DE4340746C2 - Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dy­ namischen Systems, beispielsweise zum Diagnostizieren eines Reifenluft­ drucks oder zum Festellen einer Änderung eines Fahrzeugaufbaugewichts. Genauer betrifft die Erfindung eine Diagnoseeinrichtung zum Abschätzen eines Fehlers hinsichtlich einer in einem dynamischen System erzeugten Störung, um einen Fehler in einem dynamischen System zu diagnostizieren, eine Abnormali­ tät eines Reifenluftdrucks festzustellen oder eine Änderung eines Fahrzeugauf­ baugewichts festzustellen, und bezieht sich weiter auf eine Reifenluftdruckdia­ gnoseeinrichtung und eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrich­ tung unter Verwendung einer solchen Diagnoseeinrichtung.

Eine Einrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers eines dynamischen Sy­ stems ist bekannt. Die Diagnoseeinrichtung diskriminiert das Vorhanden­ sein/Fehlen des Fehlers und den Fehlerteil unter Verwendung eines Residual­ wertes zwischen der Antwort des dynamischen Systems, die aus einem norma­ len Modell des dynamischen Systems hergeleitet wird, und der aktuellen, mit­ tels eines Sensors gemessenen Antwort.

Diese herkömmliche Technik ist beispielsweise beschrieben in "A Generalized Likelihood Ratio Approach to Detection and Estimation of Jumps in Linear Sy­ stems" von A. S. Willskey & H. L. Jones, IEEE Trans. AC-21, Nr. 1, 1976, Seiten 108-112.

Fig. 7 zeigt eine nach diesem Verfahren arbeitende Fehler­ diagnoseeinrichtung 20. Die Fehlerdiagnoseeinrichtung diagnostiziert ein zu steuerndes bzw. zu regelndes dynami­ sches System 10 auf Grundlage eines Steuereingangs 14 von einem Steuergerät 12. In Fig. 7 bezeichnen die Bezugsbuch­ staben u und d einen Steuereingangsvektor und einen äußeren Störvektor, die auf das dynamische System 10 einwirken. y ist ein Steuerausgang des dynamischen Systems 10 und x ist ein interner Zustandsvektor des dynamischen Systems 10, welcher unter Verwendung eines Sensors gemessen wird.

Die Fehlerdiagnoseeinrichtung 20 enthält einen Normalmo­ dellbeobachter 22, eine Anzahl von Fehlermodellbeobachtern 24-1, 24-2, . . . 24-n, Likelihood-Verhältnisfeststell- und Ermittlungsteile 26-1, 26-2, . . ., 26-n, welche so angeord­ net sind, daß sie den jeweiligen Fehlermodellbeobachtern entsprechen, und einen Fehlerdiskriminierteil 28.

Der Normalmodellbeobachter 22 ermittelt die Zustandsgröße des dynamischen Systems 10, basierend auf dem Normalmodell, aus dem Steuereingangsvektor u und dem Steuerausgangsvektor y des dynamischen Systems 10 und liefert ein Schätzaus­ gangssignal 23. Ein Residualwert 25 zwischen dem Schätzaus­ gangssignal 23 und dem Zustandsvektor x des dynamischen Sy­ stems 10, der aktuell mittels eines Sensors gemessen wird, wird den Likelihood-Verhältnisfeststell- und Ermittlungs­ teilen 26-1, 26-2, . . ., 26-n zugeführt.

Jeder Fehlermodellbeobachter 24-1, 24-2, . . ., 24-n ermit­ telt und berechnet den Zustand des dynamischen Systems 10 auf Grundlage des jeweiligen unterschiedlichen Fehlermo­ dells. Residualwerte 29-1, 29-2, . . ., 29-n zwischen Schätz- bzw. Ermittlungsausgängen 27-1, 27-2, . . ., 27-n des jewei­ ligen Fehlermodellbeobachters 24-1, 24-2, . . ., 24-n und dem aktuell gemessenen Zustand x des dynamischen Systems 10 werden den entsprechenden Likelihood-Verhältnisfeststell- und Ermittlungsteilen 26-1, 26-2, . . ., 26-n zugeleitet.

Jeder Likelihood-Verhältnisfeststell- und Ermittlungsteil 26-1, 26-2, . . ., 26-n berechnet eine Wahrscheinlichkeit (Likelihood-Verhältnis), für das entsprechende Modell, ab gestimmt mit dem vorhandenen dynamischen System 10, aus den Residualsignalen 25 und 29 aus dem Normalmodellbeobachter 22 und dem Fehlermodellbeobachter 24. Das Ergebnis dieser Berechnung wird zu dem Fehlerdiskriminierteil 28 ausge­ geben.

Auf diese Weise berechnet jedes Likelihood-Verhältnisfest­ stell- und Ermittlungsteil 26-1, 26-2, . . ., 26-n das Like­ lihood-Verhältnis des jeweiligen Modells für jedes angenom­ mene Fehlermodell in Abstimmung mit dem vorhandenen dynami­ schen Modell 10. Der Fehlerdiskriminierteil 28 bestimmt das Fehlermodell des Maximum-Likelihood-Verhältnisses aus dem Eingangssignal, wodurch das Auftreten eines Fehlers des dy­ namischen Systems 10 und ein Fehlerteil diskriminiert wer­ den.

Bei der herkömmlichen Einrichtung 20 treten folgende Pro­ bleme auf:
Erstens erhält die herkömmliche Einrichtung 20 ein Modell, welches dem Fehler aus den Residualwerten 25, 29 zwischen den Zuständen 23, 27, die von den Beboachtern 22, 24 ermit­ telt werden, und dem aktuell gemessenen Wert x entspricht. Dieser Residualwert hängt merklich vom Aufbau des Beobach­ ters ab; je höher die Rate der Feststellung des Zustandes des Beobachters (Fehlerfeststellrate) ist, je kleiner ist der Residualwert, so daß die Fehlerfeststellempfindlichkeit vermindert wird.

In einem verrauschten, d. h. mit stochastischen Störsignalen behafteten System insbesondere kann nur ein großer und plötzlicher Fehler festgestellt werden.

Bei der herkömmlichen Einrichtung ist die Berechnung des Likelihood- Verhältnisses für eine Fehlerfeststellung kompliziert. Des weiteren muß diese Berechnung für jedes Fehlermodell stattfinden. Als Folge würde der Berech­ nungsumfang erstaunlich groß, so daß die herkömmliche Einrichtung eine Dia­ gnose in Echtzeit nicht zulassen würde.

Wenn nur eine einzige zu diagnostizierende interne Zustandsgröße x des dy­ namischen Systems 10 nicht gemessen werden kann, ist es des weiteren un­ möglich, den internen Fehler des Diagnoseobjekts festzustellen und zu spezifi­ zieren. Die interne Zustandsgröße x des dynamischen Systems 10 wird nämlich als ein Zustandsvektor festgestellt, der aus einer Anzahl von Elementen zu­ sammengesetzt ist. Selbst wenn ein einziges Element des Zustandsvektors x nicht gemessen werden kann, würde es daher unmöglich sein, den internen Fehler des Diagnoseobjekts festzustellen oder zu spezifizieren.

Des weiteren verwendet die herkömmliche Einrichtung nicht das Konzept, eine externe Störung d, die von einer externen Quelle her eindringt, von einer inter­ nen Störung zu trennen, die aufgrund des internen Fehlers erzeugt wird. Die Meßgenauigkeit kann deshalb durch externe Störungen beeinflußt werden.

Aus der US 5 041 976 ist ein System zur Diagnose von Fehlern in elektroni­ schen Steuersystemen bekannt, bei dem eine große Informationsmenge zwi­ schen dem elektronischen Steuerprozessor und einem von ihm kontrollierten mechanischen System ausgetauscht wird. Die Daten werden derart erfaßt, daß Parametervektoren gebildet werden, die den Systembetrieb beschreiben. Die Vektoren werden einem Mustererkennungssystem, wie einem neuralen Netzwerk, zugeführt, damit eine Klassifizierung entsprechend dem Betriebszustand des elektronisch gesteuerten Systems erfolgt. Für eine Diagnose eines elektro­ nisch gesteuerten Motorbetriebes entsprechen die in den Vektoren enthaltenen Parameter einzelnen Zündereignissen, die in dem Motor auftreten, der unter einer vorbestimmten Bedingung arbeitet. Das Diagnosesystem kann als Ser­ vicewerkzeug in einer Servicestation implementiert werden, oder in einem elek­ tronischen Fahrzeugsteuersystem selbst enthalten sein.

Die US 5 023 045 beschreibt ein Diagnoseverfahren für Fehlfunktionen in einer Fabrik. Dabei wird durch Simulation eine Änderung in einer Fabrikzustandsva­ riablen bestimmt, unter den Fabrikzustandsvariablen ein Muster durch Autore­ gressionsanalyse der Änderung in der Fabrikzustandsvariablen gebildet, das Muster unter den Fabrikzustandsvariablen in ein neurales Netzwerk eingesetzt, ein Lernvorgang durchgeführt, bis eine vorbestimmte Genauigkeit erreicht wird, und die Änderung der Fehlfunktion durch Einsetzen eines Musters in das neu­ rale Netzwerk identifiziert, welches Muster dasjenige Muster unter den Fabrik­ zustandsvariablen anzeigt, das durch erfaßte Daten aus der Fabrik gebildet wird. Das Muster unter den Fabrikzustandsvariablen ist eine Kohärenzfunktion, die eine Korrelation des Frequenzspektrums jeder Fabrikzustandsvariablen anzeigt.

Aus der US 4 063 311 ist eine Diagnoseeinrichtung bekannt, die den Speicher eines Steuergerätes abtastet und asynchron arbeitet, um Fehlerzustände über die Zustände von Eingabe- und Ausgabesignalen des Steuergerätes zu erfas­ sen.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Diagnoseeinrichtung für ein dyna­ misches System zu schaffen, die in der Lage ist, einen Fehlerteil eines dynami­ schen Systems zu spezifizieren und eine genaue Diagnose bei einem kleinen Berechnungsumfang durchzuführen, ohne viele Beobachter entsprechend einer Anzahl von zu diagnostizierenden Teilen bzw. Bereichen zu verwenden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Reifenluftdruckdiagnose­ einrichtung für ein dynamisches System zu schaffen, welches durch eine Rad­ aufhängung und ein Rad gebildet ist, welche Einrichtung einen Reifenluftdruck des Rades einfach und genau diagnostizieren kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Fahrzeugaufbaugewichts­ änderungsfeststelleinrichtung zum Feststellen einer Änderung des Fahrzeug­ aufbaugewichts bei einem dynamischen System zu schaffen, welches durch eine Radaufhängung und ein Rad gebildet ist.

Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Diagnose­ einrichtung für ein dynamisches System zum Diagnostizieren des dynamischen Systems durch Feststellen eines Fehlers des dynamischen Systems geschaf­ fen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Abschätzen eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Stö­ rungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zu­ standsvektor des dynamischen Systems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkor­ relation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Abtrennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente von der integrierten Störung und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren eines entsprechenden Feh­ lerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten, zur internen Störung in Beziehung stehenden Komponente und zum Durchführen einer Diagnose.

Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung derart aufgebaut, daß eine Querkorrelation zwischen einem Element des integrierten Störungs­ vektors und einem nicht mit dem externen Störungsvektor korrelierten Element des internen Zustandsvektors berechnet wird und von dem Element des inte­ grierten Störungsvektors eine zu der internen Störung in Beziehung stehende Komponente abgetrennt wird.

Alternativ kann die Korrelationsberechnungsvorrichtung so aufgebaut sein, daß die Berechnung eines Richtungsvektors der integrierten Störung mit dem inter­ nen Zustandsvektor als ein Basisvektor derart durchgeführt wird, daß die zeit­ bezogene Summe des Quadrates eines Fehlers zwischen dem integrierten Störungsvektor und dem Produkt aus dem internen Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor minimal ist, und daß von dem Element des integrierten Störungsvektors eine in Beziehung zur internen Störung stehende Komponente abgetrennt wird.

In einer anderen alternativen Form kann die Korrelationsberechnungsvorrich­ tung so aufgebaut sein, daß eine Querkorrelation zwischen einer Mehrzahl von Elementen des ermittelten integrierten Störungsvektors und einem nicht mit der externen Störung des internen Zustandsvektors korrelierten Element des inter­ nen Zustandvektors berechnet wird und daß von den Elementen des integrier­ ten Störungsvektors Elemente, die in Beziehung zu der internen Störung ste­ hen, abgetrennt werden. Die Diagnosevorrichtung kann so aufgebaut sein, daß der Fehlerteil des dynamischen Systems aus den abgetrennten Elementen, die mit den internen Störungen in Beziehung stehen, spezifiziert wird.

Vorzugsweise enthält die Diagnosevorrichtung: einen Speicherteil, in welchem vorher ein Fehlerfeststellstandardwert gespeichert wird, der jedem Element der mit der internen Störung in Beziehung stehenden Komponente entspricht; und einen Fehlerspezifizierteil zum Vergleichen jedes Elements der abgetrennten Komponente, die mit der internen Störung in Beziehung steht, mit dem ent­ sprechenden Fehlerfeststellstandardwert und zum Spezifizieren des Fehlerteils des dynamischen Systems.

Vorzugsweise enthält die Diagnosevorrichtung weiter einen Sensor zum Mes­ sen aller Elemente oder eines Teils von Elementen des internen Zustandsvek­ tors des dynamischen Systems.

Die Störungsermittlungsvorrichtung kann derart aufgebaut sein, daß alle Ele­ mente oder ein Teil von Elementen des internen Zustandsvektors des dynami­ schen Systems abgeschätzt bzw. ermittelt werden.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung 30 für ein dynami­ sches System. Das mittels der Diagnoseeinrichtung 30 zu diagnostizierende dynamische System 10 wird basierend auf einem Steuereingang 14 von einem Steuergerät 12 gesteuert. In dem dynamischen System 10 verändert sich der interne Zustand basierend auf dem Steuereingang 14 und einer externen Stö­ rung 15, die von einer externen Quelle her eingeht, so daß ein Steuerausgang 16 sich ändert. Das Steuergerät 12 steuert das dynamische System 10 unter Verwendung des Steuerausgangs 16 als ein Rückkopplungssignal.

Das dynamische System 10 hat n interne Zustandsgrößen (d. h. die Dimension bzw. der Grad des Systems ist n). u stellt einen Steuereingangsvektor 14 zu dem System 10 dar, welcher Vektor aus m Elementen zusammengesetzt ist. y stellt einen Steuerausgangsvektor 16 dar, der aus p Elementen zusammen­ gesetzt ist, welche vom System 10 ausgegeben werden. d stellt einen externen Störungsvektor 15 dar, der aus n Ele­ menten zusammengesetzt ist, wobei die Zahl n gleich der Ordnung des dynamischen Systems 10 ist.

Die Diagnoseeinrichtung 30 enthält eine Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32, eine Korrelationsberechnungsvor­ richtung 34 und eine Diagnosevorrichtung 36 und stellt einen Fehler des dynamischen Systems 10 als eine innere Störung fest.

Die Störungsermittlungsvorrichtung 32 ermittelt einen inte­ grierten Störungsvektor w, der die Summe aus dem externen Störungsvektor d und einem internen Störungsvektor des dynamischen Systems 10 ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems 10 (ein aus Elemen­ ten zusammengesetzter Vektor, die die Größe des internen Zustandes des dynamischen Systems 10 darstellen), und gibt den integrierten Störungsvektor w zur Korrelationsberech­ nungsvorrichtung 34.

In Fig. 1 wird der Steuerausgangsvektor y des dynamischen Systems 10 als Eingang der Störungsermittlungsvorrichtung 32 zugeführt. Die Störungsermittlungsvorrichtung 32 ermit­ telt und berechnet einen internen Zustandsvektor x des dynamischen Systems 10 aus dem Steuerausgangsvektor y und gibt den berechneten Vektor x an die Korrelationsberech­ nungsvorrichtung 34. Dieses Ermitteln und Berechnen ge­ schieht, wenn der Steuerausgangsvektor y Information enthält, welche in der Lage ist, die einzelnen Elemente des internen Zustandsvektors x zu berechnen. Das Ermitteln und Berechnen des oben genannten internen Zustandsvektors x geschieht gleichzeitig mit dem Ermitteln des integrierten Störungsvektors w. Genauer wird eine neue Zustandsgröße, die aus dem integrierten Störungsvektor w und der Zustands­ größe x zusammengesetzt ist, ausgedrückt durch Formel 8 er­ halten durch eine Berechnung nach der herkömmlichen linea­ ren Steuerungstheorie (z. B. "Introduction to Linear System Theory" written by Furuta & Sano, issued 1978 from Corona Co., Ltd., Seiten 127-137).

Wenn die in dem Steuerausgangsvektor y enthaltene Informa­ tionsmenge nicht ausreicht, um den internen Zustandsvektor zu ermitteln, kann ein Sensor zum Feststellen einer exter­ nen Zustandsgröße in dem dynamischen System 10 angebracht sein, so daß dessen Ausgang dem Eingang der Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 zugeführt wird.

Wenn Information über jeden internen Zustandsvektor x direkt vom Steuerausgangsvektor y des dynamischen Systems 10 erhalten werden kann oder, falls notwendig, von der Größe des internen Zustandssensors im dynamischen System 10, wird die Größe des internen Zustands x direkt der Kor­ relationsberechnungsvorrichtung 34 zugeführt.

Die Korrelationsberechnungsvorrichtung 34 berechnet eine Querkorrelation zwischen jedem Element des ermittelten integrierten Störungsvektors w und dem Element des internen Zustandsvektors x und trennt von jedem Element des internen Zustandsvektors w eine Komponente ab, die mit der internen Störung in Beziehung steht. Die mit der internen Störung in Beziehung stehende, abgetrennte Komponente wird dann zur Diagnosevorrichtung 36 ausgegeben.

Die Diagnosevorrichtung 36 ist so aufgebaut, daß der Feh­ lerteil des dynamischen Systems 10 von der abgetrennten, in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente spe­ zifiziert wird und dessen Zustand erhalten wird.

Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung 34 so aufgebaut, daß eine Querkorrelation für die mehreren Elemente des integrierten Störungsvektors w berechnet wird und von den mehreren Elementen des integrierten Zustands­ vektors w die in Beziehung zur internen Störung stehende Komponente abgetrennt wird.

Jedes Element der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente entspricht dem jeweiligen Feh­ lerteil, der in dem dynamischen System 10 hervorgerufen ist. Die Diagnosevorrichtung 36 ist deshalb in der Lage, das Auftreten eines Fehlers im dynamischen System 10 und dessen Fehlerteil von jedem Element der in Beziehung zur internen Störung stehenden, abgetrennten Komponente zu spe­ zifizieren.

In diesem Fall ist die Diagnosevorrichtung 36 so aufgebaut, daß sie vorzugsweise einen Speicherteil 40 enthält, in welchem vorher ein Fehlerfeststellstandardwert gespeichert ist, welcher jedem Element der mit der internen Störung in Beziehung stehenden Komponente entspricht, und weiter einen Fehlerspezifizierteil 38 enthält, um das Element der abge­ trennten Komponente, welche der internen Störung ent­ spricht, mit dem entsprechenden Fehlerfeststellstandardwert zu vergleichen und den Fehlerteil des dynamischen Systems 10 zu spezifizieren.

Im folgenden wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung beschrieben:
Zunächst wird der Betrieb der Störungsermittlungsvorrich­ tung 32 beschrieben:

Wenn in dem zu diagnostizierenden dynamischen System 10 ein Fehler auftritt, zeigt die interne Zustandsgröße des Dia­ gnoseobjekts eine von der unter dem Normalzustand verschie­ dene Antwort. Mit anderen Worten kann diese Antwort als eine Zusammensetzung einer Antwort unter der Normalbedin­ gung und einer Art von Störung, die dem Fehler entspricht, betrachtet werden. Diese Störung ist die interne, die in dem Diagnoseobjekt 10 erzeugt ist, und nicht die externe von außerhalb des Diagnoseobjekts 10. Die Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 ermittelt die interne Störung, die aufgrund des Fehlers auftritt, als eine integrierte Störung w, die die Summe der internen Störung und der externen Stö­ rung ist.

Im folgenden wird das Prinzip der Störungsermittlung der Störungsermittlungsvorrichtung beschrieben.

Es wird angenommen, daß das dynamische System 10 durch fol­ gende Gleichung beschrieben ist:

Formel 1

wobei x(t) ein interner Zustandsvektor des zu diagnostizie­ renden dynamischen Systems

10

ist, u(t) ein Steuereingangs­ vektor ist, y(t) ein Steuerausgangsvektor ist und d(t) ein externer Störungsvektor ist. Jede der Matrizen A, B und C ist eine konstante Matrix (Parameter des zu diagnostizierenden Systems), die durch die Struktur des Diagnoseobjekts zu bestimmen ist.

Deshalb kann [Formel 1] durch folgende Gleichung ausge­ drückt werden:

Formel 2

Das Diagnoseobjekt 10 mit einem Fehler kann in äquivalenter Weise unter Abänderungen der Matrizen A und B (Änderungen von Parametern) ausgedrückt werden. Mit anderen Worten kann das dynamische System 10 nach einem Fehler unter der Annah­ me, daß die Matrizen A und B sich um ΔA(t) und ΔB(t) ändern, durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Formel 3

wobei Dw(t) durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

Formel 4

Die Matrix D zeigt, auf welchem Weg des Diagnoseobjekts 10 eine von dem Fehler herrührende Störung aufgetreten ist und wird entsprechend dem Eindringweg der externen Störung und des angenommenen Fehlers bestimmt.

Die Formeln 3 und 4 können durch die folgenden allgemeinen Determinanten ausgedrückt werden:

Formel 5 Formel 6

Auf diese Weise kann die Antwort des Zustandsvektors auf das Auftreten eines Fehlers in dem Diagnoseobjekt durch die Summe der Antwort unter der Normalbedingung {Ax(t) + Bu(t)} und der Störung {Dw(t)} ausgedrückt werden. Die Störungs­ ermittlungsvorrichtung 32 ist so aufgebaut, daß sie die Störung Dw(t) ermittelt.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Störung auf folgende Weise er­ mittelt:
Als ein erster Schritt wird eine erweiterte Form des Diagnoseobjekts 10, dessen Zustand die Störung w(t) ent­ hält, konstruiert. Zu diesem Zweck wird w(t) folgendermaßen angenommen und als der Zustand des Diagnoseobjekts addiert.

