JP2002536233A - 特に車両用ｅｓｐシステムのためのセンサ監視方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、センサ監視方法と装置に関する。センサは、その都度プロセス（３２）の個々の基準変数と測定変数（Ａ，Ｂ，Ｃ）を検出する。本発明の方法と装置は、車両用電子安定性プログラム（ＥＳＰ）で使用するために適している。個々のセンサの出力信号の変化を周期的−順次的に監視することによって、きわめて高い信頼性が得られる。この監視では、普通動作モードのための多重プロセスモデル（３１）によって、現在監視されないプロセス基準変数およびまたは測定変数（Ａ，Ｂ）から、解析的な冗長度が求められ、現在監視すべき出力信号と共に、この冗長度から、残差（ｒ）が求められる。残差（３６）を評価し、閾値と比較した後で、残差が閾値に達するときに、故障信号（Ｆ）が発生させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、特に車両用の電子安定性プログラム（ＥＳＰ）のための、その都度
プロセスの個々の基準変数と測定変数を検出するセンサを監視するための方法と
装置に関する。

【０００２】 この種の電子安定性プログラムは車両用の走行ダイナミクス的なコントロール
システムである。この電子安定性プログラムは、ブレーキング中、加速中および
操舵中の臨界的な走行状況で運転者を支援し、運転者が直接介入することができ
ないところで介入するために役立つ。コントロールシステムはブレーキング時、
特に低い摩擦係数または変化する摩擦係数を有する道路でのブレーキング時に運
転者を支援する。この道路では、車輪ロックのために車両はもはや操舵不可能で
あるかまたは横滑りする。更に、駆動車輪の空回りの危険がある加速時、および
車両のオーバーステアまたはアンダーステアを生じるカーブでの操舵時に、運転
者を支援する。それによって、快適性だけでなく、アクティブセイフティが大幅
に改善される。

【０００３】 このようなコントロールシステムは閉鎖ループ型制御回路に基づいている。こ
の制御回路は車両の普通の運転時には典型的は制御課題を受持ち、極端な走行状
況では、車両をできるだけ迅速に安定させる。その際、実際値発信器としては、
いろいろな走行ダイナミクス的なパラメータを検出するセンサが重要である。妥
当なコントロールの前提は、センサが制御対象の実際の状態を正しく表すことで
ある。これは、制御偏差を非常い短い時間内で制御しなければならない極端な走
行状況での走行安定性コントロールの場合に特に重要である。この理由から、電
子安定性プログラムの場合には、ＥＳＰセンサ（ヨーレイトセンサ、横方向加速
度センサ、操作角度センサ）を常に監視しなければならない。オンラインセンサ
監視は、ＥＳＰセンサの故障を早期に認識するという目的を有する。それによっ
て、車両を安全上臨界的な状態にもたらし得る誤ったコントロールが閉め出され
る。

【０００４】 そこで、本発明の根底をなす課題は、特に車両用電子安定性プログラム（ＥＳ
Ｐ）のために必要な信頼性を有する、冒頭に述べた種類のセンサを監視する方法
と装置を提供することである。

【０００５】 この課題は請求項１に従い、冒頭に述べた種類の方法において、個々のセンサ
の出力信号の変化を次のステップで周期的−順次的に監視する、すなわち、普通
動作モードのための多重プロセスモデルによって、現在のプロセスの現在監視さ
れない基準変数およびまたは測定変数から、現在監視すべきプロセスの基準変数
または測定変数のための解析的な冗長度を求め、現在監視すべきプロセスの基準
変数または測定変数から、求められた冗長解析的な冗長度を差し引くことによっ
て残差を求め、残差評価機能によって残差を評価し、評価された残差を設定され
た閾値を比較し、残差が予め定められた少なくとも１つの監視時間のための閾値
に達したときに故障通報を行うことによって解決される。

【０００６】 この課題は更に、請求項９に従って、冒頭に述べた種類の装置において、普通
動作モードのための多重プロセスモデルによって、現在のプロセスの現在監視さ
れない基準変数およびまたは測定変数から、現在監視すべきプロセスの基準変数
または測定変数のための解析的な冗長度を計算するための第１の装置と、現在監
視すべきプロセスの基準変数または測定変数から、計算された冗長解析的な冗長
度を差し引くことによって残差を求めるための第２の装置と、残差評価機能によ
って残差を評価するための第３の装置と、閾値を求めるための第４の装置と、評
価された残差を閾値を比較し、残差が予め定められた少なくとも１つの監視時間
のための閾値に達したときに故障通報を行う第５の装置とを備えていることによ
って解決される。

