DE10012133A1

DE10012133A1 - Angle adjusting and monitoring unit for use in motor vehicle, sets actual angle on basis of desired angle and has actual angle sensor for determining actual angle of adjusting unit

Info

Publication number: DE10012133A1
Application number: DE2000112133
Authority: DE
Inventors: Kai Weeber; Michael Knoop; Klaus-Dieter Leimbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-09-27

Abstract

The monitoring system is designed so that monitoring facilities (10,11) are provided, which based on a dynamic model, a forecast of the actual angle (DELTA V) is carried out, from the knowledge of the desired angle (DELTA M + DELTA R) and from the travel dynamic variables. The forecast actual value is compared with the sensor determined actual value (15). A fault signal (17) is then derived from the comparison result, using a fault identification algorithm.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung einer Winkelstelleinrichtung im Fahrzeug, insbesondere im Kraftfahrzeug, die aufgrund eines Sollwinkels einen Istwinkel einstellt, und mit einem Istwinkelsensor zur Erfassung des eingestellten Istwinkels der Stelleinrichtung versehen ist sowie eine Verwendung dieses Überwachungssystems zur Überwachung einer Stellermechanik eines fahrdynamischen Lenksystems (FLS) in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a system for monitoring a Angle adjusting device in the vehicle, especially in the Motor vehicle that a due to a target angle Actual angle sets, and with an actual angle sensor Acquisition of the set actual angle of the actuating device is provided and a use of this Monitoring system for monitoring an actuator mechanism a driving dynamics steering system (FLS) in one Motor vehicle.

Allgemein können bei Winkelstellern, die aufgrund eines Sollwinkels einen Istwinkel einstellen, aufgrund der verwendeten Messtechnik, unterschiedlichen Abtastzeiten einzelner Winkelsensoren und Signalquantifizierungen beträchtliche Abweichungen eines berechneten Sollwinkels von dem tatsächlich am Stellerausgang eingestellten Istwinkel auftreten. Solche Abweichungen können bei hochdynamischen Vorgängen zu großen Fehlern führen.In general, for angle actuators that are due to a Set an actual angle based on the target angle measurement technology used, different sampling times individual angle sensors and signal quantifications considerable deviations from a calculated target angle from the one actually set at the actuator output Actual angles occur. Such deviations can occur highly dynamic processes lead to large errors.

Hochdynamische Vorgänge im Kraftfahrzeug treten z. B. bei elektromechanischen Bremssystemen, die abhängig von einem am Bremspedal vorgegebenen Sollsignal von der Fahrdynamik und von Fahrbahnbeschaffenheiten abhängige Zusatzsignale hinzufügen, einem automatisierten Schaltgetriebe, bei Drosselklappenlageregelungen und bei fahrdynamischen Lenksystemen auf, bei denen ein Lenksteller einen am Lenkrad eingestellten Fahrerlenkradwinkel und einen von dynamischen Fahrzuständen abhängigen Motorzusatzwinkel zu einem Summenausgangswinkel addieren.Highly dynamic processes in the motor vehicle occur, for. B. at electromechanical braking systems that depend on one The target signal of the driving dynamics specified on the brake pedal and additional signals dependent on road surface conditions add an automated manual transmission at Throttle position control and for driving dynamics Steering systems in which a steering actuator a Steering wheel set driver steering wheel angle and one of depending on dynamic driving conditions additional engine angle add a total starting angle.

Bei dem zuletzt genannten fahrdynamischen Lenksystem addiert die Stelleinrichtung, d. h. der Lenksteller die beiden Eingänge zum Summenwinkel am Ausgang. Die jeweiligen Winkel am Eingang und der Winkel am Ausgang werden jeweils durch Winkelsensoren überwacht.With the last-mentioned dynamic steering system adds the actuator, d. H. the steering plate the two inputs to the sum angle at the output. The respective Angle at the entrance and the angle at the exit are each monitored by angle sensors.

Tritt ein mechanischer Schaden am Steller auf, so ist die Stellerfunktion beeinträchtigt. Diese Beeinträchtigung lässt sich über die einzelnen Winkelsensoren erfassen.If there is mechanical damage to the actuator, it is Actuator function impaired. This impairment can be recorded using the individual angle sensors.