Formel 7

Deshalb kann das erweiterte System des Systems, dessen Zustand w(t) enthält, durch folgende Formel ausgedrückt werden:

Formel 8

Als ein zweiter Schritt wird der Zustand [x^Tw^T]^T der Formel 8 ermittelt und unter Verwendung herkömmlicher linearer Steuerungstheorie berechnet.

Die Annahme der Formel 7 bedeutet gemäß Fig. 2, daß eine Störung 100, die sich ursprünglich kontinuierlich ändert, wie durch 110 angedeutet, stufenweise angenähert wird. Je kleiner die Stufenweite, je genauer ist die Näherung. Da die Stufenweite der Störungsermittlungszeit der Störungs­ ermittlungsvorrichtung 32 entspricht, die in Praxis im Ver­ gleich zur Veränderungsrate der Störung sehr kurz gemacht werden kann, genügt diese Näherung für die Praxis.

Wenn das erweiterte System beobachtbar ist, kann die Störungsermittlungsvorrichtung 32 auf diese Weise den Zustand ermitteln, der nicht gemessen werden kann, und zur gleichen Zeit die dem Fehler entsprechende Störung, selbst wenn nicht jeder Zustand des Diagnoseobjekts gemessen werden kann.

Zweitens wird der Betrieb der Korrelationsberechnungsvor­ richtung 34 beschrieben.

Wie oben beschrieben, enthält der von der Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 ermittelte integrierte Störungsvektor w(t) eine interne Störung, die aufgrund des Fehlers des Diagnoseobjekts 10 auftritt, und eine äußere Störung d, die von einer externen Quelle unabhängig davon, ob das Diagno­ seobjekt normal ist oder einen Fehler aufweist, in das Dia­ gnoseobjekt eindringt.

Diese externe Störung w ist ein unregelmäßiges Signal, aber zeichnet sich dadurch aus, daß ihr mittlerer Wert für eine bestimmte Zeit null ist. Unter Verwendung der charakteri­ stischen Eigenschaft der externen Störung d wird beim Er­ findungsgegenstand eine Berechnung durchgeführt, um die Komponenten (Differentialkomponenten ΔA, ΔB der Parameter), die mit der inneren, aufgrund des Fehlers hervorgerufenen Störung in Beziehung stehen, von der geschätzten integrier­ ten Störung w(t) abzutrennen. Ein typisches Verfahren die­ ser Berechnung ist die Methode der kleinsten Quadrate.

Zuerst wird von Formel 4 die folgende Gleichung definiert:

Formel 112

Dann wird unter Verwendung der Methode der kleinsten Qua­ drate [Symbol 59], welches die Formel 113 minimal macht, aus N Daten erhalten.

Formel 113

Dies wird unter der Annahme erreicht, daß eine partielle Differentialgleichung, die das Ergebnis einer partiellen Differentiation der Formel 113 nach [Symbol 60] ist, null ist; als Ergebnis erhält man die folgende Gleichung:

Formel 114

Wenn diese durch die folgende asymptotische Gleichung neu geschrieben wird:

Formel 115

können die Parameterdifferentiale ΔA und ΔB nacheinander hergeleitet werden. Θ stellt einen Richtungsvektor dar und ζ stellt einen Basisvektor dar.

Die Kalkulation dieser Querkorrelation wird nun in Verbin­ dung mit dem Fall beschrieben, in dem es keine Korrelation zwischen der externen Störung und jedem Element des Vektors ζ gibt. Indem man die Korrelation zwischen der integrierten Störung w(t) und der internen Zustandsgröße x(t) unkorre­ liert mit der externen Störung erhält, ist es in diesem Fall möglich, von der integrierten Störung w(t) eine Kompo­ nente abzutrennen, die mit der internen Störung in Bezie­ hung steht.

Beispielsweise kann das i-te Element des ermittelten Wertes des Störungsvektors w(t) durch folgende Gleichung ausge­ drückt werden:

Formel 9

Wie aus Formel 9 ersichtlich, ist das i-te Element der her­ geleiteten Störung eine lineare Kombination einer Größe Δaij, die einen Fehler des Diagnoseobjekts 10 darstellt, und des entsprechenden Elements x1, x2, . . ., xn des internen Zustandsvektors x(t).

Um die Fehlergröße vom i-ten Element der ermittelten Stö­ rung zu nehmen, wird die Querkorrelation zwischen dem i-ten Element der geschätzten Störung und der internen Zustands­ größe des Diagnoseobjekts 10 berechnet. Zu dieser Zeit kann die interne Zustandsgröße des Diagnoseobjekts, welche zur Berechnung der Querkorrelation verwendet werden muß, ein direkt von einem Sensor im dynamischen System 10 gemessener Wert oder ein Wert sein, der von der Störungsermittlungs­ vorrichtung 32 wie oben erläutert ermittelt ist.

Die Querkorrelationsfunktion zwischen dem i-ten Element der ermittelten Störung gemäß Formel 9 und dem zu erhaltenden j-ten Element xj von x wird nun erhalten.

Die Querkorrelationsfunktion wird hier durch folgende Glei­ chung definiert:

Formel 10

Wie oben ausgeführt, wird angenommen, daß wegen der Wirkung des Steuergeräts 12 keine Korrelation zwischen jedem Ele­ ment des externen Störungsvektors d(t) und jedem Element des interne Zustandsvektors x besteht.

Die Querkorrelationsfunktion und die Autokorrelationsfunk­ tion werden durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Formel 11

Die Werte der [Formel 11] können durch die folgenden Glei­ chungen ausgedrückt werden:

Formel 12

Die Berechnung unter Verwendung von Formel 9 findet unter der Annahme statt, daß die interne Zustandsgröße xj direkt von einem Sensor gemessen wird. Wenn xj nicht direkt gemes­ sen wird, sollte die Querkorrelationsfunktion erhalten wer­ den, indem der von der Störungsermittlungsvorrichtung 32 ermittelte Wert, basierend auf den folgenden Gleichungen, verwendet wird:

Formel 13 Formel 14

Da die Störungsermittlungsvorrichtung 32 die interne Zu­ standsgröße xj des Diagnoseobjekts ohne jeden Fehler her­ leiten kann, unabhängig davon, ob ein Fehler und eine ex­ terne Störung existieren, kann aus den Funktionen der Formel 13 und Formel 14 fast das gleiche Ergebnis erhalten werden wie in dem Fall, in dem der interne Zustand direkt gemessen wird.

Der Betrieb der Diagnosevorrichtung 36 wird beschrieben.

Die Diagnosevorrichtung 36 stellt einen aufgetretenen Feh­ ler fest und spezifiziert einen Fehlerteil aus der Korre­ lationsfunktion Cij, die eine mit der internen Störung, welche von der Korrelationsberechnungsvorrichtung 34 berechnet ist, in Beziehung stehende Komponente ist. Durch Normierung der Korrelation Cij durch Teilung mit einer Autokorrelation vxj des Zustandes, ist es somit möglich, die Parameteränderung Δaji festzustellen. Dies ergibt sich folgendermaßen:

Formel 116

Unter der Annahme, daß der mittlere Wert der Formel 116 null beträgt, ist diese Gleichung identisch mit dem Fall, bei dem keine Korrelation zwischen den individuellen Ele­ menten des Vektors ζ in Formel 114 besteht.

Bei beispielsweise angenommen, daß die Elemente des zu diagnostizierenden dynamischen Systems 10 ein Element I und ein Element II sind, befindet sich der das Element I dar­ stellende Parameter in der ersten Spalte in der ersten Zeile der Matrix A des durch die Zustandsgleichung der Formel 1 beschriebenen dynamischen Systems, und der das Element II darstellende Parameter befindet sich in der ersten und zweiten Spalte in der ersten Zeite der Matrix A. Wenn die Korrelationsfunktion C₁₂, d. h. Δa₁₂ einen Wert hat, beurteilt die Diagnosevorrichtung 36 zu dieser Zeit das Element II unmittelbar als fehlerhaft. Wenn C₁₂ keinen Wert hat sondern C₁₁, d. h. Δa₁₁ einen Wert hat, beurteilt die Diagnosevorrichtung 36 das Element I als fehlerhaft.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, einen Fehler, der in dem individuellen Element des dynamischen Systems 10 auf­ tritt, verläßlich festzustellen und den Fehlerteil genau zu spezifizieren.

Beim Stand der Technik, bei dem die einem Fehler entspre­ chende Größe aus dem Residualwert zwischen dem von einem Beobachter hergeleiteten Zustand und dem direkt gemessenen Zustand erhalten wird, ist es dagegen unmöglich, den Fehler durch eine einfache Berechnung wie die Korrelationsberech­ nung zu spezifizieren, da der Residualwert keine einfache Beziehung zu dem Fehler (wie Formel 9) hat.

Erfindungsgemäß kann je nach Aufbau der Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 jeder der folgenden Moden genommen werden.

In einem ersten Mode kann jede interne Zustandsgröße x(t) des Diagnoseobjekts 10 mittels eines Sensors gemessen wer­ den, und ist die Störungsermittlungsvorrichtung so aufge­ baut, daß nur der integrierte Störungsvektor w(t) ermittelt wird. Da die Ordnung der Störungsermittlungsvorrichtung 32 nur von der Ordnung der Störung ist, ist es in diesem Fall möglich, mit der einfachsten Konstruktion die maximale Fehlerfeststellgenauigkeit zu erreichen.

Das zweite Beispiel ist der Fall, bei dem ein Teil der internen Zustandsgröße x(t) des Diagnoseobjekts 10 nicht gemessen oder von der Störungsermittlungsvorrichtung ohne Messung nicht ermittelt werden kann. In diesem Fall ist die Störungsermittlungsvorrichtung 32 so aufgebaut, daß der integrierte Störungsvektor w(t) und die interne Zustands­ größe, die nicht gemessen werden kann oder nicht gemessen wird, ermittelt und berechnet wird.

Da es unnötig ist, einen Teil der internen Zustandsgröße des Diagnoseobjekts 10 zu messen, kann bei diesem Beispiel die Anzahl von Sensoren vermindert werden. Da die Störungs­ ermittlungsvorrichtung 32 nicht nur die Störgröße sondern auch die interne Zustandsgröße, die nicht gemessen werden kann, ermittelt, ist es möglich, den Fehler in im wesentli­ chen der gleichen Weise wie in dem Fall, in dem jeder in­ terne Zustand gemessen wird, zu messen, wobei dieser ermittelte Wert zur Berechnung der Korrelation verwendet wird.

Wenn ein Teil der internen Zustandsgröße x(t) des Diagnose­ objekts 10 nicht gemessen werden kann, ermittelt die Stö­ rungsermittlungsvorrichtung 32 und berechnet den wechsel­ seitigen Störungsvektor w(t) und alle internen Zustandsgrö­ ßen x(t) einschließlich der internen Zustandsgröße, die nicht gemessen werden kann.

Bei diesem Beispiel ist es ähnlich wie im zweiten Beispiel möglich, die Anzahl von Sensoren zu vermindern und den Fehler im wesentlichen in gleicher Weise zu spezifizieren wie in dem Fall, in dem jede interne Zustandsgröße gemessen wird.

Des weiteren ist es möglich, den Aufbau der Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 etwas einfacher als beim zweiten Bei­ spiel zu machen.

Die Berechnung in jedem des ersten bis dritten Beispiels wird nun genauer beschrieben.

Im ersten Beispiel, in dem jede interne Zustandsgröße des Diagnoseobjekts 10 gemessen wird, kann unter Verwendung des Mittelwertes des Störungsvektors der Formel 9 zunächst die Formel durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Formel 52

In dem Fall, in dem jede Zustandsgröße des Diagnoseobjekts gemessen werden kann, ergibt die Querkorrelationsfunktion zwischen dem ermittelten Störungsvektor und der Zustands­ größe xj den in folgender Gleichung dargestellten Wert:

Formel 53

Unter der Annahme, daß keine Korrelation zwischen den Zu­ standsgrößen des Diagnoseobjekts besteht, können die indi­ viduellen Terme der Formel 53 durch die folgenden Gleichun­ gen ausgedrückt werden:

Formel 54

Da angenommen wird, daß auch zwischen dem Zustand xj des Diagnoseobjekts und der externen Störung keine Korrelation besteht, ist eine durch die folgende Gleichung dargestellte Beziehung sichergestellt:

Formel 55

Als Ergebnis wird der Wert der Korrelationsfunktion schließlich durch folgende Gleichungen ausgedrückt:

Formel 56 Formel 57

In dem Fall, in dem ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform die Querkorrelation unter Verwendung des von der Störungsermittlungsvorrichtung 32 ermittelten Wer­ tes berechnet werden muß, kann die Berechnung durch folgen­ de Formel ausgedrückt werden:

Formel 58

Da angenommen ist, daß zwischen den Zustandsgrößen des Diagnoseobjekts keine Korrelation besteht, können die individuellen Terme der Formel 58 durch folgendes ausge­ drückt werden:

Formel 59

Der Wert der Querkorrelation kann daher folgendermaßen aus­ gedrückt werden:

Formel 60 Formel 61

Unter Verwendung der auf diese Weise erhaltenen Querkorre­ lationsfunktion ist es auch möglich, das Auftreten eines Fehlers und den Fehlerteil zu spezifizieren.

Da, wie oben ausgeführt, erfindungsgemäß eine Störungser­ mittlungsvorrichtung zum Ermitteln einer auf einen Fehler zurückgehenden Störung als ein Zustand des Diagnoseobjekts als Fehlerfeststellvorrichtung verwendet wird, würde keine nachteilige Beeinflussung zwischen der Fehlerfeststellge­ schwindigkeit und der Fehlerfeststellempfindlichkeit be­ stehen, was beim Stand der Technik der Fall ist, so daß die Fehlerfeststellgeschwindigkeit und die Fehlerfeststell­ empfindlichkeit deutlich verbessert werden können.

Da die Beziehung zwischen der ermittelten Störung und dem Fehlerteil durch eine einfache Formel ausgedrückt werden kann, ist es möglich, auf einfache Weise eine von außen einwirkende Störung von einer inneren, aufgrund eines Feh­ lers eingetretenen Störung zu trennen und den Fehlerteil zu spezifizieren.

Die beim Berechnen einer Korrelation zu verwendende interne Zustandsgröße ist in keiner Weise auf die von einem Sensor direkt gemessene Größe beschränkt und kann bei Bedarf die Größe des internen Zustands sein, welche von der Störungs­ ermittlungsvorrichtung gleichzeitig mit der Ermittlung der Störung ermittelt wird. Auf diese Weise kann eine de­ taillierte Fehlerfeststellung erreicht werden, ohne jede interne Zustandsgröße des Diagnoseobjekts zu messen.

Erfindungsgemäß ist es möglich, einen Fehlerteil des Dia­ gnoseobjekts mit hoher Empfindlichkeit zu spezifizieren, ohne so viele Beobachter entsprechend dem Fehler, ähnlich wie beim Stand der Technik, zu verwenden und ohne jeden Zu­ stand des Diagnoseobjekts entsprechend der Notwendigkeit zu messen.

Da das beim Spezifizieren des Fehlers verwendete Rechener­ gebnis dem Ausmaß des Fehlers des Diagnoseobjekts ent­ spricht, kann es des weiteren als Information für die Iden­ tifizierung der Parameter nach einem Fehler und für eine Überarbeitung des Steuersystems verwendet werden.

(2) Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung

Im folgenden wird eine Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung, die entsprechend den grundsätzlichen Merkmalen der geschil­ derten dynamischen Systemdiagnoseeinrichtung aufgebaut ist, genauer beschrieben.

Entsprechend einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren des Zustandes eines Reifenluftdrucks eines durch eine Rad­ aufhängung und ein Rad gebildeten dynamischen Systems ge­ schaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynamischen System erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy­ namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie­ rend auf einem internen Zustandvektor des dynamischen Systems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Ab­ trennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente von Elementen des integrierten Störungsvektors, und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren des Zu­ standes des Reifenluftdruckes des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehen­ den Komponente.

Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung so aufgebaut, daß sie eine Querkorrelation zwischen einem Ele­ ment des integrierten Störungsvektors und einem mit dem ex­ ternen Störungsvektor unkorrelierten Element des internen Störungsvektors berechnet und von dem Element des inte­ grierten Störungsvektors eine in Beziehung zu der internen Störung stehende Komponente abtrennt.

Alternativ kann die Korrelationsberechnungsvorrichtung so aufgebaut sein, daß sie die Berechnung eines Richtungsvek­ tors der integrierten Störung mit dem internen Zustandsvek­ tor als ein Basisvektor derart ausführt, daß die zeitbezo­ gene Summe des Quadrates eines Fehlers zwischen dem inte­ grierten Störungsvektor und dem Produkt des internen Stö­ rungsvektors und des internen Zustandsvektors minimal ist und daß von dem Element des integrierten Störungsvektors eine in Beziehung zu der internen Störung stehende Komponente abgetrennt wird.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Korrelationsberechnungsvorrichtung derart aufgebaut sein, daß eine Querkorrelation zwischen einer Anzahl von Elemen­ ten des ermittelten integrierten Störungsvektors und einem mit der externen Störung unkorrelierten Element im internen Zustandsvektor berechnet wird und daß von den Elementen des integrierten Störungsvektors Elemente von Komponenten, die mit der internen Störung in Beziehung stehen, abgetrennt werden. Die Diagnosevorrichtung kann so aufgebaut werden, daß der Fehlerteil des dynamischen Systems von dem Element der abgetrennten, in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente spezifiziert wird.

Die erfindungsgemäße Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung wird basierend auf der oben beschriebenen dynamischen Sy­ stemdiagnoseeinrichtung gemäß Fig. 1 nun beschrieben.

Das zu diagnostizierende dynamische System 10 ist ein aus einer Radaufhängung und einem Rad zusammengesetztes System. Wenn ein Reifenluftdruck beispielsweise sich ändert, zeigt jede Zustandsgröße des Systems eine Antwort, die unter­ schiedlich von der unter Normalbedingungen ist. Mit anderen Worten kann diese Antwort als eine Antwort betrachtet wer­ den, welche aus der Antwort unter Normalbedingungen und der internen Störung zusammengesetzt ist, welche einer Änderung von beispielsweise dem Luftdruck entspricht. Durch Ermitt­ lung dieser Störung, d. h. eines integrierten Störungsvek­ tors unter Verwendung der Störungsermittlungsvorrichtung 32, ist es daher möglich, die Reifenluftdruckänderung fest­ zustellen.

Nun sei angenommen, daß das dynamische System 10, welches aus einer Radaufhängung und einem Rad zusammengesetzt ist, durch die folgende Zustandsgleichung beschrieben wird:

Formel 20

wobei x der interne Zustandsvektor des Systems

10

ist und u ein Steuereingang ist. Die Radaufhängung entspricht der Be­ triebsgröße, wenn sie eine aktive Radaufhängung ist. y ist ein Steuerausgangsvektor (interner Zustandsvektor), welcher von beispielsweise einem Sensor des Systems

10

festgestellt und ausgegeben wird. d stellt eine Straßenoberflächenstö­ rung dar, die von der Straßenoberfläche her empfangen wird, die Matrizen A, B und C sind konstante Matrizen, die durch die physikalischen Parameter des Systems

10

zu bestimmen sind.

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit zwei ge­ trennten Fällen beschrieben: Ein Fall, bei dem ein Eingang u zu dem dynamischen System 10 als Radaufhängung des Sy­ stems 10, ähnlich wie eine aktive Radaufhängung, vorhanden ist; und der andere Fall, bei dem kein Eingang u zum System 10 vorhanden ist, wie bei einer herkömmlichen Radaufhän­ gung.

Erster Fall, bei dem ein Systemeingang vorhanden ist

In diesem Fall wird eine Änderung im Reifenluftdruck usw. durch eine Änderung im physikalischen Parameter des Systems 10 ersetzt. Diese Änderung kann mittels einer Änderung in der Matrix A beschrieben werden. Es sei angenommen, daß sich die Matrix A aufgrund der Änderung des Luftdrucks usw. um ΔA verändert, kann das System nach der Änderung folgen­ dermaßen beschrieben werden:

Formel 21

Dw wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Formel 22

Aus Formel 22 ist ersichtlich, daß aufgrund der Änderung im Reifenluftdruck eine neue Störung ΔAx erzeugt wird. D ist eine Matrix, die aus Elementen 1 und 0 zusammengesetzt ist und entsprechend einem Eindringweg der Straßenoberflächen­ störung und einer Quelle der durch die Änderung der Parame­ ter des Systems 10 verursachten Störung bestimmt wird.

Eine Zustandsvektorantwort aufgrund der Änderung kann somit durch die Summe einer Antwort unter dem Normalzustand und einer Störung Dw(t) ausgedrückt werden. Die Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 ist so aufgebaut, daß sie diese Störung w ermittelt.

Die Störungsermittlungsvorrichtung 32 ist in den folgenden beiden getrennten Schritten aufgebaut:

In dem ersten Schritt wird ein erweitertes System des Systems konstruiert, welches die Störung w(t) als einen Zustand enthält. Zu diesem Zweck wird für w(t) die folgende Annahme gemacht und wird w(t) als ein Zustand des Diagnoseobjekts 10 addiert.

Formel 23

Als Ergebnis wird das erweiterte System des Systems 10 durch die folgenden Gleichungen beschrieben:

Formel 24 Formel 25

In dem zweiten Schritt wird die Ermittlungsvorrichtung 32 zum Ermitteln des Zustandes [x^Tw^T]^T der Formel 24 unter Verwendung der herkömmlichen linearen Steuerungstheorie konstruiert. Mittels der auf diese Weise aufgebauten Er­ mittlungsvorrichtung 32 wird die Störung w ermittelt.

Wie bereits erläutert, bedeutet die Annahme der Formel 23, daß die sich kontinuierlich verändernde Störung w(t) durch Stufen gemäß Fig. 2 angenähert wird.

Selbst wenn nicht jeder Zustandsvektor x des Systems 10 ge­ messen werden kann, kann die so aufgebaute Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 den nicht meßbaren Zustand ermitteln und gleichzeitig eine Störung ermitteln, die der Änderung im Luftdruck usw. entspricht.

Wie aus Formel 22 ersichtlich, ist die mittels der Ermitt­ lungsvorrichtung 32 zu ermittelnde Störung die Summe aus einer externen Störung d, die von der Straßenoberfläche her empfangen wird, und einer internen Störung ΔAx, die im Sy­ stem 10 durch die Änderung des Reifenluftdrucks usw. er­ zeugt wird. Formel 22 ist in Termen eines Vektors ausge­ drückt; das erste Element dieses Vektors beispielsweise kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Formel 26

Die detaillierte Beschreibung erfolgt nun auf Grundlage von Formel 26.