【０００７】 本発明の他の詳細、特徴および効果は、図に基づく好ましい実施の形態の次の
記載から明らかになる。

【０００８】 自動車走行の過程は、図１に従って、制御技術的な方法で制御回路として見な
すことができる。この制御回路の場合、運転者１がコントローラであり、車両２
が制御されるシステムである。その際、基準変数は、道路交通を連続的に観察す
ることによって生じる運転者の個人の走行要求ＦＷである。実際値ＩＦは走行方
向の瞬時値と、運転者がその目または走行感覚によって捉える速度である。制御
変数ＳＦは操舵角度、変速機の位置およびアクセルペダルとブレーキペダルの位
置である。このベダルの位置は目標値と実際値の偏差に基づいて運転者によって
生じる。

【０００９】 このような制御はしばしば、摩擦係数変化、車道の凹凸、横風または他の影響
によって困難になる。なぜなら、運転者がこれらのファクタを正確に検出するこ
とができないからである。しかし、コントロールの場合にはこれらのファクタを
考慮しなければならない。この理由から、運転者１は一般的に、そのトレーニン
グと取得した経験に基づいて、普通の走行状態で、運転者に伝達される仕事、す
なわち自動車走行のプロセスを容易に制御および観察することができる。しかし
、極端な状況およびまたは道路とタイヤの間の物理的な摩擦力限界を超える上記
の異常な走行状態の場合には、運転者が遅れてまたは間違って反応し、車両を制
御できなくなるという危険がある。

【００１０】 この走行状況も考慮することができるようにするために、走行ダイナミック制
御システムは下位の制御回路３（ＥＳＰ）を補足的に備えている。この制御回路
は図１に従って、制御アルゴリズム４、システム監視装置５および故障メモリ６
を含んでいる。その際、測定された走行状態変数はシステム監視装置５と制御ア
ルゴリズム４に供給される。システム監視装置５は場合によっては故障メッセー
ジを通報する。この故障メッセージは故障メモリ６と制御アルゴリズム４に供給
される。制御アルゴリズム４は運転者１によって発生した制御変数に依存して車
両２に作用する。この制御回路によって、典型的な制御が実施される。極端な走
行状況では、車両はできるだけ迅速に再び安定させられる。

【００１１】 図２は、このような制御回路の構造を示している。この制御回路は実質的に、
アンチロックコントロールシステム１０と、トラクションスリップコントロール
システム１１と、ヨートルクコントロールシステム１２を備えている。更に、ヨ
ーレイトセンサ１３と、横方向加速度センサ１４と、操舵角度センサ１５と、圧
力センサ１６と、４個の車輪速度センサ１７が設けられている。これらのセンサ
は制御偏差を決定するためおよびヨーレイト目標値といろいろな中間変数を求め
るための実際値発生器として使用される。

【００１２】 運転者１がアクセルペダルとブレーキペダルとステアリングホイールを操作す
ることによって発生したプロセス制御変数は、トラクションスリップコントロー
ルシステム１１とアンチロックコントロールシステム１０と圧力センサ１６また
は操舵角度センサ１５に供給される。車両特有の非直線性、摩擦係数の変動、横
風の影響等は、外乱または知られていない変数１８として集約され、車両縦方向
および横方向ダイナミクス１９に影響を及ぼす。このダイナミクス１９は更に、
上記の基準変数とエンジン管理ユニット２０の出力信号に影響を及ぼし、車輪速
度センサ１７、ヨーレイトセンサ１３、横方向加速度センサ１４および圧力セン
サ１６に作用する。アンチロックコントロールシステム１０、トラクションスリ
ップコントロールシステム１１、ヨートルクコントロールシステム１２およびブ
レーキ介入アルゴリズム２２の出力信号が供給されるコントロールアービトレー
ション（仲裁）２１は、エンジン管理ユニット２０に対する作用を考慮してある
いは走行ダイナミクス１９に対して直接的にこれらの信号を優先的に分配するた
めに役立つ。その際、ブレーキ介入アルゴリズム２２はヨートルクコントロール
システム１２と圧力センサ１６によって影響を受ける。走行状態検出ユニット２
３が設けられている。この走行状態検出ユニットには、操舵角度センサ１５、ヨ
ーレイトセンサ１３、横方向加速度センサ１４および車輪速度センサ１７の信号
が供給され、走行状態検出ユニットの出力信号はヨートルクコントロールシステ
ム１２と単一トラック基準モデル２４に作用する。この単一トラック基準モデル
によって、所望な目標ヨーレイトが発生させられる。

