DE3642590A1 - Verfahren zum ermitteln von betriebszustaenden eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen Verfahren, wie es aus der DE-OS 30 07 747 bekannt ist, geht es darum, die im Ausgangssignal des Sensors enthaltene Information über eine weitere Betriebsgröße zu gewinnen mit dem Ziel, einen seperaten Sensor für diese weitere Betriebsgröße einzusparen. Der Sensor dient dabei dazu, eine physikalische Größe wie z. B. eine Drehzahl, einen Weg, eine Winkelstellung oder einen Druck zu bestimmen und als zusätzliche Information eine Aussage über beispielsweise Temperatur oder auch einen weiteren Druck zu erhalten. Die im Ausgangssignal des Sensors enthaltene Primärinformation und die weitere Information werden dazu verwandt, den Zugriff auf eine Kennlinie oder eine Kennfeld zu steuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowohl hinsichtlich der Menge der erhaltenen Informationen als auch hinsichtlich der Umsetzung in daraus resultierenden Maßnahmen wesentlich zu verbessern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Von zentraler Bedeutung für die Erfindung ist das zumindest zwei dimensionale Muster, das aus den Gebieten der Spracherkennung bekannt ist. Dabei wird das Ausgangssignal des Sensors durch die Analysatoren hinsichtlich sämtlicher oder eines Großteils der darin enthaltenen Informationen ausgewertet. Jede Information beeinflußt das Muster in charakteristischer Weise. Der Vergleich der Merkmale des aktuellen Musters mit den Merkmalen der vorgegebenen Mustern führt dann ohne weiteres zu einer konkreten Aussage, inwieweit der aktuelle Betriebszustand noch tolerierbar ist bzw. wieweit er sich bereits einem kritischen Betriebszustand angenähert hat.

Als Anwendungsfall der Erfindung kann beispielsweise ein Drucksensor dienen, der die Belastung einer Fahrwerksfeder eines Kraftfahrzeugs am Auflagepunkt bestimmt. Die darin enthaltenen weitere Informationen, wie Grundfrequenz, Anregungsfrequenz, Amplitude und Änderung dieser Frequenzen und Amplituden werden neben der Primärinformation des Drucks in eine entsprechende Form des Musters umgesetzt. Der Vergleich des aktuellen Musters mit den vorgegebenen Mustern erfolgt mit üblichen Verfahren des Bildvergleichs, beispielsweise mit Hilfe einer Korrelationsanalyse. Im letzteren Fall ist der Korrelationskoeffizient eine präzise Aussage über die Übereinstimmung des aktuellen Musters mit einem vorgegebenen Muster. Daneben sind auch weitere Verfahren zur Bildanalyse möglich, wie sie beispielsweise im Rahmen der fotografischen Abbildungen zum automatischen Scharfstellen des Bildes verwendet werden.

Im Gegensatz zu anderen bekannten Verfahren zur Betriebszustandsermittlung ist bei der Erfindung ein speicherplatzaufwendiges Kennfeld nicht erforderlich, da die Merkmale der Muster stark komprimiert werden können ohne wesentlichen Inhaltsverlust. Jeder Betriebszustand wird in einem Bild erkennbar und offenbart aufgrund der charakteristischen Bildform bereits frühzeitig eine Tendenz, einen kritischen Betriebszustand zu erreichen. Dadurch wird es möglich, Warn- oder Anzeigemaßnahmen für diesen kritischen Betriebszustand rechtzeitig auszulösen und diesen Betriebszustand mit Sicherheit zu vermeiden.

Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.

So zeigt der Inhalt des Patentanspruchs 2 eine Möglichkeit, die vorgegebenen Muster anhand des jeweiligen konkreten Einsatzfalles zu erstellen und damit ein realistisches Bild von den tatsächlich auftretenden Betriebszuständen bzw. ihren Auswirkungen auf die Informationen zu erhalten. Im Gegensatz beispielsweise zur Verwendung eines Kennfeldes, das in der Regel nicht anhand des jeweiligen Objektes gewonnen, sondern von vorneherein vorgegeben ist, bietet diese Maßnahme den Vorteil, die Muster individuell zu gewinnen und damit jederzeit eine präzise Aussage über den tatsächlichen Betriebszustand zu erhalten.

