle Q1 bis Q4 und für den Lenkwinkelsensor 15 die Mo
delle L1 bis L4. Die mathematische Realisierung der Prozeß
modelle und ihre Gültigkeit ist in Tabelle 1 zusammenge
faßt. Die in der Tabelle verwendeten Symbole haben folgende
Definition:
m - Modellgierrate,
aqm - Modellquerbeschleunigung;
δLm - Modelllenkradwinkel;
- Gierrate;
aq - Querbeschleunigung;
δL - Lenkradwinkel;
iL - Lenkübersetzung;
l - Radstand;
S - Spurweite des Fahrzeugs;
vch - charakteristische Fahrgeschwindigkeit.
m - Modellgierrate,
aqm - Modellquerbeschleunigung;
δLm - Modelllenkradwinkel;
- Gierrate;
aq - Querbeschleunigung;
δL - Lenkradwinkel;
iL - Lenkübersetzung;
l - Radstand;
S - Spurweite des Fahrzeugs;
vch - charakteristische Fahrgeschwindigkeit.
Die Modelle sind in die erste Einrichtung 31 implementiert,
wobei als Eingangsgrößen zur Errechnung der Redundanzen und
somit zur Ermittlung der Residuen folgende Signale einge
setzt werden können:
vvr - Radgeschwindigkeit vorne rechts;
vvl - Radgeschwindigkeit vorne links;
vhr - Radgeschwindigkeit hinten rechts;
vhl - Radgeschwindigkeit hinten links und
vref - Fahrzeuggeschwindigkeit;
die mit der Teilfunktion des Antiblockiersystems erzeugt werden, sowie die Gierrate, die Querbeschleunigung und der Lenkwinkel, die von den drei zu überwachenden ESP-Sensoren 13, 14 bzw. 15 stammen. Die errechneten Redundanzen liegen zusammen mit dem jeweils zu überwachenden Sensorsignal an der dritten Einrichtung 36 zur Residuenbildung und -auswertung (die in dieser Darstellung auch die zweite Ein richtung 33 umfaßt) an. Nach Differenzbildung zwischen dem jeweiligen Residuum und dem durch die vierte Einrichtung 35 erzeugten Schwellwert wird mit der fünften Einrichtung 37 die Fehlermeldung F/UG für den Gierratensensor 13, F/UQ für den Querbeschleunigungssensor 14 bzw. F/UL für den Lenkwin kelsensor 15 erzeugt, wenn die Differenz einen bestimmten Wert übersteigt. In Fig. 4 sind die dritte, vierte und fünfte Einrichtung 36, 35, 37 für jeden Sensor 13, 14, 15 getrennt dargestellt.
vvr - Radgeschwindigkeit vorne rechts;
vvl - Radgeschwindigkeit vorne links;
vhr - Radgeschwindigkeit hinten rechts;
vhl - Radgeschwindigkeit hinten links und
vref - Fahrzeuggeschwindigkeit;
die mit der Teilfunktion des Antiblockiersystems erzeugt werden, sowie die Gierrate, die Querbeschleunigung und der Lenkwinkel, die von den drei zu überwachenden ESP-Sensoren 13, 14 bzw. 15 stammen. Die errechneten Redundanzen liegen zusammen mit dem jeweils zu überwachenden Sensorsignal an der dritten Einrichtung 36 zur Residuenbildung und -auswertung (die in dieser Darstellung auch die zweite Ein richtung 33 umfaßt) an. Nach Differenzbildung zwischen dem jeweiligen Residuum und dem durch die vierte Einrichtung 35 erzeugten Schwellwert wird mit der fünften Einrichtung 37 die Fehlermeldung F/UG für den Gierratensensor 13, F/UQ für den Querbeschleunigungssensor 14 bzw. F/UL für den Lenkwin kelsensor 15 erzeugt, wenn die Differenz einen bestimmten Wert übersteigt. In Fig. 4 sind die dritte, vierte und fünfte Einrichtung 36, 35, 37 für jeden Sensor 13, 14, 15 getrennt dargestellt.