In Formel 26 ist Δa₁₁ ein Element, welches von der Änderung des Reifenluftdrucks herrührt, und die restlichen Elemente sind auf die Änderung einer anderen Größe als der Reifen­ luftdruck zurückzuführen. In diesem Fall zeigt sich, daß die interne Störung aufgrund der Änderung des Reifenluft­ drucks von der Größe des Zustandes x1 abhängt. Das heißt, in diesem Fall ist die Größe des Zustandes, die das System 10 durch die Reifenluftdruckänderung beeinflußt, x1.

Um nur die Komponente festzustellen, die mit der internen Störung, welche von der Reifenluftdruckänderung herrührt, in Beziehung steht, indem die externe Störung d1, bei­ spielsweise eine Straßenstörung, von der Störung [Dw]₁, welche von der Ermittlungsvorrichtung 32 ermittelt ist, zu entfernen, wird entsprechend zwischen der ermittelten Stö­ rung [Dw]₁ und der Zustandsgröße x1 eine Querkorrelation berechnet. Diese Berechnung erfolgt mittels der Korrela­ tionsberechnungsvorrichtung 34. Unter der Annahme, daß die zu dieser Zeit zu berechnende Querkorrelation C([Dw]₁, x1) beträgt, hat das Ergebnis einen durch folgende Gleichung ausgedrückten Wert:

Formel 27

Wie oben beschrieben, sind die externe Störung, wie eine Straßenstörung, und die Terme einer anderen internen Stö­ rung aufgrund der Änderung einer anderen Größe als der Luftdruck, nicht mit der Zustandsgröße x1 korreliert. Des­ halb ist es durch Berechnung der Korrelation der Formel 27 möglich, nur die interne Störung, die der Reifenluftdruck­ änderung entspricht, aus der ermittelten Störung w heraus­ zuziehen.

Die so berechnete Korrelationsfunktion hat aus verschiede­ nen, in der ermittelten Störung w enthaltenen Frequenz­ komponenten einen Wert, der der Frequenzkomponente der internen Störung äquivalent ist, welche nur von der Ände­ rung der Federkonstanten des Reifens herrührt. Aus diesem berechneten Wert der Korrelationsfunktion ist es daher möglich, die Änderungsgröße der Federkonstanten festzustel­ len.

Die Querkorrelationsfunktion von Formel 27 kann durch das Produkt eines Terms Δa₁₁, welcher die Änderung der Feder­ konstanten darstellt, und einer Autokorrelationsfunktion der Zustandsgröße, welche durch die folgende Gleichung dar­ gestellt wird, ausgedrückt werden. Die Diagnosevorrichtung 36 kann die Änderungsgröße Δa₁₁ der Federkonstanten quanti­ tativ feststellen, indem beispielsweise die Querkorrela­ tionsfunktion durch die Autokorrelationsfunktion der Zu­ standsgröße dividiert wird.

Formel 28

Die Diagnosevorrichtung 36 beurteilt den Luftdruck als un­ normal, wenn die erhaltene Änderungsgröße Δa₁₁ der Federkon­ stanten die Federkonstantengrößenänderung erreicht, welche dem als unnormal beurteilten Reifenluftdruck entspricht.

Zweiter Fall, bei welchem kein Eingang in System 10 vorhan­ den ist

Im folgenden wird der zweite Fall, bei welchem die Radauf­ hängung keine aktive Aufhängung ist, und kein Eingang in das System 10 vorhanden ist, ähnlich wie bei einer herkömm­ lichen Radaufhängung, beschrieben.

In diesem Fall wird das dynamische System 10, welches aus einer Radaufhängung und einem Rad zusammengesetzt ist, durch die folgende Zustandsgleichung beschrieben:

Formel 29

wobei x ein Zustandsvektor des Systems

10

ist, y ein direkt von einem Sensor usw. des Systems gemessener Ausgangsvektor ist und d eine Straßenoberflächenstörung, welche von einer Straßenoberfläche her aufgenommen wird. Die Matrizen A, B und C sind konstante Matrizen, welche von den physikali­ schen Parametern des Systems

10

bestimmt werden. Der Unter­ schied dieser Radaufhängung gegenüber einer aktiven Radauf­ hängung liegt darin, daß, wie aus Formel 20 ersichtlich, kein Eingang u zum System

10

vorhanden ist.

Unter der Voraussetzung, daß sich die Matrix A aufgrund einer Änderung des Luftdruckes usw. um ΔA ändert, kann das System nach der Änderung durch folgende Formel beschrieben werden:

Formel 30

wobei Dw durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden kann:

Formel 31

Aus den Formeln 30 und 31 kann ein erweitertes System des Systems 10, welches die Störung w enthält, durch die fol­ genden Gleichungen beschrieben werden:

Formel 32 Formel 33

Die restliche Konstruktion einschließlich des Störungsbeob­ achters 32 und der Betrieb sind vollständig identisch mit der aktiven Radaufhängung mit Ausnahme des Eingangs u.

Auf diese Weise ist es, selbst wenn, wie bei der herkömmli­ chen Radaufhängung, kein Eingang zum System 10 vorhanden ist, möglich, eine Abnormalität des Reifenluftdrucks fest­ zustellen.

Vergleich mit dem Stand der Technik

Die herkömmlichen Einrichtungen zum Feststellen einer Rei­ fenluftdruckunnormalität wird im allgemeinen in folgende beide Typen unterteilt:

Die erste Einrichtung enthält auf der Reifen(Drehungs)seite einen Drucksensor und einen drahtlosen Signalsender zum Senden eines Signals vom Drucksensor zur Fahrzeugaufbau­ seite und stellt in Abhängigkeit von dem auf der Fahrzeug­ aufbauseite empfangenen Signal fest, ob der Reifenluftdruck unnormal ist. Diese herkömmliche Technik erfordert nicht nur ein spezielles Verfahren zum Verlegen des Drucksensors in dem Reifen sondern auch Maßnahmen gegen Luftundichtig­ keit usw. von der Sensorbefestigungsstelle. Des weiteren sind der Drucksensor und der Signalsender, die im rotieren­ den Reifen angebracht werden müssen, harten Umgebungsbedin­ gungen ausgesetzt, indem Schwingung, Stoß, Zentrifugal­ kraft, Temperaturänderung, kaltes Wasser, Schnee usw. auf sie einwirkt, wodurch es schwierig ist, über einen langen Zeitraum eine hohe Verläßlichkeit aufrechtzuerhalten.

Bei der zweiten Einrichtung ist der Sensor zum Feststellen einer Reifenluftdruckunnormalität nicht direkt am Reifen befestigt.

Die letztere herkömmliche Einrichtung besteht beispiels­ weise in einem Verfahren, den Abstand zwischen den Rad­ achsen für vier Räder und dem Grund zu messen und den Reifenluftdruck bei kurzer Entfernung als unnormal zu beurteilen, einem Verfahren, die Drehzahl der vier Räder festzustellen und den Luftdruck eines schnell drehenden Reifens als unnormal zu betrachten, und einem Verfahren, eine Unnormalität des Reifenluftdrucks festzustellen, indem Beschleunigungssignale der senkrechten Bewegungen der Rad­ achsen verwendet werden.

Entsprechend einem Vorschlag beispielsweise der japanischen Offenlegungsschrift Nr. SHO 63-22707 wird eine Luftdruck­ unnormalität festgestellt, indem ein Phänomen angewandt wird, das darin besteht, daß bei einer Änderung des Reifen­ luftdrucks auch in der vom Fahrzeugaufbau aufgenommenen Be­ schleunigungsfrequenz (Beschleunigungsspektrum) auftritt.

Fig. 17 ist ein Blockschaltbild der herkömmlichen Einrich­ tung. Bei der herkömmlichen Einrichtung stellt ein Be­ schleunigungswandler 1 eine Beschleunigung der senkrechten Bewegung jedes zu überwachenden Rades fest und diese fest­ gestellte Beschleunigung wird über einen Verstärker 2 Fil­ tern 3a und 3b zugeführt. Diese Filter 3a, 3b sind Bandpaß­ filter, deren zu durchlaufende Frequenzbänder voneinander unterschiedlich sind. Pegelwandler 4a, 4b wandeln zugehö­ rige mittlere Quadratwurzelwerte der Ausgangssignale der einzelnen Filter 3a, 3b in Gleichspannungssignale V1, V2 um und leiten diese Signale einer Dividierschaltung 5 zu. Die Dividierschaltung teilt die Eingangsspannungen V1, V2 und gibt als Ausgangssignal den resultierenden Wert V = V2/V1 an einen Komparator 6.

Der Beschleunigungspegel der senkrechten Bewegung des Rades, der von dem Beschleunigungswandler 1 erhalten wird, hat bei einem Frequenzband einen großen Wert, und das Fre­ quenzband ändert sich unabhängig vom Straßenzustand und der Fahrgeschwindigkeit aufgrund des Reifenluftdrucks und ver­ schiebt sich zur niederfrequenten Seite, wenn der Luftdruck absinkt.

Das Filter 3a ist so aufgebaut, daß nur Signale in dem Fre­ quenzband hindurchgelangen, wenn der Luftdruck normal ist, und das Filter 3b ist so aufgebaut, daß nur Signale in dem Frequenzband des als unnormal beurteilten Luftdrucks hin­ durchgelangen. Im Ergebnis ist bei normalem Reifenluftdruck eine dem mittleren Quadratwurzelwert des Ausgangs des Fil­ ters 3a entsprechende Spannung V1 groß, während eine dem mittleren Quadratwurzelwert des Ausgangs des Filters 3b entsprechende Spannung V2 klein ist. Die von der Dividier­ schaltung 5 erhaltene Ausgangsspannung V hat einen kleinen Wert.

Andererseits wenn sich ein Beschleunigungspegelfrequenzband dem voreingestellten Frequenzband im Filter 3b bei Absinken des Luftdruckes annähert, wird der Wert der Spannung V2 klein und der Wert der Spannung V1 groß. Die von der Divi­ dierschaltung 5 erhaltene Ausgangsspannung V hat einen gro­ ßen Wert.

Entsprechend vergleicht ein Komparator 6 die Ausgangsspan­ nung V der Dividierschaltung 5 mit einem Standardwert, der in einem Standardwertgeber 7 voreingestellt ist, und lie­ fert ein Ausgangssignal, wenn V größer als der Standardwert ist, um eine Alarmeinheit 8 zu aktivieren.

Mit dieser herkömmlichen Technik kann zwar der Luftdruck lediglich mittels des Signals von einem einzigen Rad dis­ kriminiert werden; es besteht jedoch das Problem, daß sich das Beschleunigungspegelfrequenzband von seinem normalen Wert kaum ändert, wenn die Luftdruckänderung klein ist, wo­ durch in der Luftdruckfeststellung eine schlechte Genauig­ keit erzielt wird.

Fig. 18 zeigt ein Beschleunigungsspektrum der senkrechten Bewegungen des Rades bei normalem Reifenluftdruck; der durch einen Pfeil A angezeigte Frequenzbereich, in dem der Beschleunigungspegel maximal ist, beträgt etwa 10 Hz.

Fig. 19 zeigt ein Beschleunigungsspektrum von senkrechten Bewegungen der Räder, wenn die Reifenfederkonstante um 20% vermindert ist. Die Frequenz, bei welcher der Beschleuni­ gungspegel maximal ist, beträgt, wie durch Pfeil B ange­ zeigt, etwa 10 Hz.

Wie aus Fig. 18 und 19 ersichtlich, ist es unmöglich, die Änderung so festzustellen, daß die Unnormalität nicht fest­ stellbar ist, bis eine größere Luftdruckänderung auftritt, weil sich das Beschleunigungspegelfrequenzband bei einer kleinen Luftdruckänderung kaum verschiebt.

Bei der erfindungsgemäßen Reifenluftdruckdiagnoseeinrich­ tung ist es im Unterschied zum Stand der Technik nicht not­ wendig, direkt auf der Reifenseite einen Drucksensor und einen Signalsender zu montieren, so daß bezüglich des Drucksensors und des Signalsenders kein Problem hinsicht­ lich Zuverlässigkeit, Dauerhaltbarkeit usw. auftritt.

Zusätzlich wird bei der Erfindung die Störungsermittlungs­ vorrichtung 32 zum Ermitteln der Störung aufgrund einer Luftdruckänderung als ein Zustand des Diagnoseobjekts als Luftdruckfeststellvorrichtung verwendet, und die Beziehung zwischen der festgestellten Störung und dem Luftdruck kann durch eine einfache Formel ausgedrückt werden. Durch eine einfache Berechnung für die Korrelation mit einem Zustand des Diagnoseobjektes ist es daher einfach, einen Wert des Luftdrucks festzustellen und zu entscheiden, ob oder ob nicht der Luftdruck unnormal ist.

Mit der Erfindung ist es also selbst bei einer kleinen Luftdruckänderung möglich, diesen Wert verläßlich festzu­ stellen.

Wie ausgeführt, ist es entsprechend der Erfindung möglich, teils weil die Störungsermittlungsvorrichtung 32 zum Ermit­ teln der Störung aufgrund einer Luftdruckänderung als ein Zustand des Diagnoseobjekts als die Luftdruckfeststellvor­ richtung verwendet wird, und teils, weil die Beziehung zwi­ schen der ermittelten Störung und dem Luftdruck durch eine einfache Korrelationsrechnung erhalten wird, möglich, eine Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau eine Reifenluftdruckänderung genau fest­ stellen kann.

Wenn die erfindungsgemäße Einrichtung für die Diagnose des Luftdruckes eines in einer aktiven Radaufhängung angebrach­ ten Reifens verwendet wird, ist es unnötig, zum Feststellen einer Luftdruckunnormalität einen neuen Beschleunigungssen­ sor zuzufügen, da der Reifenluftdruck unter Verwendung des Sensors, wie eines Beschleunigungssensors, welcher zur Rad­ aufhängungssteuerung verwendet wird, ohne jede Änderung diagnostiziert werden kann.

Wenn der in einer herkömmlichen, nicht aktiven Radaufhän­ gung angebrachte Reifen diagnostiziert wird, ist es mög­ lich, den Reifenluftdruck nur mittels eines Beschleuni­ gungssensors zum Feststellen der Beschleunigung von senk­ rechten Bewegungen eines oberen Bereiches und eines unteren Bereiches der Feder der Radaufhängung zu diagnostizieren.

Des weiteren ist es möglich, durch Vergleich der Reifenluftdruckgrößenänderung, welche mittels der Störungsermitt­ lungsvorrichtung erhalten wird, mit einem Standardwert einer Luftdruckgrößenänderung des Reifens, welche als un­ normal beurteilt werden sollte, zu unterscheiden, ob oder ob nicht der Reifenluftdruck unnormal ist.

Die Diagnosevorrichtung kann weiter einen Autokorrelations­ berechnungsteil zum Berechnen einer Autokorrelation des mit einer äußeren Störung unkorrelierten Elements im internen Zustandsvektor enthalten, und kann so aufgebaut sein, daß der Reifenluftdruckzustand basierend auf dem Querkorrela­ tionsfunktionswert und dem Autokorrelationswert diagnosti­ ziert wird, wodurch die Reifenluftdruckänderung als eine Federkonstantenänderungsgröße mit Genauigkeit festgestellt wird. Die Reifenluftdruckänderung kann daher als Informa­ tion für einen Luftdruckmonitor verwendet werden, welcher dem Fahrer eine Luftdruckunnormalität anzeigt, wenn immer diese auftritt. Durch Verwendung dieser Information als Steuergesetz für die aktive Radaufhängung oder für die Rad­ aufhängung, die eine Dämpferkonstante verändern kann, ist es des weiteren möglich, für den Fahrer und Passagier einen guten Komfort zu verwirklichen, der auf die Luftdruckände­ rung abgestimmt ist.

(3) Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrichtung

Im folgenden wird ein entsprechend den Prinzipien der be­ schriebenen dynamischen Systemdiagnoseeinrichtung aufge­ baute Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrichtung beschrieben.

Entsprechend einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrichtung zum Diagnostizieren einer Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht eines aus einer Radaufhängung und einem Rad gebildeten dynamischen Systems geschaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dynamischen Systems erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy­ namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie­ rend auf einem internen Zustandvektor des dynamischen Sy­ stems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Ab­ trennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente vom integrierten Störungsvektor; und
eine Feststellvorrichtung zum Feststellen der Ände­ rung im Fahrzeugaufbaugewicht im dynamischen System aus der in Beziehung zur inneren Störung stehenden abgetrennten Komponente.

Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung derart aufgebaut, daß eine Korrelation zwischen einem Ele­ ment des integrierten Störungsvektors und einem mit der externen Störung unkorrelierten Element des internen Zu­ standsvektors berechnet wird und von dem Element des inte­ grierten Störungsvektors eine in Beziehung zur internen Störung stehende Komponente abgetrennt wird.

Alternativ kann die Korrelationsberechnungsvorrichtung so aufgebaut sein, daß die Berechnung eines Richtungsvektors der integrierten Störung mit dem internen Zustandsvektor als ein Basisvektor derart durchgeführt wird, daß die zeit­ bezogene Summe des Quadrates eines Fehlers zwischen dem integrierten Störungsvektor und dem Produkt aus dem internen Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor minimal ist, und daß von dem Element des integrierten Störungs­ vektors eine in Beziehung zur internen Störung stehende Komponente abgetrennt wird.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Fahrzeugaufbau­ gewichtsänderung des dynamischen Systems mittels der Prin­ zipien der oben genannten dynamischen Systemdiagnoseein­ richtung zu diagnostizieren.

(4) Diagnoseeinrichtung für ein dynamisches System in alternativen Formen

Im folgenden wird eine Diagnoseeinrichtung für ein dynami­ sches System beschrieben, welche wirksam ist, wenn eine Korrelation zwischen der internen Zustandsgröße und der ex­ ternen Störung besteht.

Entsprechend einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynami­ schen Systems durch Feststellung eines Fehlers des dynami­ schen Systems geschaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus ex­ ternen und internen Störungsvektoren des dynamischen Sy­ stems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
eine Kompensationswertspeichervorrichtung zum Spei­ chern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvek­ tor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem exter­ nen Störungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten, integrier­ ten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren­ nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom­ ponente vom integrierten Störungsvektor, ohne irgendeinen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkor­ relation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren eines ent­ sprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der in Beziehung zur internen Störung stehenden, abgetrennten Kom­ ponente.

Als Standardzustand empfiehlt sich den Fall anzunehmen, in welchem das dynamische System unter einer vorbestimmten Be­ dingung normal arbeitet. Beispielsweise ist es zum Diagno­ stizieren des Reifenluftdrucks, wie oben beschrieben, rat­ sam anzunehmen, daß der Zustand, in welchem der Reifenluft­ druck einen Wert in Normalbedingung hat, der Standardzu­ stand ist.

Wenn die Korrelationsberechnungsvorrichtung eine Querkorre­ lation zwischen einem Element des integrierten Störungsvek­ tors und einem Element des internen Zustandsvektors berech­ net, liest bei dieser Anordnung die Korrelationskompensa­ tionsvorrichtung einen in der Kompensationswertspeichervor­ richtung voreingestellten korrigierten Wert und korrigiert die Querkorrelation. Auf diese Weise ist es möglich, von dem Element des integrierten Störungsvektors eine in Bezie­ hung zu der internen Störung stehende Komponente abzutren­ nen, ohne irgendeinen Einfluß durch die externe Störung.

Auf diese Weise ist es möglich, das dynamische System ohne irgendeinen Einfluß durch die externe Störung genau zu diagnostizieren.

Unter Verwendung des geschilderten Verfahrens ist es mög­ lich, den Reifenluftdruck eines dynamischen Systems zu diagnostizieren und auch die Fahrzeugaufbaugewichtsänderung festzustellen.

Entsprechend einem fünften Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren des Zustandes eines Reifenluftdrucks eines durch eine Rad­ aufhängung und ein Rad gebildeten dynamischen Systems ge­ schaffen welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynamischen System erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, ba­ sierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
einer Korrekturwertspeichervorrichtung zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem externen Stö­ rungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren­ nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom­ ponente von dem integrierten Störungsvektor, ohne irgend­ einen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren des Zustandes des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der in Beziehung zur internen Störung stehenden, abgetrenn­ ten Komponente.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Zustand des Rei­ fenluftdrucks eines dynamischen Systems ohnen irgendeinen Einfluß durch die externe Störung zu diagnostizieren.

Entsprechend einem sechsten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrich­ tung zum Diagnostizieren einer Änderung im Fahrzeugaufbau­ gewicht eines aus einer Radaufhängung und einem Rad gebil­ deten dynamischen Systems geschaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dynamischen Systems erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy­ namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie­ rend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Sy­ stems;
eine Korrekturwertspeichervorrichtung zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem externen Stö­ rungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren­ nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom­ ponente von dem integrierten Störungsvektor, ohne irgend­ einen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Feststellvorrichtung zum Feststellen der Ände­ rung im Fahrzeugaufbaugewicht im dynamischen System aus der abgetrennten, in Beziehung zu der internen Störung stehen­ den Komponente.