Bei normal funktionierendem Steller, funktionierenden Sensoren und verzögerungsfreier exakter Messung aller Signale zu jedem Zeitpunkt addieren sich die Stellereingangswinkel zum Ausgangswinkel des Stellers nach folgender Beziehung:
In the case of a normally operating actuator, functioning sensors and precise, instantaneous measurement of all signals at all times, the actuator input angles add up to the output angle of the actuator according to the following relationship:

DELTAM + DELTALR = DELTAV (1)
DELTAM + DELTALR = DELTAV (1)

wobei DELTALR den Lenkradwinkel, DELTAM den Motorzusatzwinkel und DELTAV den Ausgangswinkel des Lenkstellers bezeichnet.where DELTALR is the steering wheel angle, DELTAM is the Additional engine angle and DELTAV the starting angle of the Steering actuator designated.

Die oben erwähnten, aufgrund der verwendeten Messtechnik, der unterschiedlichen Abtastzeiten bei den einzelnen Sensoren und den Signalquantifizierungen verursachten Abweichungen der tatsächlichen Istwinkel von den zu erwartenden theoretischen Istwinkeln können in der obigen Gleichung (1) zu großen Fehlern führen, die bis zu 70 Winkelgrade betragen können.The above mentioned, due to the measurement technology used, the different sampling times for the individual Sensors and the signal quantifications caused Deviations of the actual actual angle from the expected theoretical actual angles can be found in the above Equation (1) lead to large errors, up to 70 Degrees can be angular.

Object and advantages of the invention

Es ist Aufgabe des gattungsgemäßen Überwachungssystems systematisch bedingte Fehler einer Stelleinrichtung von tatsächlichen Fehlern, die von Sensor- und/oder Stellerfehlern herrühren, zu unterscheiden und insbesondere bei einem dieses Überwachungssystem verwendenden fahrdynamischen Lenksystem (FLS) im Kraftfahrzeug die systematisch bedingten Fehler des Lenkstellers von tatsächlichen Lenkstellerfehlern und Sensorfehlern zu unterscheiden und damit die Zuverlässigkeit und Sicherheit des FLS zu steigern.It is the task of the generic surveillance system systematically caused errors of an actuator from actual errors caused by sensor and / or Actuator errors arise, differentiate and in particular in one using this surveillance system dynamic steering system (FLS) in motor vehicles systematic errors of the steering actuator from actual steering position errors and sensor errors distinguish and thus the reliability and security to increase the FLS.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine modellgestützte Fehlerberechnung vor. Dazu führen Überwachungsmittel anhand eines dynamischen Modells eine Vorhersage des Istwinkels aus der Kenntnis des Sollwinkels und aus erfassten oder zugeführten fahrdynamischen Größen aus, vergleichen den vorhergesagten Istwinkel mit dem sensorisch erfassten Istwinkel und leiten aus dem Vergleichsergebnis ein Fehlersignal ab.To achieve this object, the invention proposes model-based error calculation. Lead to it Monitoring means based on a dynamic model Prediction of the actual angle from knowledge of the target angle and from detected or supplied dynamic driving variables , compare the predicted actual angle with the actual angle sensed and derive from the Comparison result an error signal.

Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem sind die Überwachungsmittel zur Durchführung eines Fehlerkennungsalgorithmus eingerichtet, der Signalaufbereitungsmittel, Modellberechnungsmittel und Vergleichsmittel umfasst.In the monitoring system according to the invention Monitoring means for carrying out a Error detection algorithm set up Signal processing means, model calculation means and Comparative means includes.

Die vorgeschlagenen Signalaufbereitungsmittel weisen lineare Filtermittel auf, um aus dem sensorisch erfassten und zu diskreten Zeiten abgetasteten Istwinkelsignal ein stetiges Istwinkelsignal zu bilden.The proposed signal processing means point linear filter means to get from the sensed and actual angle signal sampled at discrete times to form a constant actual angle signal.

Die Modellberechnungsmittel ermitteln ein Modell, das die Zeitverzögerung im Istwinkel signaldynamisch modelliert.The model calculation means determine a model that the Time delay in the actual angle modeled using signal dynamics.

Die Modellberechnungsmittel führen eine Iteration des zeitlichen Verlauf des Istwinkelsignals aus einem momentanen, einem vorigen und einem vorvorigen Signalwert durch.The model calculation means carry out an iteration of the temporal course of the actual angle signal from a current, a previous and a previous signal value by.