【００１３】 既に説明したように、センサの間違った信号は危険な信じがたいコントロール
を生じる。ヨーレイトセンサ１３の故障は例えば、運転者が真っ直ぐに走行しよ
うとしても、追加ヨートルクが車両を急激に側方に引張ることになる。これは、
直線走行の間操舵角度ひいてはヨーレイトの目標値が零に等しいがしかしセンサ
故障のためにヨーレイトの実際値が定まらない値を有するので、ヨートルクコン
トロールシステム１２がこの制御偏差を調節するために追加ヨートルクを生じる
ことに基づいている。この理由から、センサのオンライン監視が重要である。こ
の監視は、ＥＳＰシステムが適時に部分的にまたは全体が停止するように、セン
サ故障を早期に検出可能でなければならない。

【００１４】 本発明によるセンサ監視は、２つの方法を適用する、センサの多段式機能性試
験からなっている。一方では、電気的な監視が行われる。この監視によって、監
視すべきセンサ信号がその許容誤差帯域内にあるかどうかが検査される。他方で
は、解析冗長的に支援された監視が行われる。この監視によって、信号はその有
効範囲全体で監視される。

【００１５】 第１の段階では、電気的な監視によって、センサ供給電圧とケーブル布線が検
査される。第２の段階では、重要性に基づいて“インテリジェント”に構成され
たこのようなセンサが、連続的に自己検査される。センサの内部故障の場合には
、センサ信号は故障帯域に移動する。従って、このようなセンサ故障は電気的な
監視によっても検出可能である。

【００１６】 その際、電気的な監視によって専ら、センサ信号が有効範囲内にあるかどうか
が検査される。しかし、例えば間違った組み込み位置または緩んだ組み込み状態
、接地中断等のような他のセンサ故障の検出は不可能である。この理由から、第
３の段階では、有効範囲内の個々のセンサ信号の変化が周期的−順次的に監視さ
れ、しかも解析的冗長度によって監視される。この冗長度は、現在監視していな
いセンサ出力信号からその物理的な依存性に基づいて計算される。そのために、
モデル支援のＥＳＰ監視システムおよび故障診断システムが設けられる。このシ
ステムの基本構造が図３に示してある。

【００１７】 故障診断システム１００は実質的に２つの部分、すなわち残差（余り）発生器
３０と残差評価ユニット３４とからなっている。

【００１８】 残差発生器３０は、現在監視していないプロセス基準変数Ａおよびまたは現在
のプロセス３２によって発生し現在監視すべきであるプロセス測定変数Ｂから、
解析的冗長度を計算するための第１の装置３１を備えている。この場合、普通運
転のための多重プロセスモデル（Ｇ１〜Ｇ４；Ｑ１〜Ｑ４；Ｌ１〜Ｌ４、後述参
照）を使用して現在監視すべきであるプロセス基準変数またはプロセス測定変数
について、解析的冗長度が計算される。更に、現在監視すべきであるプロセス基
準変数またはプロセス測定変数Ｃから、計算された冗長解析的冗長度を差し引く
ことによって残差ｒを生じるための第２の装置３３が設けられている。

【００１９】 残差評価装置３４は残差評価機能によって残差ｒを評価するための第３の装置
３６と、閾値を生じるための第４の装置３５を備えている。この装置３５には更
に、現在監視していないプロセス基準変数およびまたはプロセス測定変数Ａ，Ｂ
が供給される。それによって、多重プロセスモデルの最大誤差が比較的に大きい
場合に閾値を高くし、モデルの最大誤差が比較的に小さい場合に閾値を低くする
ことができる。評価された残差を閾値と比較し、残差が予め定めた少なくとも１
つの監視時間のための閾値に達するときに、故障通報を行うための第５の装置３
７が設けられている。

【００２０】 本発明の根底をなす問題を明らかにするため、並びに図３に示した本発明によ
る解決策の理解のために、先ず最初に背景情報について次のように説明する。

【００２１】 残差を生じるために（多重モデルの代わりに）シングルプロセスモデルを１個
だけ使用する場合には、現在のプロセス状態、ひいては誤動作に関する情報を得
ることができる。勿論、効率は適用されるプロセスモデルの品質に大きく依存す
る。プロセスモデルの誤差が増大すると、故障警報を回避するために、閾値を高
める必要がある。その結果、数多くの故障が認識されない。それとは逆に、プロ
セスモデルの精度を高めると（これはモデルを一層複雑にすることを意味する）
、実際には、オンライン計算および開発や保守整備の高度な要求の際に、モデル
の実現に多大のコストがかかるので不成功に終わった。従って、モデル支援のＥ
ＳＰ故障診断システムを開発する場合には、モデル精度と、閾値の調節ひいては
システム感度の調節の間の妥協が重要である。

【００２２】 その際、自動車走行のプロセスが知られていない多くの周辺ファクタによって
大きな影響を受けることが知られていることも考慮すべきである。更に、走行ダ
イナミクスは或る程度までしか数学的に説明することができない。他方では、実
現の限度は、最初からハードウェアの状態によって決まる。これらのすべての限
界条件は、モデル支援の方法の原理に基づく解決策を必要とする。しかし、この
モデル支援の方法の使用をＥＳＰシステムにおいて調整しなければならない。