Die Maßnahme nach dem Patentanspruch 3 erweitert den praktischen Nutzen der Erfindung, da mit Hilfe der zusätzlichen akustischen Information dem Benutzer des Kraftfahrzeugs eine zusätzliche Hilfe gegeben wird, einen kritischen Betriebszustand durch entsprechende Gegenmaßnahmen zu vermeiden.

Schließlilch beschäftigt sich die Maßnahme, die im Patentanspruch 4 beschrieben wird, damit, den jeweils aktuellen Betriebszustand mit Hilfe der weiteren Betriebsgrößen einzugrenzen und somit das Auffinden des passenden vorgegebenen Musters zu beschleunigen und zu präzisieren. Dies ist gerade für schnelle Wechsel des Betriebszustands von erheblicher Bedeutung, da auch dann noch das jeweils maßgebliche vorgegebene Muster in kurzer und noch ausreichender Zeit aufgefunden werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für einen Anwendungsfall der Erfindung

Fig. 2 eine schematische Darstellung der im Rahmen der Erfindung verwendeten Mustergewinnung und

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.

Beim Blockschaltbild von Fig. 1 wird das Ausgangssignal eines einzigen Sensors einerseits direkt und andererseits in verschiedener Weise analysiert verwendet, um ein zweidimensionales Muster zu erhalten. Bei diesem Sensor handelt es sich beispielsweise um einen Drucksensor P, der zwischen einer Radfeder und dem Fahrzeugaufbau angeordnet ist. Beim Rad wiederum kann es sich um das rechte Vorderrad handeln.

Die Analyse der von einem derartigen Drucksensor gelieferten Ausgangssignale in Form einer variablen Wechselspannung U kann mit Hilfe einer Fast-Fourier-Transformation, einer Grundfrequenzanalyse und einer Analyse des Energieinhalts über ein vorgegebenes Frequenzband vorgenommen werden. Für letzteren Term wird im folgenden lediglich der Ausdruck Energieinhalt verwendet.

Die Schaltungen, in denen diese drei Analysen durchgeführt werden, sind in Fig. 1 mit 2, 3 und 4 bezeichnet und arbeiten parallel zu einem Analog-/Digital-Wandler 1, über den das Signal U digitalisiert wird. Die Ausgangssignale der Schaltungen 1 bis 4 werden einem Musterbildner 5 zugeführt, der in bekannter Weise arbeitet. Hierzu ist beispielsweise auf die Zeitschrift Elektronic Design, July 9, 1981, Seiten 110 ff verwiesen, wobei die Mustererzeugung für Sprachsignale dargestellt ist. Analog zum Ausgangssignal des Drucksensors P in Fig. 1 sind auch bei Sprachsignalen derartige Analysen üblich. Die dort aus einem ursprünglichen Spannungssignal U gewonnenen und auf die gleiche Weise wie bei der Erfindung verwendeten digitalen Werte sowie die Werte für das Frequenzverhalten, die Grundfrequenz und den Energieinhalt ergeben dort ebenfalls ein Muster, das in einem Mustererzeuger entsprechend der Schaltung 5 von Fig. 1 erzeugt wird.

Die Gewinnung eines derartigen Musters im Rahmen der Erfindung ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Hierzu ist der Verlauf des Ausgangssignals U während eines durch die Zeiten t ₁ und t ₂ bestimmten Zeitfensters dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, daß U zwei Bestandteile enthält, von denen der eine (GF) die Grundfrequenz und der andere ein Schwingungsverhalten darstellt, daß durch verschiedene Einflußgrößen beeinflußt ist. Hierzu gehören die Fahrbahnbeschaffenheit, der Reifenluftdruck, der Lenkwinkel oder verschiedene Beschleunigungsfaktoren sowie Achs- und Radwinkel. Sie alle ergeben ein typisches Bild für das Frequenzspektrum, das im Mustererzeuger 5 in ein zweidimensionales Muster umgesetzt wird.