Die Vergleichsmittel des Fehlererkennungsalgorithmus ermitteln einen Fehler im erfassten Istwinkelsignal auf der Basis eines durch die Filtermittel gefilterten Istwinkelsignals und des durch die Modellberechnungsmittel berechneten Modellwerts und vergleichen den ermittelten Fehler mit empirisch gefundenen Fehlerschranken. Dabei wählen die Vergleichsmittel zwei Fehlerschranken je nach Signaldynamik aus, wobei sie die Signaldynamik anhand einer zuvor berechneten Winkelgeschwindigkeit und einer Winkelbeschleunigung des Istwinkelsignals kennzeichnen.The means of comparison of the error detection algorithm determine an error in the detected actual angle signal on the Basis of a filtered by the filter media Actual angle signal and that by the model calculation means calculated model value and compare the determined Errors with empirically found error bounds. there the comparison means choose two error bounds depending on Signal dynamics, whereby the signal dynamics based on a previously calculated angular velocity and one Mark the angular acceleration of the actual angle signal.

Die erfindungsgemäße Verwendung dieses vorgeschlagenen Überwachungssystems für ein FLS führt eine Vorhersage des Summenwinkelsignals DELTAV des Lenkstellers durch und vergleicht den vorhergesagten Wert mit dem sensorisch erfassten Messwert des Summenwinkels. Überschreitet die Differenz dieser beiden Signale die erwähnte, von den Vergleichsmitteln ausgewählten Fehlerschranken so wird eine Fehlermeldung des fahrdynamischen Lenksystems abgesetzt.The use according to the invention of this proposed Monitoring system for an FLS performs a prediction of the Sum angle signal DELTAV of the steering actuator through and compares the predicted value with the sensory one measured value of the sum angle. Exceeds the Difference of these two signals the mentioned from the Comparison means selected error bounds, so a Error message of the driving dynamics steering system issued.

Grundsätzlich werden bei diesem Verfahren die real auftretenden Fehler in der obigen Gleichung (1) nicht verkleinert, jedoch ist mittels des Modells eine situationsabhängige Voraussage des zu erwartenden realen Fehlers (bei gegebenen Hardware-Randbedingungen) möglich. Anhand dieser Vorhersage lässt sich bei großen Abweichungen der durch das Modell ermittelten Signale zu dem Wert DELTAV in Gleichung (1) verlässlicher sagen, ob ein tatsächlicher Fehler vorliegt oder nicht.Basically, with this procedure, the real errors occurring in equation (1) above scaled down, but using the model is one situation-dependent prediction of the expected real Errors (given given hardware constraints) possible. This prediction can be used for large deviations of the signals determined by the model for the value DELTAV in equation (1) say more reliably whether an actual There is an error or not.

drawing

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems beispielhaft für ein FLS anhand der einzigen Figur beschrieben, die Funktionsblöcke eines in der Erfindung verwendeten Fehlererkennungsalgorithmus darstellt.A preferred embodiment of a monitoring system according to the invention for example FLS described using the single figure that Functional blocks of one used in the invention Error detection algorithm.

Embodiment

Der in der Figur dargestellte Fehlererkennungsalgorithmus 11 setzt sich aus drei Abschnitten zusammen, einem Signalaufbereitungsabschnitt 12, 13, der eine lineare Filterung durchführt, einem Modellberechnungsabschnitt 14, der eine Vorhersage des Summenwinkels DELTAV ausführt, und einem Abschnitt mit Vergleichsmitteln 15, 16, die ein Vergleichsergebnis aus dem modellierten Summenwinkel mit dem Messwert vergleichen.The error detection algorithm 11 shown in the figure is composed of three sections, a signal processing section 12 , 13 which carries out a linear filtering, a model calculation section 14 which carries out a prediction of the sum angle DELTAV, and a section with comparison means 15 , 16 which produces a comparison result Compare from the modeled sum angle with the measured value.

Als Eingangsgrößen des Fehlererkennungsalgorithmus' 11 dienen somit die sensorisch ermittelten Signale DELTAM, DELTALR und DELTAV.As input variables of the fault detection algorithm 11 thus the sensor-detected signals delta M, and DELTALR DELTAV serve.

Nachfolgend werden Struktur, Funktion und Signalzustände der oben angeführten drei Abschnitte:The following are structure, function and signal states of the three sections above:

Signalaufbereitungsabschnitt, Modellberechnungsabschnitt und Vergleichsabschnitt beschrieben.Signal conditioning section, model calculation section and comparison section described.

Section 1, Signal Processing

In der Signalaufbereitung wird der Summenwinkel DELTAV mit einem Tiefpass-Filter 13 (Pol bei s = -50, Zeitkonstante T = 20 ms) gefiltert. Diese Filterung ist notwendig, da das Summenwinkelsignal durch die geringe Abtastrate von 20 ms und eine Quantifizierung von 2.5° sehr unstetig ist. Das gefilterte Signal des Summenwinkels wird später für die Berechnung des Fehlers in der Gleichung 1 verwendet.In the signal processing, the sum angle DELTAV is filtered with a low-pass filter 13 (pole at s = -50, time constant T = 20 ms). This filtering is necessary because the sum angle signal is very discontinuous due to the low sampling rate of 20 ms and a quantification of 2.5 °. The filtered sum angle signal will later be used to calculate the error in Equation 1.