Als Standardzustand empfiehlt sich, den Fall anzunehmen, bei dem das Fahrzeugaufbaugewicht einen konstanten Wert hat.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Fahrzeugaufbauge­ wichtsänderung ohne irgendeinen Einfluß der externen Störung festzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Diagnoseeinrichtung für ein dynamisches System entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Kurve, die ein Störungsnäherungsver­ fahren zeigt, welches in einer ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ist ein Diagramm eines in einem Automobil ver­ wendeten Radaufhängungssystems als ein Diagnoseobjekt in der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines ersten Modes der Diagnoseeinrichtung der ersten Ausführungsform, bei welchem das Radaufhängungsmodell der Fig. 3 das Diagnoseobjekt ist;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines zweiten Modes der Diagnoseeinrichtung der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines dritten Modes der Diagnoseeinrichtung der ersten Ausführungsform;

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Diagnoseeinrichtung;

Fig. 8 ist ein Diagramm eines dynamischen Systems, das aus einer aktiven Radaufhängung und einem Rad zusammen­ gesetzt ist;

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer Diagnoseeinrich­ tung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfin­ dung, bei welchem das dynamische System der Fig. 8 das Diagnoseobjekt ist;

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer dritten Ausfüh­ rungsform der Erfindung, welche eine Abänderung der Diagno­ seeinrichtung gemäß Fig. 9 ist;

Fig. 11 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Be­ triebsweise der Diagnoseeinrichtung gemäß Fig. 9;

Fig. 12 ist ein aktuell gemessener Datengraph, wel­ cher eine Korrelation zwischen der Federkonstantengrö­ ßenänderung zeigt, ermittelt mit der Diagnoseeinrichtung der Fig. 9 und der aktuell gemessenen Federkonstanten;

Fig. 13 ist ein Diagramm eines dynamischen Systems, das aus einer herkömmlichen Radaufhängung und einem Rad zu­ sammengesetzt ist;

Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer Diagnoseeinrich­ tung entsprechend einer vierten Ausführungsform, bei wel­ chem das dynamische System gemäß Fig. 13 ein Diagnoseobjekt ist;

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer abgeänderten Aus­ führungsform der Diagnoseeinrichtung gemäß Fig. 14 entspre­ chend einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer anderen abgeän­ derten Ausführungsform der Diagnoseeinrichtung der Fig. 14 entsprechend einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 ist ein Blockdiagramm einer Reifenluftdruck­ diagnoseeinrichtung herkömmlicher Art;

Fig. 18 ist ein Graph von unter Normalbedingungen ge­ messenen Daten unter Verwendung der herkömmlichen Einrich­ tung gemäß Fig. 17;

Fig. 19 ist ein Graph von unter unnormalen Bedingun­ gen gemessenen Daten, unter Verwendung der herkömmlichen Einrichtung gemäß Fig. 17;

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm eines Minimumabmessung­ beobachters der Erfindung;

Fig. 21 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend einer siebten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 22 ist ein Blockdiagramm einer abgeänderten Aus­ führunsform der Einrichtung entsprechend der siebten Aus­ führungsform;

Fig. 23 ist ein Blockdiagramm einer anderen, abgeän­ derten Form der Einrichtung entsprechend der siebten Aus­ führungsform;

Fig. 24 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung entsprechend einer achten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 25 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend einer neunten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 26 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 27 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend einer elften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 28 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend einer zwölften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 29 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Be­ triebsweise der Einrichtung entsprechend der achten Aus­ führungsform;

Fig. 30a und 30b zeigen zeitbezogene Änderungen von korrigierten Werten, die erhalten werden, wenn ein Fahrzeug unter einer konstanten Bedingung fährt;

Fig. 31a und 31b zeigen eine Korrelation zwischen dem ermittelten Wert einer Reifenfederkonstanten und der aktuell gemessenen Federkonstanten;

Fig. 32 ist ein Diagramm eines in Automobilen verwen­ deten, mit einer Einrichtung entsprechend einer dreizehnten Ausführungsform zu diagnostizierenden Radaufhängungssy­ stems;

Fig. 33 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend der dreizehnten Ausführungsform;

Fig. 34 ist ein Blockdiagramm einer abgeänderten Aus­ führungsform der Einrichtung entsprechend der dreizehnten Ausführungsform;

Fig. 35 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend einer vierzehnten Ausführungsform;

Fig. 36 ist ein Graph, der das Ergebnis eines unter Verwendung der Einrichtung gemäß Fig. 33 ausgeführten Ver­ suches zeigt;

Fig. 37 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent­ sprechend einer fünfzehnten Ausführungsform; und

Fig. 38 ist ein Blockdiagramm einer praktischen Form einer Einrichtung entsprechend der fünfzehnten Ausführungs­ form.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrie­ ben, bei welcher die Erfindung zur Feststellung eines Feh­ lers in einem aktiven Radaufhängungssteuersystem eines Per­ sonenkraftwagens angewendet ist.

Fig. 3 zeigt eine zweckmäßige Form eines dynamischen Sy­ stems 10 als ein Diagnoseobjekt dieser Ausführungsform. Das dynamische System 10 stellt ein Schwingungsmodell einer Einzelradaufhängung eines Pkws dar. In Fig. 3 enthält ein Rad 41 einen Unterfedermassenteil, durch einen Parameter ml angedeutet, und einen Federteil des Rades (Reifen), durch eine Federkonstante k1 angedeutet. Bezugszeichen 42 be­ zeichnet einen Fahrzeugaufbauteil mit einer Überfedermasse m2; 46 eine Gasfeder mit einer Federkonstanten k2; 48 einen Dämpfer mit einer Federkonstanten Dm und 56 eine Straßenoberflächenänderung, durch eine Variable x0 angedeutet. Des weiteren bezeichnet 52 eine Unterfederänderung, durch eine Variable x1 angedeutet; 50 eine Überfederänderung, durch eine Variable x2 angedeutet; 54 eine relative Änderung (x1 - x2), durch eine Variable y angezeigt; und 44 einen Steu­ erkraftgenerator zum Erzeugen einer aktiven Steuerkraft f, die zur Steuerung benötigt wird, aus einer Betriebsgröße u, welche von einem Steuergerät zur Steuerung der Radaufhän­ gung ausgegeben wird.

Aus Fig. 3 kann die Zustandsgleichung der Formel 1 folgen­ dermaßen ausgedrückt werden:

Formel 15

wobei T eine Antwortzeit des Steuerkraftgenerators

44

ist, genauer eine zeitbezogene Verzögerung zwischen der Be­ triebsgröße u und der aktiven Steuerkraft f.
a, b werden durch die folgende Gleichung beschrieben:

a = k1/m1 + k2/m1 + k2/m2

b = 1/m1 + 1/m2

Bei dieser Ausführungsform ist die Straßenoberflächenände­ rung 56 eine Störung x0 von außen.

Als Fehler in dieser Ausführungsform wird folgendes ange­ nommen: eine Unnormalität im Reifendruck des fehlerhaften Reifens, eine Unnormalität im Druck der Gasfeder 46 und ein Fehler des Dämpfers 48. Diese Fehler werden als Änderungen in den zugehörigen Parametern k1, k2, Dm behandelt. Der Störungsbeobachter 32 ist auf Grundlage des Schwingungs­ modells 10 aufgebaut.

In Formel 15 sind die Parameter k1, k2, Dm in dem zweiten und vierten Element auf der rechten Seite der Gleichung. Die Pfade, auf denen die von den angenommenen Fehlern ver­ ursachte interne Störung hineinkommt, sind in diesen beiden Stellen bzw. Teilen gesetzt. Dieses Setzen findet basierend auf einer Matrix D, die durch Formel 3 ausgedrückt ist, statt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, als die folgende Gleichung zu setzen:

Formel 16

Unter Verwendung dieser Matrix D wird ein erweitertes, in Formel 8 gezeigtes System geschaffen, um den Störungsbeob­ achter 32 der Fig. 4 aufzubauen.

Bei dieser Ausführungsform ist der Störungsbeobachter 32 in den folgenden drei unterschiedlichen Formen aufgebaut.

In dem ersten Mode können die Überfederänderung x2, die Überfedergeschwindigkeit, die relative Änderung y, die re­ lative Geschwindigkeit und die aktive Steuerkraft f im Rad­ aufhängungsmodell 10 alle gemessen werden. Der in einem solchen Fall verwendete Störungsbeobachter 32 muß die interne Zustandsgröße nicht ermitteln. Die Überfederge­ schwindigkeit und die relative Geschwindigkeit werden durch das folgende beschrieben:

Formel 17

In dem zweiten Mode können nur die Überfederänderung x2 und die relative Änderung y gemessen werden und der Störungsbe­ obachter 32 ermittelt die andere unmeßbare Größe des inter­ nen Zustandes (hier die Überfedergeschwindigkeit und die Relativgeschwindigkeit).

In dem dritten Mode können nur die Überfederänderung x2 und die relative Änderung y gemessen werden und der Störungsbe­ obachter 32 ermittelt alle internen Zustandsgrößen ein­ schließlich jener.

Der Störungsbeobachter 32, der in Verbindung mit jeder der vorhergehenden Formen verwendet wird, und die Diagnosevor­ richtung 30, die unter Verwendung des Störungsbeobachters 32 konstruiert wird, werden nun genauer beschrieben.

Erster Mode

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Diagnosevorrichtung 30, welche in Verbindung mit dem ersten Mode verwendet wird. In Fig. 4 bezeichnet 10 das dynamische System (Einzelradauf­ hängung) von Fig. 3; 12 ein Steuergerät zum Steuern der Radaufhängung; 14 die vom Steuergerät 12 ausgegebene Be­ triebsgröße zur Steuerung der Radaufhängung und 16 jede interne Zustandsgröße der Radaufhängung, welche mit einem nicht dargestellten Sensor gemessen wird. Da alle internen Zustandsgrüßen mit dem Sensor gemessen werden, ist es für den Störungsbeobachter 32 nicht notwendig, einen Teil oder alle internen Zustandsgrößen wie in dem zweiten und dritten Mode, die weiter unten beschrieben werden, zu ermitteln.

Der Störungsbeobachter 32 dieser Form betrachtet eine Rei­ fenluftdruckunnormalität des Diagnoseobjekts 10 und eine Druckunnormalität der Gasfeder und einen Fehler des Dämp­ fers als die internen Störungen des zu diagnostizierenden dynamischen Systems 10. Der integrierte Störungsvektor als die Summe von externem und internem Störungsvektor des dynamischen Systems 10 wird von der Betriebsgröße 14 des Steuergerätes 12 und allen Zustandsgrößen 16 der gemessenen Radaufhängung 10 berechnet und zu dem Korrelationsberech­ nungsteil 34 ausgegeben.

Der Korrelationsberechnungsteil 34 berechnet eine Querkor­ relation zwischen dem integrierten Störungsvektor , der von dem Störungsbeobachter 32 ermittelt und berechnet wird, und den internen Zustandsgrößen, d. h. der Änderung der Überfeder, der relativen Änderung und relativen Geschwin­ digkeit, des dynamischen Systems 10. Dabei sind die inter­ nen Zustandsgrößen, wie die Änderung der Oberfeder, die re­ lative Änderung und relative Geschwindigkeit, mit der externen Störung unkorrelierte Elemente. Durch Berechnung der Querkorrelation zwischen diesen internen Zustandsgrößen und dem integrierten Störungsvektor zur Ausschaltung jeg­ lichen Einflusses der Straßenoberflächenänderung, die als externe Störung eindringt, ist es entsprechend möglich, die Komponente abzutrennen, welche mit der durch einen Fehler verursachten internen Störung in Beziehung steht, und das Ergebnis der Berechnung an den Diagnoseteil 36 auszugeben.

Der Diagnoseteil 36 ist derart aufgebaut, daß er jedwelches Auftreten eines Fehlers in dem dynamischen System 10 fest­ stellt, basierend auf dem Berechnungsergebnis, welches von dem Querkorrelationsberechnungsteil 34 eingegeben wird, und daß er einen definierten Fehlerteil der Radaufhängung spe­ zifiziert, basierend auf dem Teil bzw. der Stelle des Auf­ tretens der internen Störung, welche von dem Korrelations­ berechnungsteil 34 berechnet wird.

Im folgenden wird die Betriebsweise der Fehlerdiagnosevor­ richtung 30 beschrieben.

Es sei angenommen, daß ein angenommener Fehler in dem Schwingungsmodell 10 der Fig. 3 aufgetreten ist. In diesem Fall ermittelt der Störungsbeobachter 32 das zweite und vierte Element der integrierten Störung w2, w4, die ent­ sprechend den möglichen Fehlern voreingestellt sind, aus dem Steuereingang f zur Radaufhängung 10 und dem Zustand des Diagnoseobjekts. Unter der Annahme, daß die ermittelte Verzögerung dieser Störungen vernachlässigbar klein ist, können diese ermittelten Werte wie folgt ausgedrückt werden:

Formel 18

wobei Δk1 eine Parameteränderung aufgrund einer Unnormalität des Reifenluftdrucks darstellt, Δk2 eine Parameteränderung aufgrund einer Unnormalität des Gasfederdruckes darstellt und ΔDm eine Parameteränderung aufgrund des Dämpferfehlers ist.

Die ermittelte integrierte Störung ist die Summe des Pro­ dukts der oben genannten Parameteränderung und der Zu­ standsvariablen (relative Änderung y, dessen relative Ge­ schwindigkeit und Oberfederänderung x2) der Radaufhängung und der Straßenoberflächenänderung x0, die als externe Stö­ rung addiert wird.

Entsprechend führen der Querkorrelationsberechnungsteil 34 und der Diagnoseteil 36 eine Trennung der externen und in­ ternen Störungen von der ermittelten Störung und eine Beurteilung des Fehlers in folgender Weise durch.

Zuerst werden eine Korrelationsfunktion C₂₁ zwischen einem ermittelten Wert und einem gemessenen Wert y von w2, eine Korrelationsfunktion C₄₁ zwischen einem ermittelten Wert und einem gemessenen Wert y von w4 und eine Korrelations­ funktion C₄₂ zwischen einem ermittelten Wert und einem gemessenen Wert (Relativgeschwindigkeit) von w4 berechnet.

Der ermittelte Wert von w2 enthält die Straßenänderung als externe Störung; durch Herreinnahme einer Korrelation zwi­ schen dem ermittelten Wert und dem gemessenen Wert y wird jedoch jeder Einfluß der Straßenoberflächenänderung, der mit y nicht korreliert ist, entfernt, so daß nur die feh­ lerbezogenen Komponenten als beispielsweise der Wert der Korrelationsfunktion C₂₁ herausgezogen werden.

Dann wird der Fehlerteil aus den Werten dieser Korrela­ tionsfunktionen spezifiziert. Beispielsweise erscheint nur das Element für die Gasfederänderung in der Korrelations­ funktion C₄₁. Wenn in diesem Wert eine Unnormalität ist, ist es entsprechend möglich, den Gasfederfehler auf ein­ fache Weise zu spezifizieren.

Ähnlich wird, wenn eine Unnormalität in der Korrelations­ funktion C₄₂ auftritt, beurteilt, daß der Dämpfer fehler­ haft ist.

Schließlich wird die Korrelationsfunktion C₂₁ einen Wert entsprechend dem Gasfederfehler oder der Reifenluftdruck­ unnormalität haben; da der Gasfederfehler durch die Beur­ teilung entsprechend C₄₁ festgestellt ist, ist es jedoch möglich zu beurteilen, daß, wenn in der Gasfeder kein Feh­ ler ist und eine Unnormalität in C₂₁ ist, der Reifen einen unnormalen Luftdruck hat. Wenn gleichzeitig ein Gasfeder­ fehler und eine Reifenluftdruckunnormalität auftreten, ist es unmöglich, die beiden voneinander zu unterscheiden; dies wird in der Praxis jedoch kaum vorkommen.

In dieser Form kann die Beziehung zwischen einer ermittel­ ten integrierten Störung und einem Fehlerteil durch eine einfache Formel ausgedrückt werden; durch eine einfache Be­ rechnung für eine Korrelation zwischen dem Zustand des Diagnoseobjekts ist es möglich, die interne Störung, welche auf den Fehler zurückgeht, von der äußeren Störung in ein­ facher Weise zu trennen und daher den Fehlerteil zu spezi­ fizieren.

Zweiter Mode

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Störungsbeobachters 32, der entsprechend dem zweiten Mode konstruiert ist, und der Diagnosevorrichtung 30, die unter Verwendung des Störungs­ beobachters 32 aufgebaut ist. Die denen des ersten Mode der Fig. 4 entsprechenden Teile oder Elemente tragen gleiche Bezugszeichen und ihre Beschreibungen werden hier weggelas­ sen.

In diesem Mode werden nur die Oberfederänderung x2 und die relative Änderung y als interne Zustandsgrößen von dem dynamischen System 10, das ein Schwingungsmodell einer Rad­ aufhängung bildet, festgestellt, während die restlichen in­ ternen Zustandsgrößen, wie die relative Geschwindigkeit, nicht direkt gemessen werden.

In diesem Fall ermittelt und berechnet der Störungsbeobach­ ter 32 den integrierten Störungsvektor ebenso wie die Ober­ federgeschwindigkeit, die Relativgeschwindigkeit und die aktive Steuerkraft, die aus den internen Zustandsgrößen der Radaufhängung 10 die nicht gemessenen Zustände sind, aus der Betriebsgröße 14 und den gemessenen Werten 16, und dann gibt der Störungsbeobachter 32 das Rechenergebnis an den Korrelationsberechnungsteil 36.

Der Beobachter ist folgendermaßen aufgebaut:
Zuerst wird, basierend auf den Formeln 8, 15 und 16 ein erweitertes System (nachfolgend) geschaffen.

Formel 62

Dann werden in Formel 62 die meßbaren Zustandsgrößen y und x2 und die unmeßbaren Zustandsgrößen voneinander folgender­ maßen getrennt:

Formel 63

Der Einfachheit halber wird Formel 63 durch die folgende Gleichung ersetzt:

Formel 64

Und die unmeßbare Zustandsgröße xb, die die integrierte Störung enthält, wird basierend auf der folgenden Gleichung ermittelt:

Formel 65

Nun kann aufgrund der Formeln 64 und 65 ein Fehler bzw. eine Abweichung zwischen einem wirklichen Wert xb und seinem ermittelten bzw. abgeschätzten Wert folgendermaßen ermittelt werden:

Formel 66

Unter der Annahme, daß eine reale Matrix G derart definiert ist, daß ein Eigenwert jedes Vektors von (A₂₂ - GA₁₂) in Formel 66 negativ ist, konvergiert der durch die Formel 66 ausgedrückte Fehler mit der Zeit auf null. Das heißt, der ermittelte Wert konvergiert zu einem wahren Wert.

Fig. 20 zeigt in äquivalenter Weise Formel 65. Wie in Fig. 20 dargestellt, ist es unmöglich, die nicht meßbare Zu­ standsgröße xb durch den Steuereingang u und die meßbare Zustandsgröße xa = [y x2]^T zu ermitteln.

Der Störungsbeobachter 65 ist als ein Minimumordnungsbeob­ achter zum Ermitteln der integrierten Störung w und der unmeßbaren internen Zustandsgrößen, wie der relativen Ge­ schwindigkeit, basierend auf dem Steuereingang zur Radauf­ hängung und den gemessenen internen Zustandsgrößen x2, y der Radaufhängung aufgebaut. Selbst wenn der Störungsbeob­ achter 32 so aufgebaut ist, kann die ermittelte Störung durch Formel 18 ausgedrückt werden. Da der Korrelationsbe­ rechnungsteil 34 eine Korrelation in gleicher Weise wie beim Fall des ersten Mode berechnet, kann der Diagnoseteil 36 daher das Auftreten des Fehlers und dessen Fehlerteil spezifizieren.

Auf diese Weise kann ein ermittelter Wert der Relativge­ schwindigkeit, der zur Berechnung der Korrelation notwendig ist, folgendermaßen ausgedrückt werden:

Formel 19

Es ist daher zweckmäßig, die gleiche Korrelationsberechnung wie im ersten Mode durchzuführen, wobei der ermittelte Wert für die Relativgeschwindigkeit eingesetzt wird.

Da er die internen Zustandsgrößen fast fehlerlos ermittelt, selbst wenn ein Fehler auftritt, kann der Störungsbeobach­ ter 32 eine Korrelationsfunktion fast in gleicher Weise wie in dem ersten Mode erhalten, sogar durch Berechnung der Korrelation unter Verwendung des ermittelten Wertes wie oben erläutert.

Nachdem die Korrelationsfunktion erhalten wurde, ist es möglich, einen Fehler in ähnlicher Weise wie im ersten Mode zu spezifizieren; dessen Beschreibung wird hier deshalb weggelassen.

In dieser Form 94196 00070 552 001000280000000200012000285919408500040 0002004340746 00004 94077sollte die für die Korrelationsfunktion verwendete Zustandsgröße keinesfalls auf die direkt in einfacher Weise mittels eines Sensors usw. gemessene beschränkt werden und kann die interne Zustandsgröße sein, welche gemeinsam mit der integrierten Störung w vom Stö­ rungsbeobachter 32 ermittelt wird. Selbst wenn alle inter­ nen Zustandsgrößen des Diagnoseobjekts 10 nicht direkt gemessen werden, ist es daher möglich, den Fehler im Detail festzustellen.

Dritter Mode

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm des Störungsbeobachters 32, welcher entsprechend dem dritten Mode verwendet wird, und der Diagnosevorrichtung 30, welche zur Verwendung des Stö­ rungsbeobachters 32 konzipiert ist.

Dieser Mode ist ähnlich dem zweiten Mode mit der Ausnahme, daß der Störungsbeobachter 32 als ein voller Dimensionsbe­ obachter aufgebaut ist.

Genauer ist der Störungsbeobachter 32 dieser Form so aufge­ baut, daß er die integrierte Störung w und alle internen Zustandsgrößen des Diagnoseobjekts 10 aus dem Steuereingang f der Radaufhängung 10 und den internen Zustandsgrößen x2, y ermittelt, welche direkt im Diagnoseobjekt gemessen wer­ den.

Dieser Beobachter ist, basierend auf folgendem, von den Formeln 8, 15 und 19 her aufgebaut.

Formel 67

Ebenfalls zu dieser Zeit sollte eine Differentialgleichung ähnlich der Formel 66, die sich auf den Fehler zwischen dem ermittelten Wert und einem wahren Wert bezieht, gebildet werden. Weiter wird eine reale Matrix G derart definiert, daß ein Eigenwert jedes Vektors dieser Gleichung negativ ist. Je größer der absolute Wert des Eigenwertes umso bes­ ser; es ist wünschenswert, sich auf einen Bereich von -300 bis -700 rad/s einzurichten.

Von dem Steuereingang u und den ermittelten Werten y, x2 kann der durch die folgende Formel ausgedrückte ermittelte Wert erhalten werden:

Formel 68

Die ermittelte Störung wird durch Formel 18 ausgedrückt und die Korrelation wird so in gleicher Weise wie im ersten Mode berechnet. Die ermittelten Werte der relativen Ände­ rung und relativen Gechwindigkeit werden zur Berechnung von Korrelation verwendet, und nach Erhalt der Korrelations­ funktion wird der Fehlerteil in gleicher Weise wie im ersten Mode spezifiziert.

In dieser Form ist es möglich, den Fehlerteil durch eine einfache Rechnung zu spezifizieren. Da der in dieser Form verwendete Störungsbeobachter 32 als ein voller Dimensions­ beobachter aufgebaut ist, ist er im Designvorgang einfacher als der Minimumdimensionsbeobachter, der im zweiten Mode verwendet wird.

Zweite bis sechste Ausführungsformen

Im folgenden werden die zweite bis sechste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der zweiten und dritten Aus­ führungsform wird die Erfindung auf das dynamische System angewandt, welches aus einer aktiven Radaufhängung und einem Rad zusammengesetzt ist. In der vierten bis sechsten Ausführungsform wird die Erfindung auf das dynamische Sy­ stem angewendet, welches aus einem Rad und einer herkömm­ lichen Radaufhängung mit einer Feder und einem Dämpfer zusammengesetzt ist.