【００２３】 モデル支援の故障診断の基本思想は、数学的なモデルの形で示される物理的な
規則性の検査である。

【００２４】 ｙ＝ｆ（ｕ₁,・・・, ｕ_m ） ［式１］ がこの物理的な規則性を示すと仮定する。この場合、ｙは監視すべきセンサの出
力信号であり、ｕ₁ ・・・ｕ_m は知られているかまたは測定された物理的な量で
あり、ｆは数学的な関数である。この場合、解析的冗長度

【００２５】

【外３】

【００２６】 は、

【００２７】

【数１】

【００２８】 によって求められ、残差ｒは次のように生じる。

【００２９】

【数２】

【００３０】 残差は故障のない場合にはほぼ零に等しい。センサ故障が発生すると、この規則
性はその有効性を失うので、残差が零から大きく逸れる。この思想を実現する際
の難点は、モデルがプロセスの一部だけしか示さないことにある。このいわゆる
モデルの誤差はプロセスモデルを ｙ＝ｆ（ｕ₁,・・・, ｕ_m ）＋Δ に拡張することによって表現することができる。この場合、Δはプロセス状態に
依存する知られていない量である。信頼性のあるモデル支援式故障診断の前提は
、残差ｒへのΔの影響をできるだけ小さくすることである。

【００３１】 Δの影響を抑制するためには、２つの方法がある。 1.) 最新の頑強な制御理論によって監視システムの頑強性を高める。これは、一
般的にコストのかかる設計と多くの計算作業（オフラインでもオンラインでも）
を必要とする受動的な方法である。 ２．）付加的な情報の入手。これは、２つの方式で実現可能である能動的な方法
である。一方の方式はモデルの改良である。これはオフライン情報の入手を意味
するがしかし同時に、付加的なオンライン計算作業を意味する。他の方式は付加
的なオンライン情報の利用である。この方式は、上記の問題を本発明に従って解
決するためにきわめて有利であることが判った。

【００３２】 付加的なオンライン情報の利用は、監視すべきセンサのために、多重の（冗長
的な）モデルを形成し、更に監視していないいろいろなセンサまたは信号源の信
号に基づいてこのセンサの挙動と機能性を再現することを可能にする。この冗長
解析的冗長度は一方では監視システムの信頼性を高め、他方ではモデル誤差に対
する頑強性を高める。次に、本発明による方法の好ましい実施の形態を提示する
。この実施の形態によってこの基本思想が実現可能である。

【００３３】 監視すべきセンサ信号の挙動にとって、次の方程式

【００３４】

【数３】

【００３５】 によってモデルが形成可能であると仮定する。ここで、ｕ_ij，ｉ＝１，・・・，
ｎ；ｊ＝１，・・・，ｍはいろいろな源からの信号であり、ｆ₁ ，・・・．ｆ_n は部分モデルであり、Δ₁ ，・・・Δ_n は個々の部分モデルのモデル誤差であり
、ＰＺはプロセス状態であり、ＧＢ_i ，ｉ＝１，・・・，ｎは部分モデルが有効
である範囲である。

【００３６】 個々の部分モデルの有効性とモデル誤差は、プロセス状態に依存する。問題は
、多重モデルに基づいて残差を求めることにある。この残差は一方では、検出す
べき故障に対して敏感であり、他方ではモデル誤差に対して頑強である。

【００３７】 そのために、走行状況は２つのグループに分けられる。 １．）モデル誤差が非常にはっきりしていて、少数の部分モデルだけが有効であ
る非定常的な走行状態。 ２．）多数の部分モデルが有効であり、そのモデル誤差が小さいという共通特性
を有する定常的な走行状態。 １．）に対して：非定常的な走行状態：残差の絶対値が残差評価関数として使用
されるので、すべての残差のうちの残差ｒ

【００３８】

【数４】

【００３９】 ［式２］ はモデル誤差に対して最も頑強なものとして生じ、同時に故障に対して最も鈍感
なものとして生じる。従って、この走行状況について次のことが判る： 有効な部分モデルの数が予め定めた数よりも非常に少ないときには（＜＜ｎ）、
［式２］の原理に従って残差が評価される。

【００４０】 この規則は“すべてのうちの最小”と呼ばれる。この基本思想は、モデル誤差
が非常にはっきりしている非定常的な範囲において頑強性が重要性を増すという
ことにある。 ２．）に対して：定常的な走行状態：

【００４１】

【数５】

【００４２】 であると（これは、すべての部分モデルまたはほとんどすべての部分モデルが有
効であり、従って一般的に普通のプロセス状態が生じることを意味する）、残差
は次のアルゴリズムに従って選択される。 段階１：平均値