Diese Muster ist in seinen Abmessungen bestimmt durch die Ausgangssignale der Schaltungen 1 bis 4 und zeigt beispielsweise das eingezeichnete rechteckförmige Verhalten. Die Eckkoordinaten I-IV sind bestimmt durch die Grundfrequenz f _g zur Zeit t ₁ (Punkt I), die Grundfrequenz zur Zeit t ₂ (Punkt II), die gemittelte Anregungsfrequenz zum Zeitpunkt t ₁ (Punkt III) und die Anregungsfrequenz zum Zeitpunkt t ₂ (Punkt IV). Der Abszissenwert des Punktes III wird gleich dem Punktes I gewählt. Die Abszissenwerte der Punkte II und IV werden, ausgehend vom Punkt I mit beliebig gewähltem Abszissenwert so bestimmt, daß der Flächeninhalt des durch die Punkte I bis IV gebildeten Vierecks dem Wert des Energieinhalts entspricht, der als Ausgangswert der Schaltung 4 ausgegeben wird.

Dieses Muster, das exemplarisch durch die Punkte I bis IV dargestellt ist, ist charakteristisch für den Fahr-(-Betriebs-)zustand des Kraftfahrzeugs. Ändert sich dieser und werden die Punkte I bis IV in entsprechender Weise für den jeweils neuen Fahrzustand gebildet, so ändert sich auch das Muster in charakteristischer Weise. Dies ist in Fig. 3 gezeigt.

In dieser Figur ist anhand von Kennlinien für typische Musterformen gezeigt, wie diese bei einer typischen Veränderung des Fahrzustands ihre charakteristische Form beibehalten und gleichzeitig erkennen lassen, daß sich ein kritischer Fahrzustand nähert. Die beispielshaft auf sechs Kurven K 1-K 6 dargestellten Veränderungen typischer Musterformen führen sämtlich dazu, bei Beibehaltung der unveränderten Parameter und Änderung eines maßgeblichen Parameters im kritischen Fall eine Form anzunehmen, die sich von der Form dieses Musters zu einem unkritischen Zustand - bei einem entsprechenden geänderten Wert des veränderlichen Parameters - lediglich hinsichtlich der Größe des Musters unterscheidet.

Den möglichen Fahrzuständen eines Kraftfahrzeugs ist jeweils ein Muster zugeordnet, das auf einer der eingezeichneten sechs bzw. im Idealfall unendlich vielen Kurven liegt. Jede dieser Kurven ist, wie bereits ausgeführt, durch einen relevanten Parameter geprägt, wobei die anderen Parameter unverändert sind. Im Falle der dargestellten sechs Kurven sind die variablen Parameter z. B. Zentripedalkraft, Haftbeiwert, Beschleunigung, Sturzwinkel, Radeinschlag und Fahrwerkskonstanten. Die Endpunkte der Kurven sind durch eine Einhüllende H miteinander verbunden, die sämtliche auftretenden kritischen Fahrzustände beschreibt.

Ein Kraftfahrzeug durchläuft während seines Betriebs eine Reihe von Fahrzuständen, die sich in Form eines mit dem Mustererzeuger 5 gebildeten zweidimensionalen Musters zeigen. Diese Muster sind in den Mustern enthalten, die in Fig. 3 schematisch gezeigt sind. Die Übereinstimmung des aktuellen Musters mit einem der in Fig. 3 dargestellten Muster kann mit Hilfe üblicher Bildvergleichstechniken bestimmt werden, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Nähert sich das Kraftfahrzeug einem kritischen Betriebszustand an, so zeigt sich dies in Fig. 3 darin, daß das Muster in der Nähe der Einhüllenden H liegt bzw. zu dieser hin tendiert. Durch die Form der Bildung des Musters und den Vergleich mit vorgegebenen Mustern wird es somit möglich, die Annäherung an einen kritischen Betriebszustand rechtzeitig zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Diese kritischen Betriebszustände drücken sich in Mustern aus, die für die erste und letzte Kurve dargestellt sind und die sich von den Mustern der zugehörigen Kurve lediglich hinsichtlich des Flächeninhalts unterscheiden. Die grundsätzliche Form und Zugehörigkeit zu einer der eingezeichneten Kurven K 1-K 6 für die unterschiedlichen varialben Parameter drückt sich in der Ähnlichkeit der Muster aus.