Dynamisches System mit aktiver Radaufhängung Zweite und dritte Ausführungsform Zweite Ausführungsform

Fig. 8 zeigt ein praktisches Beispiel des zu diagnostizie­ renden dynamischen Systems 10. Die entsprechenden Teilen oder Elementen des dynamischen Systems der Fig. 3 entspre­ chenden Teile oder Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden hier nicht beschrieben.

Das dynamische System 10 dieser Ausführungsform ist ein aus einer aktiven Radaufhängung und einem Rad zusammengesetztes System. Bei diesem dynamischen System 10 enthält ein Rad 41 einen Unterfedermassenteil, durch einen Parameter ml ange­ zeigt, und einen Federteil des Reifens, der durch eine Fe­ derkonstante k1 angezeigt ist. Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Fahrzeugaufbauteil mit einer Überfedermassengröße m2; 46 eine Gasfeder mit einer Federkonstanten k2; 56 eine Straßenoberflächenänderung, durch eine Variable x0 ange­ zeigt; 52 eine Unterfederänderung, durch eine Variable x1 angezeigt; 50 eine Überfederänderung, durch eine Variable x2 angezeigt, und 54 eine relative Änderung (x1 - x2), durch eine Variable y angezeigt. Des weiteren bezeichnet 44 einen Steuerkraftgenerator zum Erzeugen einer aktiven Steuerkraft f, die zur Steuerung verwendet wird, aus einer Betriebsgröße u, welche von einem Steuergerät 12 zur Steuerung der Radaufhängung ausgegeben wird.

Im allgemeinen ist ein solches aktives Radaufhängungssystem mit einem Drucksensor 60a ausgerüstet, der für eine aktive Steuerung bzw. Regelung der Radaufhängung benötigt wird. Der Drucksensor 60a ist in einem Steuerkraftgenerator 16 zur Messung einer aktiven Steuerkraft f untergebracht. Des weiteren ist das System mit Beschleunigungssensoren 60b, 60c zum Feststellen einer Unnormalität im Reifenluftdruck ausgerüstet. Diese Beschleunigungssensoren 60b, 60c sind an dem Überfederteil bzw. Unterfederteil angebracht, um Be­ schleunigungen von vertikalen Schwingungen festzustellen.

In einem solchen dynamischen System 10 wird die Zustands­ gleichung der Formel 24 praktisch durch die folgende Glei­ chung ausgedrückt:

Formel 34

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, welches das System dieser Ausführungsform zeigt. Wie oben erwähnt, ist das zu diagno­ stizierende Radaufhängungssystem 10 ein System, welches derart aufgebaut ist, daß die vom Steuergerät 12 ausgege­ bene Betriebsgröße u ein Eingang bzw. Eingangssignal ist, und ein Vektor

Symbol 1

der in Formel 34 enthalten ist, ist die interne Zustands­ größe.

Von verschiedenen, im internen Zustandsvektor x enthaltenen Elementen wird eine Überfederbeschleunigung direkt von dem Beschleunigungssensor 60b der Fig. 8 festgestellt und die Überfedergeschwindigkeit wird durch Integration der Überfe­ derbeschleunigung erhalten. Die relative Beschleunigung wird aus dem Unterschied zwischen der Unterfederbeschleuni­ gung, welche vom Beschleunigungssensor 60c festgestellt wird, und der Überfederbeschleunigung erhalten. Die Rela­ tivgeschwindigkeit wird durch Integration der Relativbe­ schleunigung erhalten. Die einzelnen Berechnungsteile zum Durchführen der jeweiligen Berechnungen sind normalerweise in dem Radaufhängungssystem 10 dieser Ausführungsform ent­ halten. Der Ausgang des Radaufhängungssystems 10 ist daher der interne Zustandsvektor

Symbol 2

der in Formel 34 enthalten ist.

Das Steuergerät 12 dieser Ausführungsform empfängt als ein Eingangssignal den auf diese Weise ausgegebenen internen Zustandsvektor 10 und berechnet und gibt die Betriebsgröße u als Eingangssignal für das aktive Radaufhängungssystem 10 aus.

Des weiteren enthält die Diagnosevorrichtung dieser Ausfüh­ rungsform, in der das aktive Radaufhängungssystem 10 zu diagnostizieren ist, den Störungsbeobachter 32, den Korre­ lationsberechnungsteil 34 und den Diagnoseteil 36.

Der Störungsbeobachter 32 ist so aufgebaut, daß er als Ein­ gangssignale den Ausgang u des Steuergerätes 12 und den Ausgang x der aktiven Radaufhängung 10 empfängt und eine Änderung der Reifenfederkonstante k1 als die interne Stö­ rung ermittelt und berechnet, welche in dem Radaufhängungs­ system 10 auftritt.

Der Zustandsfeststellteil 60 zieht aus dem Ausgang x des aktiven Radaufhängungssystems 10 die Zustandsgröße (in diesem Fall. Relativgeschwindigkeit) heraus, die durch eine Reifendruckänderung das System 10 beeinflußt.

Der Korrelationsberechnungsteil 34 enthält einen Querkorre­ lationsberechnungsteil 70, einen Normalisierungsteil 72 und einen Autokorrelationsberechnungsteil 74.

Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet eine Quer­ korrelation zwischen der vom Störungsbeobachter 32 ermit­ telten integrierten Störung und der Relativgeschwindigkeit.

Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 berechnet eine Auto­ korrelationsfunktion der Relativgeschwindigkeit.

Der Normalisierungsteil 72 normalisiert die Querkorrela­ tionsfunktion, die vom Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet ist, indem er sie durch die Autokorrelationsfunk­ tion, berechnet mittels des Autokorrelationsberechnungs­ teils 74, teilt, zieht nur die Änderungsgröße der Reifen­ federkonstante heraus und gibt die herausgezogene Größen­ änderung an den Diagnoseteil 36.

Der Diagnoseteil 36 enthält einen Speicher 76, in welchem ein Standardwert gespeichert ist, und einen Unnormalitäts­ diskriminierteil 78. Der Diagnoseteil 36 ist so aufgebaut, daß die Änderungsgröße der vom Normalisierteil 72 erhalte­ nen Reifenfederkonstanten mit dem Standardwert der Feder­ konstantengrößenänderung verglichen wird, welche dem in dem Speicher 76 gespeicherten Luftdruck entspricht, der als un­ normal beurteilt wird, und das beurteilt wird und die Rei­ fenluftdruckunnormalität ausgegeben wird.

Im folgenden wird die Betriebsweise der Einrichtung ent­ sprechend der zweiten Ausführungsform beschrieben.

Wenn sich der Luftdruck des Reifens ändert und sich daher die Federkonstante des Reifens ändert, zeigt bei dem aus einer aktiven Radaufhängung und einem Rad zusammengesetzten System 10 gemäß Fig. 8 die individuelle Zustandsgröße x des Systems 10 eine Antwort, die unterschiedlich von der bei normalem Reifenluftdruck ist. Diese Antwort kann als eine zusammengesetzte Antwort betrachtet werden, welche aus der Antwort unter der Normalbedingung und der der Luftdruckän­ derung entsprechenden internen Störung kombiniert ist. Der Störungsbeobachter 32 empfängt als Eingangssignale das Aus­ gangssignal x des Radaufhängungssystems 10 und die Be­ triebsgröße u, welche zu dem Radaufhängungssystem 10 addiert wird, und ermittelt und berechnet die integrierte Störung w, wie die interne Störung und die externe Störung (externe Störung, wie eine Straßenoberflächenänderung, die von außen her auf das System einwirkt), und gibt das Ergebnis der Berechnung aus.

Unter der Annahme, daß die Reifenfederkonstante bei norma­ lem Reifenluftdruck k1 beträgt, wird die durch die folgende Gleichung ausgedrückte externe Störung daher von dem Stö­ rungsbeobachter 32 berechnet und ausgegeben.

Formel 35

Die auf diese Weise ermittelte, berechnete und ausgegebene externe Störung ist eine zufällige (Random) Störung, die einem Differentialwert der Straßenoberflächenstörung äqui­ valent und mit dem Zustand des Systems 10 völlig unkorre­ liert ist.

Unter der Annahme, daß der Reifenluftdruck sich ändert und seine Federkonstante sich um Δk1 auf (k1 + Δk1) ändert, gibt der Störungsbeobachter 32 ein durch die folgende Gleichung ausgedrücktes integriertes Störungssignal aus:

Formel 36

Es ist daher erforderlich, eine externe Störung, wie eine Straßenoberflächenstörung, von , das von dem Störungsbeob­ achter 32 ermittelt und berechnet ist, zu entfernen, und auf diese Weise nur die auf die Reifenluftdruckänderung zurückzuführende interne Störung festzustellen. Entspre­ chend berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen der ermittelten Störung und einem Element der internen Zustandsgröße, welches mit der externen Störung nicht korreliert ist. Formel 36 enthält eine Relativgeschwindigkeit und eine Überfedergeschwindig­ keit als die entsprechenden Zustandsgrößen. Bei dieser Aus­ führungsform wird eine Korrelation mit der aus dem Radauf­ hängungssystem 10 erhaltenen Relativgeschwindigkeit be­ rechnet. Unter der Annahme, daß diese Korrelationsfunktion lautet:

Symbol 3

kann diese folgendermaßen berechnet werden:

Formel 37

Durch Berechnung einer solchen Querkorrelation ist es mög­ lich, die Reifenluftdruckänderungsgröße Δk herauszuziehen und von dem Term der Straßenoberflächenstörung zu trennen. Die ermittelte Störung und die auszugebende Relativge­ schwindigkeit werden hintereinander an N Punkten genommen, um durch das folgende dargestellte Mittelwerte zu erhalten:

Formel 38

Unter Verwendung dieser Mittelwerte wird die Berechnung der Korrelation von Formel 37 durchgeführt. Wenn die Korrela­ tionsfunktion

Symbol 4

erhalten wird, werden die Terme der Überfedergeschwindig­ keit und der Straßenoberflächenänderungsgeschwindigkeit gestrichen, so daß dieser Wert folgendermaßen ausgedrückt wird:

Formel 39

Die auf diese Weise berechnete Korrelationsfunktion kann durch das Produkt des Terms (Δk1/m1), welcher eine Änderung in der Reifenfederkonstante darstellt, und der Autokorrela­ tionsfunktion (durch die Formel 40 weiter unten ausge­ drückt) der Relativgeschwindigkeit der Radaufhängung aus­ gedrückt werden, welche Geschwindigkeit für die Berechnung der Korrelation verwendet wird. Durch Teilung der erhalte­ nen Korrelationsfunktion durch die Autokorrelationsfunktion der Zustandsgröße (Relativgeschwindigkeit) ist es daher möglich, die Änderungsgröße der Federkonstanten quantitativ festzustellen.

Formel 40

Nämlich, wie aus Formel 39 ersichtlich, von verschiedenen Frequenzkomponenten der ermittelten Störung , hat die oben genannte Korrelationsfunktion

Symbol 5

einen zur Frequenzkomponenten der internen Störung äquiva­ lenten Wert, welche interne Störung nur durch die Änderung der Reifenfederkonstanten verursacht ist. Aus dieser Kor­ relationsfunktion

Symbol 6

ist es daher möglich, die Änderungsgröße der Federkonstan­ ten festzustellen.

Die obengenannte Autokorrelationsfunktion der Relativge­ schwindigkeit wird von dem Autokorrelationsberechnungsteil 44 berechnet und dem Normalisierungsteil 72 zugeführt. Der Normalisierungsteil 72 stellt die Größenänderung der Feder­ konstanten eines Reifens, wie durch die folgende Formel ausgedrückt, fest und gibt sie aus, indem die Korrelations­ funktion

Symbol 7

die von dem Querkorrelationsberechnungsteil

70

ausgegeben wird, durch die Autokorrelationsfunktion

Symbol 8

geteilt wird, welche von dem Autokorrelationsberechnungsteil

74

ausgegeben wird.

Formel 41

wobei der Parameter ml ein bereits bekannter Reifenmassen­ wert ist, ist es möglich, die Änderungsqualität Δk1 der Rei­ fenfederkonstanten genau aus dem Ausgang J des Normalisie­ rungsteils

72

zu kennen.

Der Unnormalitätsdiskriminierteil 78 vergleicht die auf diese Weise erhaltene Federkonstantenänderungsgröße Δk1 mit dem Standardwert der Änderungsgröße, welche als Unnormali­ tät beurteilt wird, und unterscheidet bzw. erkennt eine Un­ normalität des Reifensdruckes.

Fig. 11 ist ein Flußdiagramm im Reifenluftdruck, wie oben beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform findet die Störungsermittlung und Datensammlung jede 5 ms längs Fluß 100 und N = 400 mal wiederholt statt.

Dann werden längs eines Flusses 110 unter Verwendung der Daten, welche in der vorangegangenen 400-fach wiederholten Sammlung (Sammlung in den vergangenen 2 Sekunden) erhalten wurden, die Querkorrelation und Autokorrelation berechnet und wird der normalisierte Wert j von Formel 41 erhalten, um zu unterscheiden, ob der Reifenluftdruck normal oder un­ normal ist.

Da der Störungsbeobachter 32 eine Antwort von 5 ms hat, ist in dieser Ausführungsform eine Beziehung derart beschlos­ sen, daß ein Differentialwert der integrierten Störung w des dynamischen Systems 10 näherungsweise null beträgt.

Fig. 12 zeigt eine Korrelation zwischen dem ermittelten Wert der Reifenfederkonstanten und dem aktuell gemessenen Wert der Reifenkonstanten, entsprechend dem Unnormalitäts­ feststellalgorithmus von Fig. 11.

Das Meßexperiment wurde in folgender Weise durchgeführt:

Zunächst wird die Änderungsgröße Δk1/k1 mit Bezug auf die Federkonstante k1 voreingestellt, wenn der Reifenluftdruck normal ist, und der Reifendruck wird vorher vermindert, um dem voreingestellten Wert zu entsprechen.

Während ein Auto fährt, wird ein ermittelter Wert der Fe­ derkonstantengrößenänderung nach Ablauf von 2 Sekunden nach Start einer Ermittlung aufgezeichnet. Ein nachfolgend er­ mittelter Wert wird mit dem zu diesem Zeitpunkt ermittelten Wert identisch sein.

Dann wird der Versuch wiederholt, wobei der Wert von Δk1/k1 schrittweise mit einer Weite von 0,1 verändert wird. Die resultierenden Daten sind in Fig. 12 gezeigt. Aus dem Er­ gebnis des Versuches ist verständlich, daß mit der erfin­ dungsgemäßen Diagnosevorrichtung 35 die Federkonstantengrö­ ßenänderung mit einer hohen Genauigkeit von weniger als plus/minus 30% ermittelt werden kann.

Bei dieser Ausführungsform wird die Relativgeschwindigkeit beim Berechnen der Querkorrelation verwendet. Alternativ kann zum Berechnen der Korrelation die Überfedergeschwin­ digkeit verwendet werden. In diesem Fall sollte der Quer­ korrelationsberechnungsteil 70 so aufgebaut sein, daß eine Querkorrelation zwischen der ermittelten Störung und der Überfedergeschwindigkeit basierend auf der folgenden Glei­ chung berechnet wird. Und der Autokorrelationsberechnungs­ teil 74 sollte so aufgebaut sein, daß eine Autokorrelation

Symbol 9

der Überfedergeschwindigkeit berechnet wird. Und der Norma­ lisierungsteil

72

sollte so aufgebaut sein, daß die Quer­ korrelation durch die Autokorrelation geteilt wird, so daß eine Unnormalität im Reifenluftdruck festgestellt wird.

Formel 42

Da es ungleich zum Stand der Technik nicht notwendig ist, einen Drucksensor, eine drahtlose Einheit usw. direkt im Reifen unterzubringen, wird bei der zweiten Ausführungsform jegliches Problem hinsichtlich Verläßlichkeit, Dauerhalt­ barkeit usw., welches sich auf diese unnötigen Einheiten bezieht, nicht auftreten.

Da des weiteren die herkömmlicherweise zum Steuern der aktiven Radaufhängung verwendeten Sensoren 60a, 60b, 60c auch als Sensor in der zweiten Ausführungsform verwendet werden können, ist es nicht nötig, einen neuen Sensor zum Feststellen einer Luftdruckunnormalität anzubringen.

Bei der zweiten Ausführungsform wird die Reifenluftdruckun­ normalität durch Einstellen des Standardwertes der Luft­ druckgrößenänderung des Reifens, welche als unnormal beur­ teilt wird, und durch Vergleichen der mittels des Störungs­ beobachters 12 erhaltenen Größenänderung mit dem Standard­ wert diskriminiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sollte keinesfalls auf die dargestellten Beispiele beschränkt sein und kann zusätzlich zu diesen für unterschiedlichste Anwen­ dungsarten verwendet werden. Da die Größenänderung der Rei­ fenfederkonstante genau mit Wiedergabetreue festgestellt werden kann, ist es beispielsweise möglich, die Einrichtung als einen Luftdruckmonitor zu verwenden, so daß der Fahrer den Zustand des festgestellten Luftdruckes jederzeit prüfen kann. Wenn die Information bezüglich des festgestellten Luftdrucks zur Steuerung von Regeln für die aktive Radauf­ hängung verwendet wird, ist es des weiteren möglich, eine komfortable Fahranpassung an Änderungen im Luftdruck zu verwirklichen. Durch Verwendung dieser Luftdruckinformation für die Radaufhängungssteuerung, welche die Dämpferkon­ stante verändern kann, ist es möglich, eine komfortablere Fahranpassung an die Luftdruckänderungen zu verwirklichen.

In der zweiten Ausführungsform ist das aus einer Radaufhän­ gung und einem Rad zusammengesetzte System 10 durch die Zu­ standsgleichung von Formel 34 modelliert, so daß nur die Überfeder- und Unterfederbeschleunigungen der Radaufhängung gemessen werden können, während die restlichen Zustandsgrö­ ßen durch Integration dieser Signale erhalten werden. Wenn der Sensor zum Messen der Radaufhängung kein Beschleuni­ gungssensor ist, wird das Modell in Anpassung an die von dem Sensor zu messende Zustandsgröße verändert, so daß die Reifenluftdruckunnormalität auf gleiche Weise diskriminiert werden kann.

Beispielsweise, wenn angenommen wird, daß die von dem Sen­ sor gemessenen Zustandsgrößen nicht Beschleunigungssignale sondern eine Überfederänderung x2 und eine Relativänderung y sind, wird durch die folgende Gleichung ein Modell ent­ sprechend Formel 34 definiert:

Formel 43

In Formel 43 sollten vom Zustand

Symbol 10

der Radaufhängung die Überfedergeschwindigkeit und eine Re­ lativgeschwindigkeit aus der Differenz zwischen der Über­ federänderung x2 und der Relativänderung y erhalten werden.

Dritte Ausführungsform

Fig. 10 zeigt eine Diagnoseeinrichtung 30 entsprechend einer dritten Ausführungsform, bei welchem ein solches Rad­ aufhängungsmodell 10 das Diagnoseobjekt ist.

Der Störungsbeobachter 32 ist derart aufgebaut, daß er die integrierte Störung ermittelt und berechnet, welche durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist, wenn der Reifen­ luftdruck und entsprechend die Reifenfederkonstante sich ändern.

Formel 44

Durch Teilen der Querkorrelation zwischen der ermittelten Störung und der Relativänderung y durch die Autokorrelation der Relativänderung ist es möglich, die Reifenluftdruckun­ normalität wie bei der vorhergehenden Ausführungsform zu beurteilen. Durch Teilen der Querkorrelation zwischen der ermittelten Störung und der Überfederänderung x2 durch die Autokorrelationsfunktion der Überfederänderung x2 ist es alternativ ebenfalls möglich, die Reifenluftdruckunnor­ malität in gleicher Weise zu beurteilen.

Entsprechend kann in der zweiten und dritten Ausführungs­ form die Zustandsgröße, die zum Berechnen der Querkorrela­ tion mit der ermittelten Störung verwendet wird, eine Zustandsgröße sein, die das System entsprechend der Luft­ druckänderung beeinflußt.

Dynamisches System mit nicht-aktiver sondern konventionel­ ler Aufhängung Vierte bis sechste Ausführungsform

Fig. 13 zeigt ein Radaufhängungssystem 10, welches aus einem Rad und einer nicht aktiven sondern herkömmlichen Radaufhängung zusammengesetzt ist. Bei diesem Radaufhän­ gungssystem 10 enthält ein Rad 41 einen Unterfedermassen­ teil, durch einen Parameter ml angezeigt, und einen Feder­ teil des Reifens, durch eine Federkonstante k1 angezeigt. Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Fahrzeugkörperteil mit einer Überfedermassengröße m2; 46 eine Feder mit einer Federkonstanten k2; 48 einen Dämpfer mit einer Dämpferkon­ stanten Dm; 56 eine Straßenoberflächenänderung, angezeigt durch eine Variable x0; 52 eine Unterfederänderung, ange­ zeigt durch eine Variable x1; 50 eine Oberfederänderung, angezeigt durch eine Variable x2; und 54 eine relative Änderung (x1 - x2), angezeigt durch eine Variable y. Das dynamische System 10 ist wie die vorhergehenden Ausfüh­ rungsformen mit Beschleunigungssensoren 60b, 60c ausgerüstet, welche an dem Überfederteil bzw. Unterfederteil zum Feststellen vertikaler Schwingungen des Rades angebracht sind.

Das Radaufhängungssystem 10 kann mit folgender Zustands­ gleichung beschrieben werden:

Formel 45 Vierte Ausführungsform

Fig. 14 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei der das Rad­ aufhängungssystem 10 der Fig. 13 das Diagnoseobjekt ist. In einigen der existierenden Aufhängungssysteme 10 wird die Dämpfungskraft der Radaufhängung entsprechend der Straßen­ oberflächenbedingung und der Fahrerbeurteilung verändert; dies kann durch die Annahme modelliert werden, daß die Dämpferkonstante Dm sich ändert. Dm in Fig. 13 steht für einen typischen Wert der Dm Änderung.

Jedes Element der in Formel 45 enthaltenen Zustandsgröße x wird wie bei der vorhergehenden Ausführungsform von dem Berechnungsteil, welcher an dem Radaufhängungssystem 10 angebracht ist, berechnet und ausgegeben. Die Überfederbe­ schleunigung wird direkt von dem Sensor 62b ausgegeben, und die Überfedergeschwindigkeit wird durch Integration des Wertes der Überfederbeschleunigung erhalten. Die Relativbe­ schleunigung wird aus der Differenz zwischen der Unterfe­ derbeschleunigung und der Überfederbeschleunigung erhalten, und die relative Geschwindigkeit wird durch Integration der relativen Beschleunigung usw. erhalten. Entsprechend ist der Ausgang des Radaufhängungssystems 10 der interne Zu­ standsvektor x von Formel 45.