【００４３】

【外４】

【００４４】 を求める。

【００４５】

【数６】

【００４６】 段階２：

【００４７】

【外５】

【００４８】 の最小の偏差を有する

【００４９】

【外６】

【００５０】 の計算と、

【００５１】

【外７】

【００５２】 の選択。すなわち、

【００５３】

【数７】

【００５４】 段階３：残差ｒを求めることと：

【００５５】

【外８】

【００５６】 であり、そのとき

【００５７】

【数８】

【００５８】 が当てはまると仮定する。

【００５９】 このアルゴリズムの機能原理を説明するために、２つのケースについて考察す
る。 ａ．）故障のない運転：この場合、“最も良好なケース”について、

【００６０】

【数９】

【００６１】 が当てはまる。 これは、モデル誤差が残差に影響を与えないということを意味する。“最も悪い
ケース”について、

【００６２】

【数１０】

【００６３】 が当てはまる。

【００６４】 それによって、最大の偏差は次の式

【００６５】

【数１１】

【００６６】 に従って制限可能である。平均値を求めることはほとんどの場合モデル誤差を抑
制するので、モデル誤差によって生じる偏差も小さくなる。 ｂ．）センサ故障：この場合、“普通のケース”について、

【００６７】

【数１２】

【００６８】 が当てはまる。

【００６９】 故障のために、センサ信号ｙはその普通の値、ひいてはｙ_ik，ｋ＝１，２，３
と大きく異なる。その結果、ｙとｙ_i2の差は大きい。“最も悪いケース”につい
て

【００７０】

【数１３】

【００７１】 が当てはまる。これは故障が検出不可能であることを意味する。しかし、このケ
ースは、誤差の大きさがモデル誤差の範囲内にあるときにのみ発生し得る。それ
によって、監視構想の能力限界が実質的にモデル誤差によって決まる。

【００７２】 既に述べたように、残差発生の構想はモデル有効性（妥当性）の検査を前提と
している。これは残差発生のために使用される信号の信頼性の検査と、走行状況
に対応するモデル有効性の検査からなっている。

【００７３】 信号は、ソフトウェアまたはハードウェアに従って検査されたときに信頼性の
ある信号と呼ばれる。信頼性のある信号は、システムの他の部分機能からの信号
または他のセンサからの信号であってもよい。これは相互の監視を意味する。こ
れは、多重モデルを形成するために利用されるオンライン情報である。

【００７４】 既に述べたように、発生した残差はモデル誤差に大きく依存する。このモデル
誤差はいろいろな走行状況によって影響を受ける。従って、走行状況に適応する
残差評価ユニットを開発することが望まれる。

【００７５】 一般的に知られているように、定常的な走行中の走行状態は非常に正確に再現
することができる。これと異なり、非常にダイナミックな走行状態は数学的に再
現することが困難である。従って、走行状況をケース毎に区別し、これに基づい
て監視閾値と監視時間を適応させて調節すると有利である。監視閾値の適合は一
方では、ありそうもないセンサ信号の発生時に故障通報を適時に開始し、他方で
は再現の不正確さに基づいて生じる間違った故障通報を防止する。これは、セン
サ信号再現の精度が悪い走行状況において閾値が高く、監視時間が長くなり、精
度の良好な走行状況において閾値が低下し、監視時間が短くなるということを意
味する。

【００７６】 次に、３個の重要なＥＰＳセンサ、すなわちヨーレイトセンサ、横方向加速度
センサおよびステアリングホイール角度センサの監視のための、上記の段落で示
した構想の実施について説明する。

【００７７】 図４は、ＥＰＳセンサ、すなわちヨーレイトセンサ１３、横方向加速度センサ
１４および操舵角度センサ１５のモデル支援監視システムの構造を示している。
各々のＥＰＳセンサを監視するために、有効であるときには、４個の冗長的なモ
デルが供される。このモデルはヨーレイトセンサ１３についてはモデルＧ１〜Ｇ
４であり、横方向加速度センサ１４についてはモデルＱ１〜Ｑ４であり、操舵角
度センサ１５についてはモデルＬ１〜Ｌ４である。プロセスモデルの数学的な実
現とその有効性は、表１にまとめられている。表で使用される記号は次のように
定義される。

【００７８】

【外９】

【００７９】 ・・・モデルヨーレイト、 ａ_qm・・・モデル横方向加速度、 δ_Lm・・・モデル操舵角度、

【００８０】

【外１０】

【００８１】 ・・・ヨーレイト、 ａ_q ・・・横方向加速度、
δ_L ・・・操舵角度、 ｉ_L ・・・操舵比、 ｌ・・・ホイールベース、 Ｓ・・・車両のトレッド ｖ_ch・・・特徴的な走行速度。 表１：