Die Prüfung der Signalzuverlässigkeit erfolgt bei den mit
dem Antiblockiersystem erzeugten Signalen durch das dort
bestehende Überwachungssystem. Tritt keine Fehlermeldung
auf, werden die Signale als zuverlässig und bei einer Feh
lermeldung als nicht einsetzbar eingestuft.
Im Falle der drei oben genannten ESP-Sensorsignale
(Gierrate, Querbeschleunigung, Lenkwinkel) wird bei dem
hier beschriebenen Sensorüberwachungssystem das betreffende
Signal als zuverlässig eingestuft, wenn keine Fehlermeldung
vorliegt, und das System wird stillgelegt, wenn eine Feh
lermeldung auftritt.
Wie oben bereits erwähnt wurde, ist die Methode
"Majoritätsprinzip" empfindlich gegenüber einem Sensorfeh
ler, wenn ein Sensor defekt ist, während die Methode
"Minimum of all" robuster gegenüber einer Systemstörung und
einem instationären bzw. extremen Fahrverhalten ist. Das im
letzten Abschnitt vorgestellte Überwachungskonzept wird wie -
folgt umgesetzt:
Wenn die Anzahl der gültigen Modelle kleiner als drei ist, wird das Residuum nach dem Prinzip "Minimum of all" er zeugt. Andernfalls wird das Residuum nach dem "Majoritätsprinzip" gebildet.
Wenn die Anzahl der gültigen Modelle kleiner als drei ist, wird das Residuum nach dem Prinzip "Minimum of all" er zeugt. Andernfalls wird das Residuum nach dem "Majoritätsprinzip" gebildet.
Theoretisch gelten alle diese Prozeßmodelle nur im statio
nären beziehungsweise linearen Bereich der Fahrdynamik.
Wenn die Fahrverhalten nicht mehr in diesem Bereich liegen,
müssen sowohl die Überwachungsschwellen erhöht, als auch
die Überwachungszeiten verlängert werden. Dies erfolgt
durch eine Situationserkennung in der vierten Einrichtung
(Schwellwertberechnung) 35 sowie eine Feststellung des Gra
des der Abweichung des Fahrverhaltens von dem stationären
beziehungsweise linearen Bereich (vgl. Fig. 4). Die dazu
verwendeten Signale sind: die Fahrzeuggeschwindigkeit vref,
die vier Radgeschwindigkeiten vvr, vvl, vhl, vhr, die Fahr
zeuglängsbeschleunigung al, die ebenfalls aus der Teilfunk
tion ABS entstanden ist und dort geprüft wird, sowie die
errechneten Redundanzen und die anderen ESP-Sensorsignale.
Diese Überwachungsschwellen und -zeiten werden durch Unter
suchungen des Fahrzeugverhaltens bei verschiedenen Fehler
arten in verschiedenen Fahrsituationen ermittelt bzw. fest
gelegt. Bei einer erkannten Änderung des Gierratensensorsi
gnals mit großem Gradienten, die keines der möglichen Fahr
manöver betrifft, wird die Überwachungszeit deutlich ver
kürzt.
Die Anpassung der Überwachungsschwellen und -zeiten ist in
vereinfachter Form in Tabelle 2 zusammengefaßt:
Die Struktur der Hardware-Realisierung ist in Fig. 5 dar
gestellt. Diese Struktur umfaßt ein Mikroprozessorsystem
40, dessen Ausgangssignale einer Einheit 41 zum Bremsen-
oder Motoreingriff zugeführt wird.
Das Mikroprozessorsystem 40 umfaßt einen Analog/Digital-
Wandler 401 zur Wandlung der analogen Sensorsignale und ei
nen daran angeschlossenen digitalen Regelalgorithmus 402,
an den ein Digital/Analog-Wandler 403 zur Erzeugung der
analogen Ausgangssignale angeschlossen ist. Die digitalen
Sensorsignale werden außerdem einem Überwachungssystem 404
zugeführt, an dem auch die von dem digitalen Regelalgorith
mus 402 erzeugten Systemgrößen anliegen und das dieser Ein
heit 402 eine Fehlermeldung übermittelt.