Eine dynamisches System 30, in welchem das geschilderte Radaufhängungssystem 10 das Diagnoseobjekt ist, wird im folgenden genauer beschrieben.

Wenn die Reifenfederkonstante bei normalem Reifenluftdruck k1 ist, ermittelt und berechnet der Störungsbeobachter 32 eine integrierte Störung, die durch die folgende Gleichung beschrieben ist:

Formel 46

Die Dämpfungskonstante Dm der Radaufhängung wird als varia­ bel angenommen und eine Größenänderung von dem typischen Wert wird durch ΔDm ausgedrückt.

Unter der Annahme, daß der Reifenluftdruck sich ändert und seine Federkonstante sich um Δk1 ändert und dann (k1 + Δk1) ist, gibt der Störungsbeobachter 32 ein Störungssignal aus, welches durch die folgende Gleichung beschrieben wird:

Formel 47

Die vom Störungsbeobachter 32 ermittelte Größe enthält somit eine aufgrund der Änderung der Dämpferkonstanten auf­ tretende Störung, eine aufgrund der Änderung im Reifenluft­ druck auftretende interne Störung und eine von der Straßen­ oberfläche her aufgenommene externe Störung.

Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet eine Quer­ korrelation zwischen dem ermittelten zweiten Element der integrierten Störung ₂, welche die durch die Reifenluft­ druckänderung verursachte interne Störung und die Relativ­ geschwindigkeit enthält. Der Autokorrelationsberechnungs­ teil 74 berechnet nach dem gleichen Verfahren wie bei dem vorhergegangenen Ausführungsbeispiel eine Autokorrelation der Relativgeschwindigkeit und gibt diese aus.

Der Normalisierungsteil 72 teilt den Ausgang des Querkorre­ lationsberechnungsteils 70 durch den Ausgang des Autokor­ relationsberechnungsteils 74, um die Federkonstantengrö­ ßenänderung festzustellen und gibt diese an den Unnormali­ tätsdiskriminierteil 78.

Der Unnormalitätsdiskriminator 78 vergleicht die eingegebe­ ne Federkonstantengrößenänderung mit einem vorbestimmten Standardwert, um die Luftdruckunnormalität zu diskriminie­ ren.

Wie oben erwähnt, ist es erfindungsgemäß selbst im Falle eines Rades, das in eine nicht aktive, herkömmliche Radauf­ hängung eingebaut ist, möglich, eine Unnormalität des Rei­ fenluftdrucks nur durch Anbringen der Beschleunigungssen­ soren 60b, 60c zum Feststellen der Überfeder- und Unterfe­ derbeschleunigungen der Radaufhängung festzustellen.

Bei der vierten Ausführungsform wird das aus einer Radauf­ hängung und einem Rad zusammengesetzte System 10 durch die Zustandsgleichung von Formel 43 modelliert, so daß nur die Überfeder- und Unterfederbeschleunigungen der Radaufhängung von den Sensoren gemessen werden können, während die rest­ lichen Zustandsgrößen durch Integration dieser Signale er­ halten werden. In dem Fall, in dem der Sensor zum Messen der Radaufhängung kein Beschleunigungssensor ist, wird das Modell zur Anpassung an die von dem Sensor gemessene Zu­ standsgröße variiert, so daß die Reifenluftdruckunnormali­ tät in gleicher Weise diskriminiert werden kann.

Fünfte Ausführungsform

Die fünfte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die mittels Sensoren gemessenen Zustandsgrößen nicht Beschleunigungssignale sind sondern eine Überfederänderung x2 und eine Relativänderung y. In der fünften Ausführungsform ist ein der Formel 43 entsprechendes Modell durch folgende Gleichung definiert:

Formel 48

In Formel 48 werden von den Zustandsgrößen x der Radaufhän­ gung die Überfedergeschwindigkeit und die Relativgeschwin­ digkeit aus der Differenz der Überfederänderung x2 und der Relativänderung y erhalten.

Fig. 15 zeigt eine Diagnoseeinrichtung der fünften Ausfüh­ rungsform, bei welcher das Radaufhängungssystem 10 das Diagnoseobjekt ist.

Wenn der Reifenluftdruck sich ändert und sich folglich die Reifenfederkonstante ändert, ermittelt und berechnet der Störungsbeobachter 32 die durch die folgende Formel be­ schriebene integrierte Störung:

Formel 49

Unter Verwendung des Korrelationsberechnungsteils 70 und des Autokorrelationsberechnungsteils 74 werden eine Quer­ korrelation zwischen der ermittelten Störung ₂ und der Relativänderung y und eine Autokorrelation der Relativän­ derung y berechnet. Durch Teilen der Werte der so erhalte­ nen Querkorrelation und Autokorrelation im Normalisierungs­ teil 72 ist es möglich, wie bei der vorhergehenden Ausfüh­ rungsform die Reifenluftdruckunnormalität zu diskriminie­ ren. Alternativ kann eine Querkorrelationsfunktion zwischen der ermittelten Störung ₂ und der Überfederänderung x2 durch eine Autokorrelationsfunktion der Überfederänderung geteilt werden, so daß die Reifenluftdruckunnormalität dis­ kriminiert werden kann.

In der fünften Ausführungsform wird durch Berechnung der Querkorrelation eine Störung

Symbol 11

(interne Störung aufgrund der Änderung in der Dämpferkon­ stantenänderung), welche in der ermittelten Störung ₂

ent­ halten ist, wie die externe Störung entfernt. Alternativ kann der Term dieser internen Störung vorher vor dem Be­ rechnen der Korrelation von der ermittelten Störung ₂

ge­ strichen werden.

Sechste Ausführungsform

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer Diagnoseeinrichtung entsprechend einer sechsten Ausführungsform, bei der dieses Verfahren enthalten ist. In Fig. 16 verwendet ein Dämp­ ferkonstantenkompensationsteil 80 die vom Störungsbeob­ achter 32 ermittelte Störung , um das folgende zu berech­ nen:

Formel 50

Da diese Gleichung die folgende Gleichung ergibt:

Formel 51

aus Formel 47 ist verständlich, daß der aus der Änderung der Dämpferkonstanten resultierende Term gestrichen wurde. Wie bei Berechnung einer Querkorrelation zwischen w₁₂

und der Relativgeschwindigkeit oder Überfedergeschwindigkeit ist es möglich, eine Luftdruckunnormalität festzustellen.

Auch bei der fünften Ausführungsform der Fig. 15 wird durch das Vorhandensein des Dämpferkonstantenkompensationsteils 80 die auf die Änderung der Dämpferkonstanten zurückzufüh­ rende Störung vor Berechnung der Querkorrelation gestri­ chen. Wenn die Erfindung auf eine Radaufhängung angewendet wird, bei der die Dämpferkonstantenänderung extrem groß ist, ist es daher möglich, die Genauigkeit beim Feststellen der Luftdruckunnormalität zu verbessern.

Siebte Ausführungsform

Bei der ersten Ausführungsform ist angenommen, daß die in­ terne Zustandsgröße des dynamischen Systems 10 nicht mit der externen Störung korreliert ist. Alternativ kann zwi­ schen der internen Zustandsgröße und der externen Störung eine Korrelation bestehen, abhängig von der Struktur eines dynamischen Systems und den Steuergesetzen eines Steuerge­ rätes.

Diese Ausführungsform wird nun als eine siebte Ausführungs­ form in Entsprechung mit dem ersten bis dritten Mode der ersten Ausführungsform beschrieben. Denen der ersten Aus­ führungsform entsprechende Teile oder Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß ihre Beschreibung hier fehlt.

Erster Mode

Im ersten Mode dieser Ausführungsform können alle internen Zustandsgrößen x(t) des Diagnoseobjekts 10 unter Verwendung von Sensoren usw. gemessen werden und die Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 ist so aufgebaut, daß nur der inte­ grierte Störungsvektor w(t) ermittelt wird.

Das Blockdiagramm der Diagnoseeinrichtung 30 ist ähnlich der Fig. 21.

Die Diagnoseeinrichtung 30 des ersten Mode ist so aufge­ baut, daß sie einen Korrelationskompensationsteil 35 und einen Kompensationswertspeicher 37 enthält.

Der Korrelationsberechnungsteil 34 berechnet eine Querkor­ relation zwischen der internen Zustandsgröße und dem ermit­ telten Wert des integrierten Störungsvektors. Wenn eine leichte Korrelation zwischen der internen Zustandsgröße und der als externe Störung erzeugten Straßenoberflächenstörung besteht, ist es unmöglich, wirksam jedwelchen Einfluß der Straßenflächenstörung zu eliminieren, die als die externe Störung eindringt.

Im Korrelationskompensationsteil 35 wird daher durch das Ergebnis der Korrelationsberechnung, die interne Zustands­ größe und den im Kompensationswertspeicher 37 vorher einge­ stellten Kompensationswert das Ergebnis der Korrelations­ rechnung kompensiert, um jedwelchen Einfluß der Straßenstö­ rung auszuschalten.

Der Diagnoseteil 36 kann das kompensierte Ergebnis der Kor­ relationsrechnung kompensieren, kann das Auftreten eines Fehlers feststellen und einen definierten Fehlerteil spezi­ fizieren.

Die Konstruktion und Arbeitsweise des Korrelationskompensa­ tionsteils 35 werden nun beschrieben.

Von Formel 18 wird, da von der integrierten Störung, welche die Straßenoberflächenstörung enthält, x0 das zweite Element der integrierten Störung w2 ist, eine Korrelationsfunktion C₂₁ zwischen dem ermittelten Wert 2 und dem gemessenen Wert y w2 kompensiert.

Zuerst wird ein im Speicher 37 voreinzustellender Kompen­ sationswert folgendermaßen erhalten.

Während dass dynamische System im Standardzustand (d. h. feh­ lerfreiem Zustand) arbeitet, wird vom Störungsbeobachter 32 eine Störung ermittelt. Dieser ermittelte Wert ist gleich dem aus Formel 18 unter der folgenden Bedingung erhaltenen Wert:

Formel 69

nämlich der Wert ergibt sich wie folgt:

Formel 70

Eine Korrelation zwischen dem ermittelten Wert und dem ge­ messenen Wert y von diesem w2 ist äquivalent zu einer Kor­ relation zwischen der Straßenoberflächenstörung x0 und dem gemessenen Wert y und kann daher folgendermaßen umgeschrie­ ben werden:

Formel 71

In dem Standardzustand wird diese Korrelation berechnet. Und dieser Wert wird durch eine Autokorrelation C(y, y) des gemessenen Wertes y geteilt, um einen normalisierten Wert zu erhalten, der als Kompensationswert h in dem Speicher 37 gespeichert wird. Dieser Kompensationswert wird folgender­ maßen erhalten:

Formel 72

Der Kompensationswert h hat einen im wesentlichen konstan­ ten Wert, unabhängig von der Straßenoberflächenstörung. Die Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung x0 und dem im anderen Betriebszustand gemessenen Wert y kann durch Multiplikation des Kompensationswertes h mit der Autokorre­ lation des gemessenen Wertes y erhalten werden. Die Korre­ lation C₂₁ zwischen den ermittelten Wert und dem gemessenen Wert y von w2 bei Vorhandensein eines Fehlers kann folgen­ dermaßen angenähert werden:

Formel 73

Während der Fehlerdiagnose berechnet entsprechend der Kor­ relationskompensationsteil 35 die Autokorrelation C(y, y) des gemessenen Wertes y. Unter Verwendung des Wertes C(y, y) und des vorher im Speicher 37 gespeicherten Kompen­ sationswertes h wird der Ausgang C₂₁ des Korrelationsbe­ rechnungsteils 34 folgendermaßen kompensiert:

Formel 74

um dieses Ergebnis als neuen Wert C₂₁

zum Diagnoseteil

36

zu geben.

Die kompensierte Funktion C₂₁ kann folgendermaßen ausge­ drückt werden:

Formel 75

Der Diagnoseteil 36 stellt wie bei der ersten Ausführungs­ form das Auftreten eines Fehlers fest und spezifiziert einen definierten Fehlerteil, basierend auf dem Berech­ nungsergebnis der kompensierten Korrelation. Da in der Korrelation C₄₁ zwischen

Symbol 55

und y nur die Gasfederänderung erscheint, ist es beispiels­ weise möglich, den Gasfederfehler auf einfache Weise zu spezifizieren, wenn dieser Wert eine Unnormalität hat. Ähn­ lich wird der Dämpfer als fehlerhaft beurteilt, wenn eine Unnormalität in der Korrelation C₄₂

zwischen

Symbol 56

und dem gemessenen Wert [Symbol 57] auftritt. Die Reifen­ druckunnormalität wird aus der Korrelationsfunktion C₂₁

diskriminiert. C₂₁

hat einen Wert aufgrund des Gasfeder­ fehlers oder der Reifenluftdruckunnormalität; da der Gas­ federfehler mittels der oben beschriebenen Diskriminierung aus C₄₁

festgestellt wird, wird der Reifen als unnormal be­ urteilt, wenn die Gasfeder nicht fehlerhaft ist und der Wert von C₂₁

eine Unnormalität aufweist.

Selbst wenn die interne Zustandsgröße des dynamischen Sy­ stems 10 mit der externen Störung korreliert ist, ist es auf diese Weise im ersten Mode möglich, die externe Störung von außen in einfacher Weise von der internen Störung zu trennen, die aufgrund eines Fehlers verursacht ist, und den Fehlerteil zu spezifizieren.

Der erste Mode stellt des weiteren den Fall dar, bei dem der Kompensationswert h im wesentlichen konstant ist, unab­ hängig von der Straßenoberflächenstörung. Wenn der Kompen­ sationswert h sich in Abhängigkeit von der Straßenoberflä­ chenstörung x0 verändert, wird alternativ eine Korrelation zwischen dem gemessenen Wert y und der Straßenoberflächen­ störung x0 berechnet. Durch Speichern des Ergebnisses die­ ser Berechnung als Kompensationswert h im Speicher 37 ist es auch möglich, die Korrelation durch den Kompensations­ wert h entsprechend dem gemessenen Wert y im Korrelations­ kompensationsteil 35 zu kompensieren.

Zweiter Mode

In dem zweiten Mode der siebten Ausführungsform kann ein Teil der internen Zustandsgröße x(t) des Diagnoseobjekts 10 nicht gemessen werden oder kann mittels der Störungsermitt­ lungsvorrichtung 32 ermittelt werden, obwohl er nicht ge­ messen wird. In jedem Fall ist die Störungsermittlungsvor­ richtung so aufgebaut, daß der integrierte Störungsvektor w(t) und die nicht meßbare oder nicht zu messende interne Zustandsgröße ermittelt werden.

Das Blockdiagramm der Diagnoseeinrichtung ist in Fig. 22 gezeigt. Der Korrelationskompensationsteil 35 und der Kompensationswertspeicher 37 der Fig. 22 sind im Aufbau und Betrieb identisch mit denen der Ausführungsform gemäß Fig. 21, so daß ihre Beschreibung hier fehlt.

Dritter Mode

In dem dritten Mode der siebten Ausführungsform ist die Störungsermittlungsvorrichtung 32 so aufgebaut, daß der integrierte Störungsvektor w(t) und alle interne Zustands­ größen x(t), die die unmeßbare Größe des internen Zustandes enthalten, falls Teil der Größen des internen Zustands x(t) des Diagnoseobjektes 10, ermittelt und berechnet werden.

Das Blockdiagramm der Diagnoseeinrichtung ist in Fig. 23 gezeigt. Der Korrelationskompensationsteil 35 und der Kom­ pensationswertspeicher 37 der Fig. 23 sind in Aufbau und Betrieb identisch mit denen der Ausführungsform gemäß Fig. 21, so daß ihre Beschreibung hier fehlt.

Achte bis zwölfte Ausführungsform

In der zweiten bis sechsten Ausführungsform ist die Diagnoseeinrichtung 30 unter der Annahme aufgebaut, daß zwischen der Straßenoberflächenstörung und der internen Zustands­ größe keine Korrelation besteht. Abhängig von der Konstruk­ tion der Radaufhängung 10 und des Steueralgorithmus des Steuergerätes 12 kann jedoch eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der internen Zustandsgröße erzeugt werden. Für einen solchen Fall wird als achte bis zwölfte Ausführungsform eine Luftdruckdiagnoseeinrichtung beschrieben.

Achte Ausführungsform

Zunächst wird die achte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der internen Zustandsgröße der Radaufhängung 10 in der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 9 besteht, beschrieben.

Fig. 24 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform.

In Fig. 24 berechnet der Querkorrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen der Relativgeschwindigkeit oder der internen Zustandsgröße der Radaufhängung und dem ermittelten Wert der integrierten Störung, welche von dem Störungsbeobachter 32 ermittelt ist. Wenn zwischen den beiden Werten eine Korrelation besteht, ist es in diesem Fall unmöglich, den Einfluß der Straßenoberflächenstörung zu eliminieren, die als externe Störung eindringt.

Durch das Ergebnis der Berechnung der Korrelation, die interne Zustandsgröße und den im Speicher 37 voreingestell­ ten Kompensationswert, kompensiert der Korrelationskompen­ sationsteil 35 entsprechend das Ergebnis der Berechnung der Korrelation und entfernt den Einfluß der Straßenoberflä­ chenstörung.

Der Diagnoseteil 36 stellt die Reifenluftdruckunnormalität in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 9 aufgrund des Ergebnisses der Berechnung der kompensierten Korrelation fest.

Im folgenden wird der Betrieb des Korrelationskompensa­ tionsteils 35 beschrieben.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der Störungsbeob­ achter 32 die durch Formel 36 ausgedrückte Störung ermit­ telt, wenn der Reifenluftdruck sich ändert und die Feder­ konstante sich ändert. Der Korrelationsberechnungsteil 70 berechnet, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, eine Querkorrelation zwischen dem gemessenen Wert und der Rela­ tivgeschwindigkeit der Störung, und der Normalisierteil 72 dividiert das Ergebnis der Berechnung durch eine Autokorre­ lationsfunktion der Relativgeschwindigkeit. Der Ausgang des Normalisierteils 72 ist folgender:

Formel 76 Symbol 58

ist durch folgende Gleichung beschrieben:

Formel 77

wobei [Formel 78].

Wenn zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Rela­ tivgeschwindigkeit eine Korrelation besteht, übt, wie dar­ gestellt, der zweite Term der rechten Seite von Formel 76 einen Einfluß auf das Ergebnis der Korrelationsberechnung aus.

Während der Luftdruck normal ist, ist andererseits der Ausgang J des Normalisierteils 72 gleich dem Wert, der aus Formel 76 unter der im folgenden ausgedrückten Bedingung erhalten wird:

Formel 79

Dieser Wert kann folgendermaßen beschrieben werden:

Formel 80

Der folgende Wert

Formel 81

welcher durch Teilen des Ausgangsergebnisses J durch k1/m1 erhalten wird, wird vorher als Kompensationswert h im Spei­ cher

37

gespeichert.

Der Kompensationswert h ist im wesentlichen konstant, unab­ hängig von der Größe der Straßenoberflächenstörung. Wenn der Luftdruck vorher normal ist, werden der Ausgang J des Normalisierteils 72 und das Ergebnis der Berechnung, basie­ rend auf Formel 81, in dem Speicher zueinander entsprechend in einem geeigneten operativen Zustand der Radaufhängung gespeichert. Jeder der gespeicherten Werte kann als ein Kompensationswert benutzt werden.

Aus Formeln 76 und 81 kann der Ausgang des Normalisierteils 72 folgendermaßen beschrieben werden:

Formel 82

Die Änderungsgröße der Federkonstanten kann folgendermaßen erhalten werden:

Formel 83

Der Korrelationskompensationsteil 35 liest den Kompensa­ tionswert j unter Verwendung von vom Normalisierteil 72 ausgegebenen J, berechnet Formel 83 unter Verwendung des Kompensationswertes h und gibt das Ergebnis der Berechnung an den Diagnoseteil 36 als neues J.

Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 diskriminiert der Diagnoseteil 36 eine Luftdruckunnormalität.

Selbst wenn die interne Zustandsgröße der Radaufhängung mit der Straßenoberflächenstörung korreliert ist, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, die externe Störung von außen her in einfacher Weise von der internen Störung auf­ grund einer Luftdruckunnormalität zu trennen und die Luft­ druckunnormalität zu diskriminieren.

Fig. 29 ist ein Flußdiagramm eines Algorithmus zur Fest­ stellung einer Reifenluftdruckunnormalität entsprechen dem Vorstehenden. Längs Fluß 120 werden die Querkorrelation und Autokorrelation berechnet, Formel 83 wird unter Verwendung des normalisierten Wertes J von Formel 76 und des Kompensa­ tionswertes h berechnet, und unter Verwendung des berechne­ ten Wertes als neues J wird eine Diskriminierung durchge­ führt, ob der Reifen normal oder unnormal ist.

Fig. 30a zeigt zeitbezogene Änderungen, die als Ergebnisse von Berechnungen der Formel 81 erhalten wurden, während das Auto unter der Bedingung fährt, daß das Steuergerät derart eingestellt ist, daß eine Korrelation zwischen der Relativ­ geschwindigkeit der Radaufhängung und der Straßenoberflä­ chenstörung erzeugt wird und unter einem Zustand, bei dem der Luftdruck 2,0 kg/cm² (≈ 20 daN/cm²) (ein Beispiel von Standardzustand) beträgt. Fig. 30b zeigt die Ergebnisse der gleichen Berechnung, erhalten während das Auto auf einer rauheren Straßenoberfläche als im Fall von Fig. 30a fährt. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß das Be­ rechnungsergebnis von Formel 81 nur wenige zeitbezogene Änderungen hat und sich kaum ändert, selbst wenn sich der Zustand der Straßenoberfläche ändert. Daraus ist verständ­ lich, daß ein typischer Wert dieser Werte als Kompensa­ tionswert h verwendet werden kann.

Fig. 31a zeigt die Korrelation zwischen dem ermittelten Wert der Reifenfederkonstante und dem aktuell gemessenen Wert der Federkonstante entsprechend dem Unnormalitätfest­ stellalgorithmus von Fig. 11, während zwischen der Relativ­ geschwindigkeit der Radaufhängung und der Straßenoberflä­ chenstörung eine Korrelation besteht. Aus Fig. 31a ist verständlich, daß bei Vorhandensein einer Korrelation zwi­ schen der Relativgeschwindigkeit und der Straßenoberflä­ chenänderung die Größe der Federkonstantenänderung nicht genau ermittelt werden kann.