Die einzuleitenden Gegenmaßnahmen können nun in üblicher Weise in einem Eingriff in die Motor oder Bremsengregelung bestehen oder in sonstiger Weise dazu dienen, den kritischen Fahrzustand zu verhindern. Hierzu gehört auch eine Anzeige an den Benutzer des Kraftfahrzeugs, wenn sich der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs einem kritischen Zustand annähert.

Die Vorgabe der zum Vergleich des aktuellen, dem jeweiligen Betriebszustand entsprechenden Musters heranzuziehenden vorgegebenen zweidimensionalen Muster kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Es ist möglich, in einem Musterspeicher 6 in Fig. 1 die in Fig. 3 dargestellte Muster vorzuhalten. Im Gegensatz zu dieser für sämtliche Kraftfahrzeuge eines Typs gültigen Vorgabe der Vergleichsmuster ist es aber möglich, diese Muster anhand des jeweiligen Kraftfahrzeugs zu gewinnen. Hierzu dient eine an sich beispielsweise aus dem Gebiet der Fertigungstechnik bekannte Teach-in-Schaltung, mit der es möglich ist, diese Muster unter vorgegebenen Betriebszuständen abzuspeichern. Hierzu dient (Fig. 1) eine schematisch gezeigte Taste 7, die den Musterspeicher 6 aktiviert und in die Lage versetzt, die vom Mustererzeuger 5 gelieferten Muster zusammen mit weiteren Informationen festzuhalten. Zu diesen Informationen gehört beispielsweise Art und Größe des variablen Parameters, der das Muster einer der eingezeichneten sechs Kurven in Fig. 3 zuordnet bzw. seine Veränderung im Verlauf dieser Kurve beschreibt.

Das vom Mustererzeuger 5 gelieferte Muster wird als eine Ausführungsform der Erfindung mit sämtlichen Mustern verglichen, die im Musterspeicher 6 enthalten sind. Die Übereinstimmung des vom Mustererzeuger 5 stammenden Muster mit einem der gespeicherten Muster wird, wie bereits ausgeführt, mit Hilfe üblicher Bildvergleichstechniken bestimmt. Dieser Vergleich erfolgt in einem Mustervergleicher 7.

Anstelle der Möglichkeit, das aktuelle Muster mit sämtlichen gespeicherten Mustern zu vergleichen, können als Mittel zur Beschleunigung des Mustervergleichs weitere Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise die Geschwindigkeit v der zurückgelegte Weg s, die Zeit t ab einem Startzeitpunkt, die Umdrehungszahl der Brennkraftmaschine oder der Haftbeiwert herangezogen werden, die mittels spezieller Sensoren ermittelt werden können. Diese Betriebsparameter werden in einem Umwandler 8 aufbereitet und dem Mustervergleicher 7 weitergegeben. Dieser erkennt aufgrund der aktuellen Betriebsparameter, in welchem Bereich das aktuelle Muster liegen kann, d. h. in welchem Bereich von Fig. 3 das zugehörige Vergleichsmuster zu finden ist. Dieses Vergleichsmuster ist für einen angenommenen Betriebsfall in Fig. 3 durch ein strichliertes Rechteck r eingezeichnet. Im angenommenen Fall von nur sechs Kurven, auf denen die zugehörigen Muster verlaufen, ist in dem jeweiligen Betriebsfall das vorgegebene Muster nur im Bereich zweier Kurven zu finden. Der Mustervergleicher 7 zieht somit zum Vergleich des aktuellen Musters nur die in diesem Bereich vorhandenen vorgegebenen Muster zum Vergleich heran. Dadurch tritt eine deutliche Verringerung der Verarbeitungszeit auf.