Das ESP-System, das sowohl den digitalen Regelalgorithmus,
als auch den Überwachungssystem umfaßt, wird vorzugsweise
in C-Sprache programmiert und anschließend auf dem Mikro
prozessorsystem 40 implementiert. Die Eingangssignale des
Mikroprozessorsystems 40 sind die durch die im Fahrzeug 42
eingebauten Sensoren 43 erzeugten Signale. Die Ausgangs
signale des Mikroprozessorsystems 40 sind die Stellgrößen,
die zur Steuerung des Bremsen- oder Motormanagementsystems
41 geführt werden. Das Überwachungssystem 404 läuft paral
lel zu einem Regelsystem, überwacht das Gesamtsystem und
beeinflußt daher die Regelung nicht, wenn keine Fehler
festgestellt werden. Wenn ein Fehler entdeckt wird, sendet
das Überwachungssystems 404 eine Fehlermeldung an den digi
talen Regelalgorithmus 402, der damit das ESP-System deak
tiviert.
Das Überwachungssystem wurde mit zahlreichen Fahrversuchen
getestet. Als Beispiel sind in den Fig. 6a, b, c die Me
ßergebnisse von zwei Testfahrten gezeigt, und zwar das Er
gebnis einer Fehlersimulation des Gierratensensors bei Ge
radeausfahrt. Fig. 6a zeigt das Signal des Gierratensen
sors (Linie 1) sowie seine vier Nachbildungen (Linien 2 bis
5). Fig. 6b zeigt den Verlauf des Residuums (Linie 1) und
die Schwelle (Linie 2 und 3). In Fig. 6c ist schließlich
dargestellt, wann eine Fehlermeldung ausgelöst wird.
Aus diesen Darstellungen wird deutlich, daß die Gierrate
sehr genau beschrieben werden kann. Der simulierte Fehler
wurde innerhalb von 0,25 Sekunden erkannt, bevor die Gier
momentregelung mit hohem Druck auf ein Rad einwirkte.
Die Fig. 7a, b, c zeigen schließlich die Meßergebnisse
einer Überwachung des Gierratensensors bei einer Fahrt mit
einem Wedelmanöver. Während eines solchen Wedelmanövers
kann die Gierrate wegen der Phasenverschiebung zwischen dem
Sensorsignal und den Modellsignalen nicht genau beschrieben
werden. In diesen Situationen läßt sich eine solche Model
lungenauigkeit bei einer Modellbildung generell nicht ver
meiden. Um zu verhindern, daß ein falscher Alarm ausgelöst
wird, wird deshalb die Überwachungsschwelle schon am Anfang
des Wedelns erhöht. Fig. 7a zeigt wiederum das Signal des
Gierratensensors (Linie 1) sowie seine vier Nachbildungen
(Linien 2 bis 5). In Fig. 7b sind der Verlauf des Residu
ums (Linie 1) und die Schwelle (Linie 2 und 3) dargestellt,
während sich aus Fig. 7c ergibt, daß keine Fehlermeldung
ausgelöst wurde.
Insgesamt wird also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Sensorüberwachung bei einem ESP-System beschrieben, bei dem
der Kern in einer mehrfachmodellgestützten Erzeugung von
Residuen besteht, deren Entwicklung in erster Linie unter
Berücksichtigung der Fahrdynamik und der praktischen Reali
sierbarkeit und Einsetzbarkeit erfolgt. Mit der Sensorüber
wachung können Sensorfehler und insbesondere solche mit
großem Gradient während der Fahrt entdeckt werden. Das
Überwachungssystem bietet eine hohe Zuverlässigkeit, da es
einerseits gegen Modellungenauigkeiten eine hohe Robustheit
und andererseits für Sensorfehler eine hohe Empfindlichkeit
aufweist.