Fig. 31b zeigt die Korrelation zwischen dem ermittelten Wert der Reifenfederkonstanten und dem aktuell gemessenen Wert der Federkonstanten entsprechend dem Unnormalitäts­ feststellalgorithmus der Fig. 29. Bei diesem Algorithmus wird ein mittlerer Wert der in Fig. 30a dargestellten Werte als Kompensationswert verwendet. Aus Fig. 31b, ist verständlich, daß mittels Durchführen der Kompensationsbe­ rechnung entsprechend Formel 83 die Größe der Federkonstan­ tenänderung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.

Neunte Ausführungsform

Eine neunte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativände­ rung der Radaufhängung 10 in der dritten Ausführungsform von Fig. 10 besteht, wird nun beschrieben.

Fig. 25 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. Der Korrelationskompensationsteil 35 kann das Ergebnis der Be­ rechnung der Korrelation durch das Ergebnis der Berechnung der Korrelation, die Relativänderung und den Kompensations­ wert h, der im Speicher 37 voreingestellt ist, kompensieren und eliminiert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung. In diesem Fall wird ein Wert, der basierend auf dem Ausgang des Normalisierteils 72 bei normalem Reifenluftdruck be­ rechnet wird, als der Kompensationswert h verwendet.

Zehnte Ausführungsform

Eine zehnte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativge­ schwindigkeit der Radaufhängung 10 in der vierten Ausfüh­ rungsform der Fig. 14 besteht, wird nun beschrieben.

Fig. 26 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. In Fig. 26 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen der Relativgeschwindigkeit der Radaufhängung und dem zweiten Element der integrierten Stö­ rung 2, welche vom Störungsbeobachter 32 ermittelt ist.

Der Korrelationskompensationsteil 90 kompensiert das Ergeb­ nis der Berechnung der Korrelation mit dem Ergebnis der Be­ rechnung der Korrelation, der Relativgeschwindigkeit und dem im Speicher 37 voreingestellten Kompensationswert h und eliminiert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.

Der Diagnoseteil 36 stellt eine Unnormalität im Luftdruck, basierend auf dem kompensierten Ergebnis der Berechnung der Korrelation wie bei der Ausführungsform der Fig. 9 fest.

Ein Wert, welcher basierend auf dem Ausgang des Normali­ sierteils 72 bei normalem Luftdruck berechnet ist, wird als der Kompensationswert h verwendet.

Elfte Ausführungsform

Eine elfte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativände­ rung der Radaufhängung 10 in der fünften Ausführungsform der Fig. 15 besteht, wird nun beschrieben.

Fig. 27 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. In Fig. 27 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen der Relativänderung der Radauf­ hängung und dem ermittelten Wert der integrierten externen Störung w2, welche vom Störungsbeobachter 32 ermittelt ist.

Der Korrelationskompensationsteil 90 kompensiert das Ergeb­ nis der Berechnung der Korrelation durch das Ergebnis der Berechnung der Korrelation, die Relativänderung und den im Speicher 37 voreingestellten Kompensationswert h und elimi­ niert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.

Der Diagnoseteil 36 stellt eine Unnormalität im Luftdruck ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 fest, ba­ sierend auf dem kompensierten Ergebnis der Berechnung der Korrelation. Ein Wert, welcher basierend auf dem Ausgang des Normalisierteils 72 bei normalem Luftdruck berechnet ist, wird als Kompensationswert h verwendet.

Zwölfte Ausführungsform

Eine zwölfte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativgeschwindigkeit der Radaufhängung 10 in der sechsten Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 16 besteht, wird nun beschrieben.

Fig. 28 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. In Fig. 28 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen der Relativgeschwindigkeit der Radaufhängung und dem Ausgang w12 des Dämpferkonstanten­ kompensationsteils 80, welcher vom Störungsbeobachter 32 ermittelt ist.

Der Korrelationskompensationsteil 35 kompensiert das Ergeb­ nis der Berechnung der Korrelation durch das Ergebnis der Berechnung der Korrelation, die Relativgeschwindigkeit und den im Speicher 37 voreingestellten Kompensationswert h und eliminiert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.

Der Diagnoseteil 36 stellt eine Unnormalität im Reifenluft­ druck wie bei der Ausführungsform der Fig. 9 fest, basie­ rend auf dem kompensierten Ergebnis der Berechnung der Kor­ relation. Ein Wert, welcher basierend auf dem Ausgang des Normalisierteils 72 bei normalem Luftdruck berechnet ist, wird als Kompensationswert h verwendet.

Selbst wenn die interne Zustandsgröße der Radaufhängung mit der externen Störung korreliert ist, ist es mit der Erfin­ dung möglich, die Straßenoberflächenstörung in einfacher Weise von der internen Störung zu trennen, welche durch die Luftdruckunnormalität verursacht ist, und eine Unnormalität im Reifenluftdruck festzustellen.

Dreizehnte Ausführungsform

Eine Fahrzeugaufbaugewichtsfeststelleinrichtung zum Fest­ stellen einer Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht unter Verwendung der Grundlagen der Diagnoseeinrichtung für ein dy­ namisches System gemäß der Erfindung wird nun genauer be­ schrieben. Denen der vorhergehenden Ausführungsform ent­ sprechende Teile oder Elemente sind mit gleichen Bezugszei­ chen versehen und ihre Beschreibung fehlt.

Diese Ausführungsform wird nun in den folgenden beiden ge­ trennten Fällen beschrieben: Ein Fall, bei welchem die Er­ findung für eine aktive Radaufhängung angewendet wird, und der andere Fall, bei welchem die Erfindung auf eine konven­ tionelle und daher passive Radaufhängung angewendet wird.

Erster Fall, bei welchem eine aktive Radaufhängung diagno­ stiziert wird

Fig. 32 zeigt ein Radaufhängungssystem als Diagnoseobjekt in dieser Ausführungsform. Da das System identisch mit dem Diagnoseobjekt der Fig. 3 ist, sind in Fig. 32 Teile oder Elemente, die denen der Fig. 3 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und fehlt hier ihre Beschreibung. In dem dynamischen System 10 sind, wie bei der zweiten und dritten Ausführungsform, Beschleunigungssensoren 60b, 60c zum Feststellen senkrechter Schwingungen eines Rades an Überfeder- und Unterfederteilen angebracht. Dieses Radauf­ hängungssystem 10 kann mit folgender Zustandsgleichung be­ schrieben werden:

Formel 84

wobei a = k1/m1 + k2/m1 + k2/m2, b = 1/m1 + 1/m2, und T eine Verzögerungszeit zwischen der Betriebsgröße u und der aktiven Steuerkraft f ist.

In Fig. 32 stellt die Überfedermasse m2 ein Fahrzeugaufbau­ gewicht dar. Entsprechend wird bei dieser Ausführungsform die Fahrzeugkörpergewichtsänderung durch die Änderung des Parameters m2 dargestellt und werden die Luftdruckunnorma­ lität des Reifens 40, die Unnormalität der Gasfeder 46 und die Unnormalität des Dämpfers 48 angenommen und behandelt wie die entsprechenden Änderungen der Parameter k1, k2 und Dm.

Fig. 33 ist ein Blockdiagramm des Systems dieser Ausfüh­ rungsform. Das Radaufhängungssystem 10 als Diagnoseobjekt ist ein System, welches so aufgebaut ist, daß es als einen Eingang die vom Steuergerät ausgegebene Betriebsgröße u als einen Eingang empfängt und derart, daß ein Vektor

Symbol 12

der in Formel 84 enthalten ist, eine interne Zustandsgröße ist.

Von verschiedenen in dem internen Zustandsvektor x enthal­ tenen Elementen wird die Überfederbeschleunigung direkt von dem Beschleunigungssensor 60b der Fig. 32 festgestellt und eine Überfedergeschwindigkeit wird durch Integration der Überfederbeschleunigung erhalten. Die Relativbeschleunigung wird aus der Differenz zwischen der von dem Beschleuni­ gungssensor 60c festgestellten Unterfederbeschleunigung und der Überfederbeschleunigung erhalten. Die Relativgeschwin­ digkeit wird durch Integration der Relativbeschleunigung erhalten. Zum Durchführen dieser Berechnungen sind ver­ schiedene Berechnungsteile in dem Radaufhängungssystem 10 dieser Ausführungsform eingebaut. Entsprechend ist der Ausgang der Radaufhängung 10 ein interner Zustandsvektor

Symbol 13

welcher in Formel 84 enthalten ist.

Das Steuergerät 12 dieser Ausführungsform empfängt als einen Eingang den internen Zustandsvektor x, welcher wie oben erwähnt ausgegeben wird, und berechnet und gibt die Betriebsgröße u aus, welche einen Eingang des aktiven Fehlersystems 10 bildet.

Des weiteren enthält die Diagnosevorrichtung 30 dieser Aus­ führungsform, bei welcher das aktive Radaufhängungssystem 10 das Diagnoseobjekt ist, einen Störungsbeobachter 32, einen Korrelationsberechnungsteil 34 und einen Größenände­ rungsfeststellteil 90.

Der Störungsbeobachter 32 ist so aufgebaut, daß er als Ein­ gänge den Ausgang u des Steuergerätes 12 und den Ausgang x des aktiven Radaufhängungssystems 10 empfängt und die oben angenommene Parameteränderung als eine interne Störung er­ mittelt, welche in dem aktiven Radaufhängungssystem 10 ver­ ursacht ist.

Der Zustandsfeststellteil 60 zieht die Zustandsgröße (in diesem Fall f - u), welche einen Einfluß auf das System 10 entsprechend der Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 ausübt, aus dem Ausgang x des aktiven Radaufhängungssystems 10 heraus. Der Grund, warum (f - u) als Zustandsgröße aus­ gewählt ist, wird weiter unten in Verbindung mit der Be­ triebsweise beschrieben.

Der Korrelationsberechnungsteil 34 enthält einen Querkorre­ lationsberechnungsteil 70, einen Normalisierungsteil 72 und einen Autokorrelationsberechnungsteil 74.

Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet eine Quer­ korrelation zwischen der vom Störungsbeobachter 32 ermit­ telten integrierten Störung und (f - u) und gibt sie als Ausgang aus.

Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 berechnet eine Auto­ korrelationsfunktion der Zustandsgröße (f - u).

Des weiteren normalisiert der Normalisierungsteil 72 die vom Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnete Querkor­ relationsfunktion mittels Division der Querkorrelation durch die Autokorrelationsfunktion, welche vom Autokorrela­ tionsberechnungsteil 74 berechnet ist, und der Größenände­ rungsfeststellteil 90 stellt eine Änderung im Fahrzeugauf­ baugewicht fest.

Die Betriebsweise dieser Ausführungsform wird nun beschrie­ ben.

Die angenommenen Parameteränderungen sind folgendermaßen definiert:

Formel 85

Wenn die oben erwähnten Parameteränderungen verursacht wer­ den, kann eine Antwort des aufgrund der Änderung veränder­ ten Systems 10 als eine zusammengesetzte Antwort betrachtet werden, welche aus einer normalen Antwort und einer inter­ nen Störung zusammengesetzt ist, die der Parameteränderung entspricht.

Der Störungsbeobachter 32 empfängt als Eingänge das Ausgangs- und Eingangssignal x und u des Radaufhängungs­ systems 10 und ermittelt und berechnet einen integrierten Störungsvektor w, der die innere und externe Störung ent­ hält, und gibt den integrierten Störungsvektor w aus. Der zu dieser Zeit ermittelte Wert ist folgender:

Formel 86

In Formel 86 sind die nur durch Änderung des Fahrzeugauf­ baugewichts m2 angezeigten Terme Δa25f des dritten Terms und Δb2u des vierten Terms des Störungselements:

Symbol 14

sowie Δa45f des vierten Terms und Δb4u des fünften Terms des Störungselements:

Symbol 15

Um die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 von der durch [Symbol 14] und [Symbol 15] angezeigten integrierten Ände­ rung herauszuziehen, ist es zweckmäßig, das Störungselement

Symbol 17

zu verwenden, welches frei von der Straßenoberflächenstö­ rung ist,

Symbol 16

welche eine externe Störung ist.

Symbol 18

kann folgendermaßen umgeschrieben werden:

Formel 87

Die Größe Δ25, welche die Änderung des Fahrzeugaufbauge­ wichts m2 darstellt, wird aus Formel 87 herausgezogen. Ent­ sprechend berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen der ermittelten integrierten Stö­ rung

Symbol 19

und (f - u). Unter der Annahme, daß diese Korrelation folgende ist:

Formel 88

wird diese Formel 88 folgendermaßen berechnet:

Formel 89

Durch Berechnung einer solchen Querkorrelation werden der Term von Δa25 und die restlichen Terme voneinander getrennt, so daß nur die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 her­ ausgezogen werden kann. Der ermittelte Wert der integrier­ ten Störung

Symbol 20

welche ausgegeben wird, wird erhalten, und ein mittlerer Wert, ausgedrückt durch die folgende Gleichung, durch Auf­ nehmen von (f - u) aufeinanderfolgend an einer Anzahl von N Punkten.

Formel 90

Unter Verwendung dieser Mittelwerte wird die Korrelation von Formel 89 berechnet. Da deren Korrelationsfunktion be­ rechnet wird, werden die Terme mit Ausnahme des Terms von Δa25 gestrichen, so daß der Wert folgender ist:

Formel 91

Die resultierende Korrelationsfunktion wird als das Produkt des Terms, welcher die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 darstellt, und der Autokorrelationsfunktion der Zu­ standsgröße (f - u) der Radaufhängung ausgedrückt, wobei die Zustandsgröße bei der Berechnung der Korrelation be­ nutzt wurde. Durch Division der erhaltenen Korrelations­ funktion durch die Autokorrelationsfunktion der Zustandsgröße (f - u) ist es daher möglich, die Änderung des Fahr­ zeugaufbaugewichts m2 quantitativ festzustellen.

Die Autokorrelationsfunktion dieser Zustandsgröße (f - u) wird vom Autokorrelationsberechnungsteil 74 berechnet und dem Normalisierungsteil 72 zugeführt. Der Normalisierungs­ teil 72 stellt die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2, wie durch die folgende Gleichung gezeigt, fest und gibt sie aus, indem die Korrelationsfunktion, die von dem Querkorre­ lationsberechnungsteil 70 ausgegeben wird, durch die Auto­ korrelationsfunktion geteilt wird, welche von dem Autokor­ relationsberechnungsteil 74 ausgegeben wird.

Formel 92

In Formel 92 sind die Parameter m2 und T gegebene Werte. Der Größenänderungsfeststellteil 90 berechnet daher die folgende Gleichung unter Verwendung des Ausgangs J des Nor­ malisierteils 72, so daß die Größenänderung Δm2 des Fahr­ zeugaufgewichts m2 genau erhalten werden kann.

Formel 93

Bei dieser Ausführungsform wird (f - u) für die Zustands­ größe ausgewählt, die bei der Berechnung der Korrelation verwendet wird. Alternativ kann f ausgewählt werden. Dabei berechnet der Querkorrelationsberechnungsteil 70 eine Kor­ relation zwischen dem ermittelten Wert des ersten Elements der integrierten Störung w1 und dem Zustand f und gibt einen Wert aus, der durch die folgende Gleichung ausge­ drückt wird:

Formel 94

Da der Zustand f derart ist, daß die Betriebsgröße u um eine Zeit T verzögert ist, könnte die Korrelation C(u, f) zwischen der Betriebsgröße u und dem Zustand f nicht null sein. Um die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 zu er­ halten, wird zuerst die Autokorrelation des Zustandes f be­ rechnet und gleichzeitig wird eine Querkorrelation C(u, f) zwischen der Betriebsgröße u und dem Zustand f erhalten. Dann wird die Differenz C(f, f) - C(u, f) zwischen diesem Wert und der Autokorrelationsfunktion C(f, f) des Zustandes f erhalten. Der Normalisierteil 72 kann die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 feststellen, indem der Ausgang des Querkorrelationsberechnungsteils 70 durch den Wert der erhaltenen Differenz geteilt wird. Der Ausgang J des Norma­ lisierteils 72 ist dabei folgender:

Formel 95

In gleicher Weise erhält der Querkorrelationsberechnungs­ teil 70 eine Korrelationsfunktion

Symbol 23

zwischen dem ermittelten Wert der Störung

Symbol 21

und der Relativgeschwindigkeit

Symbol 22

Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 erhält eine Autokorrelationsfunktion

Symbol 25

der Relativgeschwindigkeit

Symbol 24

Der Normalisierungsteil 72 teilt die Korrelationsfunktion

Symbol 26

durch die Relativgeschwindigkeit

Symbol 27

der Autokorrelationsfunktion

Symbol 28

Als Ausgang J des Normalisierungsteils 72 wird die Größe

Formel 96

ausgedrückt in Termen der Änderung der Gasfederkonstanten k2 und der Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 erhalten. Da die Größenänderung Δm2 des Fahrzeugaufbaugewichts m2 mit dem Verfahren, welches in der oben beschriebenen Ausfüh­ rungsform beschrieben wurde, unter Verwendung von Δm2 erhal­ ten werden kann, ist es möglich, auch die Größenänderung Δk2 der Gasfederkonstanten k2 zu erhalten.

Des weiteren erhält der Querkorrelationsberechnungsteil 70 eine Korrelation

Symbol 31

zwischen dem geschätzten Wert der Störung

Symbol 29

und der Relativbeschleunigung

Symbol 30

Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 erhält eine Auto­ korrelationsfunktion

Symbol 33

der Relativbeschleunigung

Symbol 32

Der Normalisierteil 72 teilt die Korrelationsfunktion

Symbol 34

durch die relative Beschleunigung

Symbol 35

der Autokorrelationsfunktion

Symbol 36

Als der Ausgang J des Normalisierungsteils 72 wird die Größe

Formel 97

erhalten, ausgedrückt in Termen der Änderung der Dämpfer­ konstanten Dm und der Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2. Unter Verwendung der Größenänderung Δm2 des Fahrzeug­ aufbaugewichts m2, welche in der obigen Ausführungsform er­ halten wurde, wird die Größenänderung ΔDm der Dämpferkon­ stanten Dm erhalten.

Ebenso erhält der Querkorrelationsberechnungsteil 70 eine Korrelationsfunktion

Symbol 39

zwischen dem ermittelten Wert der integrierten Störung

Symbol 37

und der Relativgeschwindigkeit

Symbol 38

Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 erhält die Autokor­ relationsfunktion

Symbol 41

einer Relativbeschleunigung

Symbol 40

Der Normalisierteil 72 teilt die Korrelationsfunktion

Symbol 42

durch die Autokorrelationsfunktion

Symbol 44

der Relativgeschwindigkeit

Symbol 43

um die Größenänderung Δk1 der Reifenfederkonstanten k1 und die Größe

Formel 98

ausgedrückt in Termen der Änderung Δk2 der Gasfederkonstan­ ten k2 und der Änderung Δm2 des Fahrzeugaufbaugewichtes als den Ausgang J des Normierteils

72

zu erhalten. Da die Größenänderung der Gasfederkonstanten k2 und der Größen­ änderung Δm des Fahrzeugaufbaugewichts m2 bereits nach dem oben erwähnten Verfahren erhalten wurden, ist es möglich, die Größenänderung Δk1 der Reifenfederkonstanten k1 zu kennen.

Entsprechend dieser Ausführungsform kann die Größenänderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 in einfacher Weise festge­ stellt werden und, unter Verwendung des erhaltenen Wertes, können die restlichen Parameter Größenänderungen ebenfalls erhalten werden.

Unter Verwendung der Größenänderung des Fahrzeuggewichts und der Größenänderungen der verschiedenen Parameter in den Steuergesetzen der aktiven Radaufhängung ist es möglich, ein optimal komfortables Fahren zu erreichen, welches die­ sen Änderungen angepaßt ist.

Fig. 36 zeigt das Ergebnis einer basierend auf dem Block­ diagramm der Fig. 33 durchgeführten Simulation. Bei dieser Simulation geschieht die Ermittlung der Störung und die Aufnahme von Daten jede 5 ms, um die Querkorrelation und Autokorrelation unter Verwendung der in den vergangenen zwei Sekunden erhaltenen Information zu berechnen. Gemäß Fig. 36 kann durch Änderung der Fahrzeugaufbaugewichtsände­ rung relativ zum Standardgewicht in einer Größenordnung von 0% bis 40% die Änderungsrate aus dem ermittelten Wert der jeweiligen Größenänderung des Fahrzeuggewichts berechnet werden. Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, daß die Ände­ rungsrate des Fahrzeuggewichts mit einer Genauigkeit inner­ halb einer Fehlerrate von plus/minus 10% ermittelt werden kann.

Zweiter Fall, in dem eine passive Radaufhängung diagnosti­ ziert wird

Das Radaufhängungssystem, das das Diagnoseobjekt dieser Ausführungsform ist, ist identisch mit dem Diagnoseobjekt der Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung gemäß Fig. 13, so daß seine Beschreibung hier fehlt. Wie oben erwähnt, ist die Zustandsgleichung des Radaufhängungssystems 10 wie in Formel 45.

In Fig. 13 stellt die Überfedermasse m2 ein Fahrzeugaufbau­ gewicht dar. Entsprechend wird bei dieser Ausführungsform die Fahrzeugaufbaugewichtsänderung durch die Änderung des Parameters m2 dargestellt und die Luftdruckunnormalität des Reifens 40, die Unnormalität der Gasfeder 46 und die Unnor­ malität des Dämpfers 48 werden angenommen und behandelt wie die entsprechenden Änderungen der Parameter k1, k2 und Dm.

Fig. 34 ist ein Blockdiagramm des Systems dieser Ausfüh­ rungsform. Wie erwähnt, ist der Ausgang des Radaufhängungs­ systems 10 oder des Diagnoseobjekts der interne Zustands­ vektor x von Formel 45.

Die Diagnoseeinrichtung 30 dieser Ausführungsform, bei wel­ cher das Radaufhängungssystem 10 das Diagnoseobjekt ist, enthält einen Störungsbeobachter 32, einen Korrelationsbe­ rechnungsteil 34, einen Zustandsfeststellteil 60 und einen Größenänderungsfeststellteil 90. Der Störungsbeobachter 32 ist so aufgebaut, daß er als einen Eingang den Ausgang x des passiven Radaufhängungssystems 10 empfängt und die Än­ derung des oben angenommenen Parameters als die interne Störung ermittelt, die im passiven Radaufhängungssystem 10 verursacht ist.