【００８２】

【表１】

【００８３】 モデルは第１の装置３１内に導入されている。この場合、冗長度を計算するた
めおよび残差を求めるための入力量として、次の信号を使用することができる。 ｖ_vr ・・・右前輪の車輪速度 ｖ_vl ・・・左前輪の車輪速度 ｖ_hr ・・・右後輪の車輪速度 ｖ_hl ・・・左前輪の車輪速度そして ｖ_ref ・・・車速； この信号はアンチロックコントロールシステムの部分機能によって発生する。同
様に、監視すべき３個のＥＳＰセンサ１３，１４，１５から出るヨーレイト、横
方向加速度および操舵角度も使用することができる。計算された冗長性はその都
度監視されるセンサ信号と共に、残差を求めて評価するための第３の装置３６（
この第３の装置は図示では第２の装置３３も含んでいる）に供給される。その都
度の残差と、第４の装置３５で発生した閾値との差を求めた後で、差が処理の値
を上回るときには、第５の装置３７によって、ヨーレイトセンサ１３のための故
障通報Ｆ／ＵＧ、横方向加速度センサ１４のための故障通報Ｆ／ＵＱおよび操舵
角度センサ１５のための故障通報Ｆ／ＵＬが行われる。図４において、第３、第
４および第５の装置３６，３５，３７は各々のセンサ１３，１４，１５について
別々に示してある。

【００８４】 アンチロックコントロールシステムによって発生した信号の場合、信号の信頼
性の検査は、そこに存在する監視システムによって行われる。故障通報が行われ
ないと、信号は信頼性のあるものとして評価され、故障通報がある場合には使用
不能なものとして評価される。

【００８５】 ここで説明するセンサ監視システムにおいて、上記の３つのＥＳＰセンサ信号
（ヨーレイト、横方向加速度、操舵角度）の場合、故障通報が存在しないと、当
該の信号は信頼性のあるものとして評価され、故障通報が行われると、システム
は停止される。

【００８６】 上述のように、方法“多数決原理”はセンサに欠陥があるときにセンサ故障に
対して敏感であり、方法“すべてのうちの最小”はシステム故障と非定常的また
は極端な走行状態に対して頑強である。上記の段落で説明した監視構想は次のよ
うに実現される。

【００８７】 有効なモデルの数が３よりも少ないと、残差が“すべてのうちの最小”の原理
に従って発生する。そうでない場合には、残差は“多数決原理”によって求めら
れる。

【００８８】 理論的には、このすべてのプロセスモデルは走行ダイナミクスの定常範囲また
は線形範囲においてのみ適用される。走行状態がもはやこの範囲にないと、監視
閾値を高めなければならず、監視時間を延長しなければならない。これは第４の
装置（閾値計算）３５における状況認識によって並びに定常または線形範囲から
の走行状態のずれの程度の確認によって行われる（図４参照）。そのために使用
される信号は次の通りである。車速ｖ_ref 、４つの車輪速度ｖ_vr，ｖ_vl，ｖ_hl，
ｖ_hr、同様に部分機能ＡＢＳから発生し、そこで検査される車両縦方向加速度ａ ₁ および他のＥＳＰセンサ信号。

【００８９】 この監視閾値と監視時間は、いろいろな走行状況におけるいろいろな種類の故
障の場合に車両の状態の調査によって確認される。走行操作に該当しないような
大きな変化度を有するヨーレイトセンサ信号の変化が確認されると、監視時間は
大幅に短縮される。

【００９０】 監視閾値と監視時間の適合は表２に最も簡単な形でまとめられている。 表２：

【００９１】

【表２】

【００９２】 ハードウェア実施の構造が図５に示してある。この構造はマイクロプロセッサ
システム４０を含んでいる。このマイクロプロセッサシステムの出力信号はブレ
ーキ介入またはエンジン介入のためのユニット４１に供給される。

【００９３】 マイクロプロセッサシステム４０は、アナログセンサ信号を変換するためのア
ナログ／デジタルコンバータ４０１と、それに接続されたデジタル式制御アルゴ
リズム４０２を備えている。アナログの出力信号を発生するためにデジタル／ア
ナログコンバータ４０３がこの制御アルゴリズムに接続されている。更に、デジ
タルセンサ信号は監視システム４０４に供給される。デジタル制御アルゴリズム
４０２によって発生したシステム量は、監視システムに供給され、監視システム
は故障メッセージをこのユニット４０２に送る。