Claims (12)
1. Verfahren zur Überwachung von Sensoren, die jeweils
einzelne Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgrößen eines
Prozesses erfassen,
gekennzeichnet durch eine zyklisch-sequentielle Über wachung des Verlaufes der Ausgangssignale der einzel nen Sensoren mit folgenden Schritten:
Erstellen analytischer Redundanzen () für eine aktuell zu überwachende Prozeßführungs- oder Prozeß meßgröße (C) aus aktuell nicht zu überwachenden Pro zeßführungs- und/oder Prozeßmeßgrößen (A, B) eines aktuell betriebenen Prozesses (32) mittels eines Mehrfachprozeßmodells (31; G1-G4; Q1-Q4; L1-L4) für einen Normalbetrieb,
Erzeugen von Residuen (r) durch Subtraktion der er stellten, redundanten analytischen Redundanzen () von der aktuell zu überwachenden Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße (C),
Auswerten der Residuen (r) mit einer Residuenauswer tefunktion und
Vergleichen des ausgewerteten Residuums mit einem vorgegebenen Schwellwert und Erzeugen einer Fehler meldung (F), wenn das Residuum den Schwellwert für mindestens eine vorbestimmte Überwachungszeit er reicht.
gekennzeichnet durch eine zyklisch-sequentielle Über wachung des Verlaufes der Ausgangssignale der einzel nen Sensoren mit folgenden Schritten:
Erstellen analytischer Redundanzen () für eine aktuell zu überwachende Prozeßführungs- oder Prozeß meßgröße (C) aus aktuell nicht zu überwachenden Pro zeßführungs- und/oder Prozeßmeßgrößen (A, B) eines aktuell betriebenen Prozesses (32) mittels eines Mehrfachprozeßmodells (31; G1-G4; Q1-Q4; L1-L4) für einen Normalbetrieb,
Erzeugen von Residuen (r) durch Subtraktion der er stellten, redundanten analytischen Redundanzen () von der aktuell zu überwachenden Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße (C),
Auswerten der Residuen (r) mit einer Residuenauswer tefunktion und
Vergleichen des ausgewerteten Residuums mit einem vorgegebenen Schwellwert und Erzeugen einer Fehler meldung (F), wenn das Residuum den Schwellwert für mindestens eine vorbestimmte Überwachungszeit er reicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozeß ein Teil eines elektronischen Fahrsta
bilitätsprogramms (ESP) für Fahrzeuge ist und die zu
überwachenden Prozeßführungs- und Prozeßmeßgrößen (A,
B, C) eine Gierrate, eine Querbeschleunigung und ein
Lenkwinkel sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren parallel zu dem elektronischen
Fahrstabilitätsprogramms (ESP) abläuft und dieses de
aktiviert, wenn die Fehlermeldung (F) erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mehrfachprozeßmodell aus ei
ner Mehrzahl von Teilmodellen (G1-G4; Q1-Q4; L1-L4)
gebildet wird, mit denen jeweils die zu überwachende
Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße (C) aufgrund von
physikalischen Gesetzmäßigkeiten mit Hilfe anderer
physikalischer Größen, wie den nicht zu überwachenden
Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgrößen (A, B), den Rad
drehgeschwindigkeiten (vvl, vvr, vhl, vhr), dem Rad
stand (l), der Spurweite (S) sowie der Geschwindig
keit eines Fahrzeugs (vref), die ebenfalls aus den
vier Radgeschwindigkeiten ermittelt wird, rekonstru
ierbar ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Residuenauswertefunktion bei
einem instationären, durch eine starke Modellungenau
igkeit geprägten Prozeßzustand durch einen Algorith
mus nach einem "Minimum of all"-Prinzip gebildet
wird, bei dem das kleinste aller erzeugten Residuen
mit dem Schwellwert verglichen wird, und bei einem
stationären, durch eine geringe Modellungenauigkeit
geprägten Prozeßzustand ein Algorithmus nach einem
"Majoritätsprinzip" vorgesehen ist, bei dem ein Mit
telwert der analytischen Redundanzen gebildet und zur
Erzeugung des mit dem Schwellwert zu vergleichenden
Residuums diejenige analytische Redundanz verwendet
wird, die die mittlere von drei Redundanzen mit den
geringsten Abweichungen vom Mittelwert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Fall, in dem die Anzahl der gültigen Mo
delle kleiner als drei ist, das Residuum nach dem
Prinzip "Minimum of all" und andernfalls das Residuum
nach dem "Majoritätsprinzip" gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch den Schritt des Berechnens und
Anpassens der Schwellwerte in Abhängigkeit von einem
Prozeßzustand anhand der nicht zu überwachenden Pro
zeßführungs- und der Prozeßmeßgrößen (A, B) sowie der
Raddrehgeschwindigkeiten (vvl, vvr, vhl, vhr) und der
Fahrzeuggeschwindigkeit (Vref) in der Weise, daß ei
nerseits beim Auftreten eines unplausiblen Sensorsi
gnals rechtzeitig eine Fehlermeldung ausgelöst und
andererseits falsche Fehlermeldungen aufgrund einer
großen Modellungenauigkeit vermieden werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungszeiten
adaptiv an den aktuellen Prozeßzustand angepaßt und
so gewählt werden, daß eine kurzzeitige Störung eines
Sensors toleriert wird.