Sobald das aktuelle Muster mit einem vorgegebenen Muster zur Übereinstimmung gebracht ist, d. h. der aktuelle Betriebszustand des Kraftfahrzeugs mit einem vorgegebenen Betriebszustand identifiziert ist, bestimmt der Mustervergleicher 7 zusätzlich, ob es sich bei diesem Betriebszustand um einen bevorstehenden kritischen Betriebszustand handelt. Dies wird beispielsweise dadurch ermöglicht, daß zwei z. B. in definiertem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgende aktuelle, vom Mustererzeuger 5 gelieferte Muster verglichen werden und der Grad der Annäherung an die Einhüllende H bestimmt wird. Nähert sich der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs dem kritischen Betriebszustand an, so nähert sich auch das Muster der Einhüllenden H an. In diesem Fall leitet der Mustervergleicher 7 Warn- und Hilfsmaßnahmen ein. Die Warnmaßnahmen können beispielsweise darin bestehen, daß Warntexte in einem Spracherzeuger (nicht dargestellt) erzeugt und auf übliche Weise ausgegeben werden. Die Hilfsmaßnahmen werden über eine Einrichtung 9 ergriffen, die beispielsweise einem Bremseneingriff oder einen Eingriff in das Motor- oder Antriebsmanagement vornimmt.

Anstelle des in Fig. 2 bzw. Fig. 3 dargestellten zweidimensionalen Musters kann dieses auch mehrdimensional sein. Hierzu werden entsprechende Rechenverfahren angewendet, die die Berücksichtigung weiterer Dimensionen des Musters ermöglich. Bei diesen Dimensionen kann es sich um die Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs handeln. Hier zu nennen sind z. B. Masse, Zentripedalkraft, Haftbeiwert, Beschleunigung, Sturzwinkel, Radeinschag und Fahrwerkskonstante. Im Prinzip läuft diese mehrdimensionale Musterverarbeitung jedoch auf das Verfahren hinaus, das anhand der Fig. 1 bis 3 für ein zweidimensionales Musters dargestellt ist.

Mit Hilfe der Erfindung wird es möglich, den aktuellen Betriebszustand eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines n-dimensionalen (im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei-dimensionalen) Muster zu analysieren und die Annäherung an einen kritischen Betriebszustand rechtzeitig zu erkennen. Das hierzu verwendete Verfahren der Mustererzeugung bzw. des Mustervergleichs stellt ein sehr effizientes Verfahren dar, da es auf einfache und übersichtliche Weise erlaubt, dem aktuellen Betriebszustand ein allein aus dem Ausgangssignal eines einzigen relevanten Sensors einfach zu erzeugendes und zu verarbeitendes Muster zuzuordnen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Ermitteln von Betriebszuständen eines Kraftfahrzeugs aus den Ausgangssignalen eines Sensors für eine relevante Betriebsgröße, die einerseits direkt und andererseits prallel dazu über einen Analysator hinsichtlich eines relevanten Parameters detektiert einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Sensors über mindestens einen weiteren Analysator hinsichtlich eines weiteren Parameters analysiert parallel ebenfalls der Auswerteeinrichtung zugeführt wird, daß die Auswerteeinrichtung ein zumindest zweidimensionales Muster erzeugt, dessen Form durch die Ausgangssignale des Sensors und der Analysatoren bestimmt ist, daß das Muster mit vorgegebenen Mustern verglichen wird und daß bei Annäherung an ein Grenzmuster für einen kritischen Betriebszustand eine Warn- oder Anzeigemaßnahme ergriffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Muster in einem vorangehenden Lernschritt unter definierten Betriebszuständen erzeugt und in einem Musterspeicher abgelegt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit Mustern, die für die Annäherung an einen kritischen Betriebszustand typisch sind, ein akustisches Warnsignal gespeichert wird, das bei Annäherung an den kritischen Betriebszustand aktiviert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor für eine weitere Betriebsgröße, dessen Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung zugeführt wird und das den Zugriff auf die vorgegebenen Muster steuert.