【００９４】 デジタル式制御アルゴリズムと監視システムを備えたＥＳＰシステムは特にＣ
言語でプログラミングされ、続いてマイクロプロセッサ４０で実行される。マイ
クロプロセッサシステム４０の入力信号は、車両４２に組み込まれたセンサ４３
によって発生した信号である。マイクロプロセッサシステム４０の出力信号は、
ブレーキシステムまたはエンジン管理システム４１を制御するために案内される
制御量である。監視システム４０４は制御システムに対して平行であり、全体シ
ステムを監視し、従って故障が確認されないときには制御に影響を与えない。故
障が検出されると、監視システム４０４はデジタル制御アルゴリズム４０２に故
障メッセージを送る。それによって、制御アルゴリズムはＥＳＰシステムを非活
動化する。

【００９５】 監視システムは数多くの走行試験によってテストされた。２つのテスト走行の
測定結果を例として図６ａ，６ｂ，６ｃに示す。この測定結果は直線走行時のヨ
ーレイトセンサの故障シミュレーソンの結果である。図６ａはヨーレイトセンサ
の信号（線１）と、その４つの再現（線２〜５）を示す。図６ｂは残差の変化（
線１）と閾値（線２，３）を示す。図６ｃには、いつ故障通報が開始されるかが
示してある。

【００９６】 この図示からはっきりと判るように、ヨーレイトは非常に正確に示すことがで
きる。シミュレーションされた故障は、ヨートルクコントロールシステムが高い
圧力で車輪に作用する前に、０．２５秒以内で認識された。

【００９７】 図７ａ，７ｂ，７ｃはスラローム操縦で走行する際のヨーレイトセンサの監視
結果を示している。このようなスラローム操縦の間、ヨーレイトはセンサ信号と
モデル信号の間の位相のずれのために正確に示されない。この状況では、このよ
うなモデル誤差は一般的にモデル形成時に避けられない。そこで間違ったアラー
ムが発せられないようにするために、監視閾値はスラロームの開始時に既に高め
られている。図７ａはヨーレイトセンサの信号（線１）とその再現（線２〜５）
を示している。図７ｂには、残差の変化（線１）と閾値（線２，３）が示してあ
る。図７ｃから、故障メッセージが発せられていないことが判る。

【００９８】 すなわち、全体的に、ＥＳＰシステムにおけるセンサ監視のための方法と装置
が記載され、この方法または装置の要部は多重モデル支援による残差の発生にあ
る。方法と装置の発展は第１に、走行ダイナミクスと物理的な実現可能性と使用
可能性を考慮して行われる。センサ監視によって、センサ故障と、特に走行中大
きな変化度を有するセンサ故障を検出可能である。監視システムは高い信頼性を
有する。というのは一方では、モデル誤差に対して高い頑強性を有し、他方では
センサ故障に対して良好な感度を有するからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 走行ダイナミクス的なコントロールシステムのブロック図である。

【図２】 ＥＳＰシステムの構造を概略的に示す図である。

【図３】 故障診断システムの原理を示す図である。

【図４】 ＥＳＰセンサのためのモデル支援式監視システムの構造を示す図である。

【図５】 本発明によるセンサ監視のブロック図である。

【図６】 ａ，ｂ，ｃは故障シミュレーションにおける測定結果を示す図である。

【図７】 ａ，ｂ，ｃはスラローム操縦における測定結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 １９９ ３９ ８７２．０ (32)優先日 平成11年８月24日(1999．8．24) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＵＳ Ｆターム(参考） 3D032 CC28 CC33 DA03 DA24 DA29 DA33 DC07 DC33 DE09 FF01 FF08 3D046 BB28 BB29 CC02 EE01 HH02 HH08 HH16 HH25 HH36 3D049 BB01 RR01 RR02 RR05