Der Zustandsfeststellteil 60 zieht vom Ausgang x des passiven Radaufhängungssystems die Zustandsgrößen (hier die Relativgeschwindigkeit und die Relativbeschleunigung) heraus, welche aufgrund der Änderung des Fahrzeugaufbauge­ wichts m2 einen Einfluß auf das System 10 ausüben.

Der Querkorrelationsberechnungsteil 34 enthält einen Quer­ korrelationsberechnungsteil 70, einen Normalisierungsteil 72 und einen Autokorrelationsberechnungsteil 74.

Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet und gibt aus eine Querkorrelation zwischen der Störung, die vom Stö­ rungsbeobachter 32 ermittelt ist, und der Relativgeschwin­ digkeit und. Relativbeschleunigung.

Des weiteren berechnet der Autokorrelationsberechnungsteil 74 entsprechende Autokorrelationsfunktionen der Relativge­ schwindigkeit und Relativbeschleunigung.

Der Normalisierungsteil 72 teilt die vom Querkorrelations­ berechnungsteil 70 berechnete Querkorrelationsfunktion durch die von dem Autokorrelationsberechnungsteil 74 be­ rechnete Autokorrelationsfunktion, um die Querkorrelations­ funktion zu normalisieren. Der Größenänderungsfeststellteil 90 stellt die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts fest.

Im folgenden wird die Betriebsweise der Einrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.

Die angenommenen Parameter sind wie folgt definiert:

Formel 99

Wenn die vorgenannte Parameteränderung auftritt, kann eine Antwort des aufgrund der Änderung veränderten Radaufhän­ gungssystems 10 als eine zusammengesetzte Anwort betrachtet werden, welche die normale Antwort und eine interne Störung enthält, die der Parameteränderung entspricht.

Der Störungsbeobachter 32 empfängt als Eingänge das Aus­ gangssignal x und Eingangssignal u des Radaufhängungssy­ stems 10 und ermittelt und berechnet den integrierten Stö­ rungsvektor w, der die interne Störung enthält. Die ermittelte Störung lautet dabei:

Formel 100

Da in Formel 100 kein Term vorhanden ist, der nur durch die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 dargestellt ist, wird die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 unter Ver­ wendung einiger Änderungsterme festgestellt.

Zuerst berechnet der Querkorrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen dem ermittelten ersten und zweiten Element der integrierten Störung

Symbol 45 Symbol 46

und der Relativgeschwindigkeit und der Relativbeschleuni­ gung.

Unter der Annahme, daß die Querkorrelationsfunktion zwi­ schen

Symbol 47

und der Relativgeschwindigkeit beträgt

Symbol 48

daß die Querkorrelationsfunktion zwischen

Symbol 49

und der Relativbeschleunigung beträgt

Symbol 50

und daß eine Querkorrelationsfunktion zwischen

Symbol 51

und der Relativgeschwindigkeit beträgt

Symbol 52

und daß die Querkorrelationsfunktion zwischen

Symbol 53

und der Relativbeschleunigung beträgt

Symbol 54

sind diese Werte wie folgt:

Formel 101 Formel 102

Durch Berechnung dieser Querkorrelationen werden die indi­ viduellen Änderungsterme und die ermittelte integrierte Störung von den restlichen Termen getrennt.

Durch Division der auf diese Weise berechneten Korrela­ tionsfunktion durch die Autokorrelationsfunktion zwischen der Relativgeschwindigkeit und Relativbeschleunigung können die Änderungsterme herausgezogen werden. Der Normalisie­ rungsteil 72 teilt die von dem Querkorrelationsberechnungs­ teil 70 ausgegebene Korrelationsfunktion durch die von dem Autokorrelationsberechnungsteil 74 ausgegebene Autokorrela­ tionsfunktion, um vier Werte wie folgt auszugeben:

Formel 103

Aus dem so ermittelten (J_ij (i, j = 1, 2)) stellt der Größenänderungsfest­ stellteil 90 die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts fest. Da die angenommenen Parameteränderungen vier Arten von Änderungen Δm, Δk1, ΔDm und der Ausgang des Normalisierteils 72 vier Arien von Ausgängen J11, J12, J21, J22 sind, können die Größenänderungen unter Verwendung des Verfahrens, wie simultane Gleichungen, ermittelt werden.

Wenn beispielsweise J12 zu J22 addiert wird, ist das Ergeb­ nis folgendes:

Formel 104

Da m1 und Dm bereits bekannt sind, kann die Größenänderung ΔDm der Dämpferkonstante aus der vorhergehenden Gleichung erhalten werden.

Mittels der so erhaltenen Größe ΔDm und J12 kann die Größen­ änderung Δm₂ des Fahrzeugaufbaugewichts erhalten werden.

Aus den so erhaltenen Größen Δm2 und J11 kann weiter die Größenänderung Δk2 der Gasfederkonstanten erhalten werden. Da Δm2 und Δk2 nun bekannt sind, ist es möglich, die Größen­ änderung Δk1 der Reifenfederkonstante aus diesen Werten und J21 zu erhalten.

Selbst wenn die Größenänderung des Fahrzeugaufbaugewichts nicht direkt durch den Ausgang des Normalisierteils 72 erhalten wird, ist es auf diese Weise bei dieser Ausfüh­ rungsform möglich, die Größenänderung des Fahrzeugaufbau­ gewichts durch Verwendung einer Anzahl von Ausgängen des Normalisierteils 72 festzustellen. Ebenso können die rest­ lichen Parametergrößenänderungen erhalten werden.

Diese Ausführungsform, die auf die passive Radaufhängung angewandt wurde, kann ebenso auf eine aktive Radaufhängung angewendet werden.

Bei dieser Ausführungsform ist die Diagnoseeinrichtung 30 mit der Annahme aufgebaut, daß zwischen der Straßenober­ flächenstörung und der internen Zustandsgröße keine Korre­ lation besteht. Je nach Konstruktion der Radaufhängung und des Steueralgorithmus des Steuergerätes 12 könnte jedoch eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der internen Zustandsgröße bestehen. Als die folgende Aus­ führungsform wird nun eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungs­ feststelleinrichtung in Anwendung auf einen solchen Fall beschrieben:

Vierzehnte Ausführungsform

Fig. 35 zeigt eine vierzehnte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der internen Zustandsgröße der Radaufhängung 10 besteht.

In Fig. 35 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine Querkorrelation zwischen den internen Zustandsgrößen, die die Relativgeschwindigkeit und Relativbeschleunigung der Radaufhängung sind, und dem ermittelten Wert der inte­ grierten Störung, ermittelt vom Störungsbeobachter 32. Wenn zwischen diesen eine Korrelation besteht, ist es unmöglich, jeglichen Einfluß der Straßenoberflächenstörung zu eliminieren, welche als die externe Störung eindringt.

Daher kompensiert der Korrelationskompensationsteil 35 das Ergebnis der Berechnung der Korrelation durch das Ergebnis der Berechnung der Korrelation, die internen Zustandsgrößen und den Kompensationswert h, der vorher in dem Speicher 37 gespeichert wurde, und eliminiert dadurch den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.

Der Größenänderungsfeststellteil 90 stellt die Größenänderung des Fahrzeugaufbaugewichts, basierend auf dem kompen­ sierten Ergebnis der Berechnung der Korrelation in gleicher Betriebsweise wie bei der vorhergehenden Ausführungsform der Fig. 34 fest.

Im folgenden wird die Betriebsweise des Korrelationskompen­ sationsteils 35 beschrieben.

Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform werden die ange­ nommenen Parameter wie folgt definiert:

Formel 105

Wenn die obengenannte Änderung verursacht wird, ermittelt, wie oben erwähnt, der Störungsbeobachter 32 die durch die Formel 100 ausgedrückte Störung. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine Korrelation zwischen dem ermittelten Wert der inte­ grierten Störung und der Relativgeschwindigkeit, und der Normalisierungsteil 72 teilt dieses Ergebnis durch eine Autokorrelationsfunktion der Relativgeschwindigkeit. Als ein Ergebnis ist der Ausgang des Normalisierteils 73 fol­ gender:

Formel 106

Wenn zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Rela­ tivgeschwindigkeit und Relativbeschleunigung eine Korrela­ tion besteht, üben somit der zweite Term der rechten Seite von J21 und der dritte Term der rechten Seite von J22 von Formel 106 einen Einfluß auf das Ergebnis der Korrelations­ berechnung aus.

Unter dem Normalzustand frei von Parameteränderungen ist der Ausgang des Normalisierungsteils 72 gleich der Formel 106, wobei:

Formel 107

Dieser Wert kann wie folgt ausgedrückt werden:

Formel 108

Von diesen Ausgangsergebnissen wird der folgende Wert:

Formel 109

welcher durch Division von J21 und J22 durch k1/m1 erhalten wird, vorher im Speicher

37

als der Kompensationswert h ge­ speichert.

Der Kompensationswert h1, h2 ist nämlich im wesentlichen konstant, unabhängig von der Größe der Straßenoberflächen­ störung. Deshalb werden J21 und J22 des Ausgangs des Norma­ lisierungsteils 72, wenn der Parameterwert normal ist und unter einem geeigneten Betriebszustand der Radaufhängung 10, und ein auf Formel 109 basierendes Berechnungsergebnis in dem Speicher 37 gespeichert und werden als die Kompensa­ tionswerte verwendet.

Unter Verwendung dieses Kompensationswertes führt der Kor­ relationskompensationsteil 35 die folgende Kompensation durch:

Formel 110

Als ein Ergebnis gibt der Korrelationsberechnungsteil 35 die folgenden Werte aus:

Formel 111

Der Größenänderungsfeststellteil 90 stellt die Größenänderung des Fahrzeugaufbaugewichts, basierend auf Formel 111, fest. In Formel 111 sind nämlich die erhaltenden Variablen vier Variable Δk1, Δk2, Δm2, ΔDm. Da Formel 111 vier Glei­ chungen enthält, ist es möglich, die Parametergrößenände­ rungen Δk1, Δk2, Δm2, ΔDm. Zu erhalten, indem beispielsweise simultane Gleichungen verwendet werden. Die Parametergrö­ ßenänderungen enthalten die Größenänderung Δm2 des Fahr­ zeugaufbaugewichts.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Standardzustand des Fahrzeugaufbaugewichts als Fahrzeugaufbaugewicht angenom­ men, wenn die Kompensationswerte h im Experiment aufge­ zeichnet werden.

Die Korrelation zwischen der aktuellen Änderung des Fahr­ zeugaufbaugewichts und dem entsprechend dieser Ausführungs­ form ermittelten Wert ist in Fig. 36 dargestellt. Entspre­ chend dieser Ausführungsform ist es möglich, die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts genau zu ermitteln.

Fünfzehnte Ausführungsform

Im folgenden wird eine fünfzehnte Ausführungsform der Er­ findung beschrieben.

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird ein Fehler des Systems aus der integrierten Störung diagnostiziert, wenn zwischen den Zuständen des dynamischen Systems keine Korrelation besteht. Alternativ kann, abhängig vom System, eine Korrelation zwischen den Zuständen bestehen. In dem alternativen Fall bei dem Verfahren der Normalisierung der Korrelation zwischen der integrierten Störung und dem Zu­ stand durch die Autokorrelation des Zustandes, wie durch den Korrelationsberechnungsteil 34 angezeigt, könnte bei einer Diagnose ein Fehler auftreten.

In einem solchen Fall wird die Korrelation zwischen Zustän­ den unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate kompensiert. Fig. 37 ist ein Blockdiagramm, welches dieses Verfahren zeigt. In Fig. 37 ist die Änderung, beispielswei­ se des Reifenluftdrucks, durch die Änderung in physikali­ schen Parametern des Systems 10 ersetzt. Diese Änderung wird als die interne Störung von dem Störungsbeobachter 32 ermittelt; das heißt, der Störungsbeobachter ermittelt den internen Störungsvektor, der durch die Summe der externen Störung d und der internen Störung ΔAx dargestellt ist, wie bereits erwähnt. Das erste Element des integrierten Stö­ rungsvektors kann als Formel 26 geschrieben werden.

In Formel 26 ist angenommen, daß Δa11 ein Element ist, welches auf die Reifenluftdruckänderung zurückgeht, und daß die restlichen Elemente durch die Änderung mit Ausnahme des Reifenluftdruckes verursacht sind. Nun sei angenommen, daß eine Korrelation beispielsweise zwischen den Zuständen x1 und x2 besteht. In diesem Fall wird, um Δa11 festzustellen, eine Korrelation C([Dw]1, x1) zwischen [Dw]1 und x1 folgen­ dermaßen berechnet:

Formel 117

Wenn Formel 117 durch die Autokorrelation C(x1, x1) des Zustandes x1 geteilt wird, ergibt sich folgendes:

Formel 118

Da eine Korrelation zwischen den Zuständen x1 und x2 be­ steht, ist der zweite Term der rechten Seite der vorher­ gehenden Formel jedoch nicht null.

Selbst wenn die Korrelation C(x1, x2) zwischen den Zuständen x1 und x2 vorher ermittelt würde, könnte in diesem Fall die Kompensation nicht durchgeführt werden, da Δa12 nicht be­ kannt sein kann. Mit anderen Worten, solange Δa12 nicht null ist, ist es unmöglich, Δa11 genau zu erhalten.

Folglich wird Formel 26 folgendermaßen umgeschrieben:

Formel 119

Δa wird derart, daß ein quadrierter Fehlerindex minimiert wird, ausgedrückt durch die folgende Formel erhalten:

Formel 120

Die vorhergehende Gleichung wird partiell nach Δa differen­ ziert und das Ergebnis zu null gesetzt.

Formel 121

Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß nicht nur Δa11 sondern auch die andere Änderung des Systems gleich­ zeitig als der Änderungsvektor Δa erhalten werden.

Formeln 119, 120, 121 entsprechen den Formeln 112, 113, 114.

Ein anderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Korrelation zwischen den Zuständen automatisch gestri­ chen wird.

Beispielsweise wenn:

Formel 122

wird jeder Term der rechten Seite von Formel 121 folgender­ maßen ausgedrückt:

Formel 123

Wenn die rechte Seite von Formel 121 berechnet wird,

Formel 124

werden die Terme, die die Korrelation C(x1, x2) zwischen den Zuständen enthalten, gestrichen, so daß die Änderungen Δa11, Δa12 des Systems gleichzeitig erhalten werden.

Mittels einer solchen Operation ermittelt ein nach dem Ver­ fahren der kleinsten Quadrate arbeitender Berechnungsteil 134 basierend auf der rechten Seite von Formel 121 die Än­ derung des Systems und gibt das Ergebnis an den Diagnose­ teil.

Des weiteren muß in Formel 121 eine inverse Matrix berech­ net werden; wenn die Ordnung der Matrix hoch ist, wird ein großer Speicher und eine lange Berechnungszeit benötigt, um die inverse Matrix zu berechnen. Dies kann jedoch vermieden werden, indem eine asymptotische Gleichung entsprechend folgendem verwendet wird:

Formel 125

Aus der vorhergehenden Gleichung kann Formel 121 wie folgt umgeschrieben werden:

Formel 126

Formel 126 entspricht Formel 115.

Bei dem Verfahren von Formel 126 wird die asymptotische Gleichung wie folgt initialisiert:

Formel 127

und die Berechnung beginnt von N = 0. Da es unnötig ist, die inverse Matrix zu berechnen, ist es bei diesem Verfahren möglich, die Berechnungszeit und die Speichergröße bei einer Matrix von hoher Ordnung im Vergleich mit dem Verfah­ ren, Formel 121 direkt zu berechnen, zu verringern.

Formel 120 als Fehlerindex wird durch das folgende ersetzt:

Formel 128

die folgende asymptotische Gleichung kann erhalten werden:

Formel 129

In Formel 129 wird λ als "Vergeß"-Faktor bezeichnet. Dieses Verfahren besteht darin, die Änderung des Systems zu erhal­ ten, wobei alten Daten ein geringes Gewicht gegeben wird. Dieses Verfahren konvergiert schnell im Vergleich zur For­ mel 126 und ist effektiv, wenn die Änderung des Systems sich mit der Zeit deutlich ändert.

Im folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Erfindung auf das dynamische System von Fig. 3 angewendet wird. Fig. 38 ist ein Blockdiagramm dieser Aus­ führungsform. Bei dieser Ausführungsform werden, wie bei der ersten Ausführungsform, eine Unnormalität des Reifen­ luftdrucks, eine Druckunnormalität der Gasfeder 46, ein Fehler des Dämpfers 38 als Fehler angenommen. Dabei wird, wie bereits erwähnt, die Zustandsgleichung des dynamischen Systems durch Formel 15 ausgedrückt; die von dem Störungs­ beobachter 32 bei Auftreten eines Fehlers ermittelte inte­ grierte Störung wird durch die Formel 18 beschrieben.

In dem nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate arbeiten­ den Berechnungsteil 134, der

Formel 131

oder eine asymptotische Gleichung entsprechend Formel 131 verwendet, kann die durch die folgende Gleichung:

Formel 132

ausgedrückte Größenänderung, basierend auf folgendem, er­ halten werden:

Formel 130

Unter Verwendung von

Formel 134

oder einer asymptotischen Gleichung entsprechend Formel 134, kann des weiteren die Größenänderung, ausgedrückt durch die folgende Formel:

Formel 135

basierend auf dem folgenden erhalten werden:

Formel 133

Aus diesem Δa ist es möglich, Δk1, Δk2, ΔDm zu erhalten.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Beschreibung in Ver­ bindung mit einer aktiven Radaufhängung, wenn u nicht null beträgt. Die Erfindung kann auch auf eine passive Radauf­ hängung angewendet werden, wenn u null ist.

Liste der Formeln

Claims (12)

1. Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems (10) durch Feststellen eines Fehlers des dynamischen Systems, enthaltend:

• a) eine Störungsermittlungsvorrichtung (32) zum Abschätzen eines inte­ grierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Stö­ rungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
• b) eine Korrelationsberechnungsvorrichtung (34) zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem inter­ nen Zustandsvektor und zum Abtrennen einer in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente von dem integrierten Störungsvektor; und
• c) eine Diagnosevorrichtung (36) zum Spezifizieren und Diagnostizieren eines entsprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente.

2. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Korrelationsbe­ rechnungsvorrichtung (34) so aufgebaut ist, daß eine Korrelation zwischen einem Ele­ ment des integrierten Störungsvektors und einem nicht mit der externen Störung korre­ lierten Element des internen Zustandsvektors berechnet wird und daß von dem Element des integrierten Störungsvektors eine in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente abgetrennt wird.

3. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Korrelati­ onsberechnungsvorrichtung (34) so aufgebaut ist, daß eine Querkorrelation zwischen einer Mehrzahl von Elementen des abgeschätzten integrierten Störungsvektors und einem nicht mit der internen Störung korrelierten Element des internen Zustandvektors berech­ net wird und daß von den Elementen des integrierten Störungsvektors Elemente, die in Beziehung zu der internen Störung stehen, abgetrennt werden, und daß die Diagnosevor­ richtung so aufgebaut ist, daß der Fehlerteil des dynamischen Systems aus den abge­ trennten Elementen, die mit der internen Störung in Beziehung stehen, spezifiziert wird.

4. Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Diagnosti­ zieren des Reifenluftdrucks, wobei das dynamische System eine Radaufhängung und ein Rad enthält,
der interne Störungsvektor aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynami­ schen System erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
die Diagnosevorrichtung den Zustand des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente spezifi­ ziert.

5. Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Diagnosevorrichtung einen Autokorrelationsberechnungsteil zum Berechnen einer Auto­ korrelation eines nicht mit der externen Störung korrelierten Elements des internen Störungsvektors enthält und den Zustand des Reifenluftdruckes, basierend auf dem Querkorrelationswert und dem Autokorrelationswert, diagnostiziert.

6. Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems (10) durch Feststellen eines Fehlers des dynamischen Systems, enthaltend:

• a) eine Störungsermittlungsvorrichtung (32) zum Abschätzen eines inte­ grierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Stö­ rungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
• b) eine Kompensationswertspeichervorrichtung (37) zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzu­ stand und dem externen Störungsvektor als ein Kompensationswert;
• c) eine Korrelationsberechnungsvorrichtung (34) zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
• d) eine Korrelationskompensationsvorrichtung (35) zum Abtrennen einer in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente von dem integrierten Stö­ rungsvektor, durch Kompensation der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem Kompensationswert, um jeden Einfluß durch die externe Störung auszuschalten; und
• e) eine Diagnosevorrichtung (36) zum Spezifizieren und Diagnostizieren eines entsprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten Kom­ ponente, welche in Beziehung zu der internen Störung steht.

7. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 6 zum Diagnostizieren des Reifen­ luftdrucks, wobei das dynamische System eine Radaufhängung und ein Rad enthält,
der interne Störungsvektor aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynami­ schen Systems erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
die Diagnosevorrichtung den Zustandes des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der in Beziehung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Komponente diagnostiziert.

8. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zum Diagnostizieren einer Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts eines dynamischen Systems, welches eine Rad­ aufhängung und ein Rad aufweist, wobei
der interne Störungsvektor aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dy­ namischen Systems erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
eine Feststellvorrichtung eine Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht in dem dynamischen System aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente, feststellt.

9. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 6 zum Diagnostizieren einer Ände­ rung im Fahrzeugaufbaugewicht eines dynamischen Systems, welches eine Radaufhängung und ein Rad enthält, wobei
der interne Störungsvektor aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dy­ namischen Systems erzeugt wird, der externen Störungsvektor aufgrund einer Ein­ wirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
eine Feststellvorrichtung die Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht in dem dynamischen System aus der in Beziehung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Kompo­ nente feststellt.

10. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 6, bei welcher die Diagnosenvorrichtung enthält:

• a) einen Speicherteil, in welchem ein Fehlerfeststellstandardwert vorher gespeichert wird, welcher jedem Element der in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente entspricht; und
• b) ein Fehlerspezifizierteil zum Vergleichen jedes Elements der in Bezie­ hung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Komponente mit dem entspre­ chenden Fehlerfeststellstandardwert und zum Spezifizieren des Fehlerteils des dynami­ schen Systems.

11. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 6 oder 10, zusätzlich ent­ haltend einen Sensor zum Messen von allen oder eines Teils von Elementen des internen Zustandsvektors des dynamischen Systems.

12. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 6 oder 10, bei welchem die Störungsermittlungsvorrichtung derart aufgebaut ist, daß alle oder ein Teil der Elemente des internen Zustandsvektors des dynamischen Systems abgeschätzt und berechnet wer­ den.