9. Vorrichtung zur Überwachung von Sensoren, die jeweils
einzelne Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgrößen eines
Prozesses erfassen,
gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (31) zur Berechnung analytischer Redundanzen für eine aktuell zu überwachende Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße (C) aus aktuell nicht zu überwachenden Prozeßfüh rungs- und/oder Prozeßmeßgrößen (A, B) eines aktuell betriebenen Prozesses (32) mittels eines Mehrfachpro zeßmodells (G1-G4; Q1-Q4; L1-L4) für einen Normalbe trieb,
eine zweite Einrichtung (33) zur Erzeugung von Resi duen (r) durch Subtraktion der errechneten, redundan ten analytischen Redundanzen von der aktuell zu über wachenden Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße (C),
eine dritte Einrichtung (36) zur Auswertung der Resi duen mit einer Residuenauswertefunktion,
eine vierte Einrichtung (35) zur Erzeugung eines Schwellwertes, sowie
eine fünfte Einrichtung (37) zum Vergleichen des aus gewerteten Residuums (r) mit dem Schwellwert und zum Erzeugen einer Fehlermeldung (F), wenn das Residuum den Schwellwert für mindestens eine vorbestimmte Überwachungszeit erreicht.
gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (31) zur Berechnung analytischer Redundanzen für eine aktuell zu überwachende Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße (C) aus aktuell nicht zu überwachenden Prozeßfüh rungs- und/oder Prozeßmeßgrößen (A, B) eines aktuell betriebenen Prozesses (32) mittels eines Mehrfachpro zeßmodells (G1-G4; Q1-Q4; L1-L4) für einen Normalbe trieb,
eine zweite Einrichtung (33) zur Erzeugung von Resi duen (r) durch Subtraktion der errechneten, redundan ten analytischen Redundanzen von der aktuell zu über wachenden Prozeßführungs- oder Prozeßmeßgröße (C),
eine dritte Einrichtung (36) zur Auswertung der Resi duen mit einer Residuenauswertefunktion,
eine vierte Einrichtung (35) zur Erzeugung eines Schwellwertes, sowie
eine fünfte Einrichtung (37) zum Vergleichen des aus gewerteten Residuums (r) mit dem Schwellwert und zum Erzeugen einer Fehlermeldung (F), wenn das Residuum den Schwellwert für mindestens eine vorbestimmte Überwachungszeit erreicht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der vierten Einrichtung (35) die aktuell nicht zu
überwachenden Prozeßführungs- und/oder Prozeßmeßgrö
ßen (A, B) zugeführt werden, um mit Hilfe einer Si
tuationserkennung den Schwellwert bei einer relativ
hohen Ungenauigkeit des Mehrfachprozeßmodells anzuhe
ben und bei einer relativ geringen Ungenauigkeit des
Mehrfachprozeßmodells abzusenken.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die erste bis fünfte Einrichtung durch
ein Mikroprozessorsystem (40) realisiert ist.
12. ESP-System für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch eine
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zur zy
klischen Überwachung eines Gierratensensors (13), ei
nes Querbeschleunigungssensors (14) und eines Lenk
winkelsensors (15).
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