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その都度プロセスの個々の基準変数と測定変数を検出するセ
   ンサを監視するための方法において、 個々のセンサの出力信号の変化を次のステップで周期的−順次的に監視する、
   すなわち、 普通動作モードのための多重プロセスモデル（３１；Ｇ１〜Ｇ４；Ｑ１〜Ｑ４
   ；Ｌ１〜Ｌ４）によって、現在のプロセス（３２）の現在監視されない基準変数
   およびまたは測定変数（Ａ，Ｂ）から、現在監視すべきプロセスの基準変数また
   は測定変数（Ｃ）のための解析的な冗長度 【外１】 を求め、 現在監視すべきプロセスの基準変数または測定変数（Ｃ）から、求められた冗
   長解析的な冗長度 【外２】 を差し引くことによって残差（ｒ）を求め、 残差評価機能によって残差（ｒ）を評価し、 評価された残差を設定された閾値を比較し、残差が予め定められた少なくとも
   １つの監視時間のための閾値に達したときに故障通報を行うことを特徴とする方
   法。
2. 【請求項２】 プロセスが車両の電子式走行安定性プログラム（ＥＳＰ）の
   一部であり、監視すべきプロセスの基準変数と測定変数（Ａ，Ｂ，Ｃ）がヨーレ
   イト、横方向加速度および操舵角度であることを特徴とする請求項１記載の方法
   。
3. 【請求項３】 方法が電子的な走行安定性プログラム（ＥＳＰ）と並行して
   進行し、故障通報（Ｆ）が行われるときに、走行安定性プログラムが非活動化さ
   れることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 多重プロセスモデルが多数の部分モデル（Ｇ１〜Ｇ４；Ｑ１
   〜Ｑ４；Ｌ１〜Ｌ４）によって形成され、この部分モデルによって、その都度監
   視すべきプロセスの基準変数または測定変数（Ｃ）が、監視されないプロセス基
   準変数またはプロセス測定変数（Ａ，Ｂ）、車輪回転速度（ｖ_vl，ｖ_vr，ｖ_hl，
   ｖ_hr）、ホイールベース（ｌ）、トレッド（Ｓ）、同様に４つの車輪速度から求
   められる車速（ｖ_ref ）のような他の物理量によって、物理的な法則に基づいて
   、再現可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 【請求項５】 モデル誤差の大きな非定常のプロセス状態の際に、残差評価
   機能が“すべてのうちの最小”の原理に従うアルゴリズムによって求められ、す
   べての残差のうちの最小の残差が閾値と比較され、モデル誤差の小さな定常的な
   プロセス状態の際に、“多数決原理”によるアルゴリズムが用いられ、このアル
   ゴリズムにおいて解析的な冗長度の平均値が求められ、閾値と比較すべき残差を
   求めるために、平均値から最も小さな偏差を有する３つの冗長度のうちの中間の
   値である解析的な冗長度が使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   一つに記載の方法。
6. 【請求項６】 有効なモデルの数が３つよりも少ない場合、残差が“すべて
   のうちの最小”の原理に従って求められ、有効なモデルの数が３つ以上である場
   合、“多数決原理”に従って残差が求められることを特徴とする請求項５記載の
   方法。
7. 【請求項７】 一方では有効でないセンサ信号の発生時に適時に故障通報を
   行い、他方では大きなモデル誤差に基づく間違った故障通報が回避されるように
   、監視されないプロセス基準変数とプロセス測定変数（Ａ，Ｂ）と車輪回転速度
   （ｖ_vl，ｖ_vr，ｖ_hl，ｖ_hr）と車速（ｖ_ref ）に基づいて、プロセスの状態に依
   存して、閾値を計算し、適合させるステップを有することを特徴とする請求項１
   〜６のいずれか一つに記載の方法。
8. 【請求項８】 監視時間が現在のプロセス状態に適応させられ、かつセンサ
   の短時間の故障が許容されるように選定されることを特徴とする請求項１〜７の
   いずれか一つに記載の方法。
9. 【請求項９】 その都度プロセスの個々の基準変数と測定変数を検出するセ
   ンサを監視するための装置において、 普通動作モードのための多重プロセスモデル（Ｇ１〜Ｇ４；Ｑ１〜Ｑ４；Ｌ１
   〜Ｌ４）によって、現在のプロセス（３２）の現在監視されない基準変数および
   または測定変数（Ａ，Ｂ）から、現在監視すべきプロセスの基準変数または測定
   変数（Ｃ）のための解析的な冗長度を計算するための第１の装置（３１）と、 現在監視すべきプロセスの基準変数または測定変数（Ｃ）から、計算された冗
   長解析的な冗長度を差し引くことによって残差（ｒ）を求めるための第２の装置
   （３３）と、 残差評価機能によって残差（ｒ）を評価するための第３の装置（３６）と、 閾値を求めるための第４の装置（３５）と、 評価された残差を閾値を比較し、残差が予め定められた少なくとも１つの監視
   時間のための閾値に達したときに故障通報を行う第５の装置（３７）とを備えて
   いることを特徴とする装置。
10. 【請求項１０】 多重プロセスモデルの誤差が比較的に大きい場合に信号認
    識によって閾値を高め、多重プロセスモデルの誤差が比較的に小さい場合に閾値
    を低下させるために、現在監視されていないプロセス基準変数およびまたはプロ
    セス測定変数（Ａ，Ｂ）が第４の装置（３５）に供給されることを特徴とする請
    求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 第１から第５までの装置がマイクロプロセッサシステム（
    ４０）によって実現されていることを特徴とする請求項９または１０記載の装置
    。
12. 【請求項１２】 車両用ＥＳＰシステムにおいて、ヨーレイトセンサ（１３
    ）、横方向加速度センサ（１４）および操舵角度センサ（１５）を周期的に監視
    するために、請求項９〜１１のいずれか一つに記載の装置を備えていることを特
    徴とする車両用ＥＳＰシステム。