Weiterhin wird die Summe aus Motorwinkel und Lenkradwinkel mit einem Tiefpass 12 gefiltert und aus diesem Signal durch Differentiationen die Winkelgeschwindigkeit und - beschleunigung des Summenwinkels DELTAV berechnet. Diese Signale sind aufgrund ihrer Quantifizierung von 0.1° besser abzuleiten. Die Ableitungen werden für die Festlegung von Überwachungsbereichen verwendet. Bei kleinen Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen (geringe Lenkdynamik) wird die Fehlergrenze enger gesetzt als bei hoher Lenkdynamik.Furthermore, the sum of the motor angle and steering wheel angle is filtered with a low pass 12 and the angular velocity and acceleration of the total angle DELTAV are calculated from this signal by differentiations. Due to their quantification of 0.1 °, these signals are easier to derive. The derivations are used to define monitoring areas. At low angular speeds and angular accelerations (low steering dynamics), the error limit is set closer than with high steering dynamics.

Die Filtergleichungen sind (C-Code):
The filter equations are (C code):

Section 2, Model Calculation

Beim Vergleich der Winkelsignale DELTAV mit DELTAR + DELTAM wird deutlich, dass DELTAV einen zeitlichen Verzug zu DELTAR + DELTAM hat. Dieser Verzug führt bei dynamischen Vorgängen zu Fehlern. Die Idee bei der Modellberechnung ist, ein Modell zu ermitteln, das als Eingangsgröße die Summe DELTAR + DELTAM hat und als Ausgangsgröße einen Schätzwert für DELTAV (im Programm dv1) liefert. Das Modell modelliert somit die Zeitverzögerung in den Signalen.When comparing the angle signals DELTAV with DELTAR + DELTAM it becomes clear that DELTAV is behind schedule DELTAR + DELTAM has. This delay leads to dynamic Operations on errors. The idea behind the model calculation is to determine a model that uses the Sum DELTAR + DELTAM has and as an output quantity one Estimates DELTAV (in program dv1). The model thus models the time delay in the signals.

Für die Ermittlung des Modells wird eine Identifikation mit einem ARX-Modell 1 (Ermittlung in MATLAB mit Identification Toolbox) (im Offline Experiment 10) verwendet. Die Modellordnung wird nach mehreren Iterationen auf 3 festgelegt. Eine Zählerordnung von 2 hat sich ebenfalls bewährt.Identification with an ARX model 1 (determination in MATLAB with Identification Toolbox) (in offline experiment 10 ) is used to determine the model. The model order is set to 3 after several iterations. A counter order of 2 has also proven itself.

Die Modellgleichung ist (C-Code):
The model equation is (C code):

wobei der Größe y1_a1 der y1-Wert aus dem Zeitschritt zuvor, der Größe y1_a2 der y1-Wert vor 2 Zeitschritten u. s. w. entspricht. Wie zuvor bemerkt, ist der Modelleingang die Summe aus DELTAR + DELTAM = deltam_lr. Die Werte deltam_lr_a1 und deltam_lr_a2 sind die Eingänge des vor bzw. vor-vorherigen Zeitpunktes.where the size y1_a1 is the y1 value from the time step before, the size y1_a2 the y1 value before 2 time steps u. s. w. corresponds. As noted earlier, is the model entrance the sum of DELTAR + DELTAM = deltam_lr. The values deltam_lr_a1 and deltam_lr_a2 are the inputs of the front or before-previous time.

Section 3, comparison and query of the error bounds

Mit dem gefilterten Wert des Summenwinkels dv1 und dem berechnetem Modellwert y1 wird der Fehler in der Summenwinkelgleichung (1) berechnet:
The error in the sum angle equation (1) is calculated with the filtered value of the sum angle dv1 and the calculated model value y1:

fehler = fabs(y1 - dv1).error = fabs (y1 - dv1).

Dieser Fehler wird nun mit empirisch gefundenen Fehlerschranken verglichen. Es handelt sich hierbei um 2 Fehlerschranken, die je nach Signaldynamik ausgewählt werden. Die Signaldynamik wird anhand der zuvor berechneten Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen charakterisiert. Es hat sich bei den Untersuchungen herausgestellt, dass zur Beschreibung der Signaldynamik die Winkelgeschwindigkeit allein nicht ausreicht. Es gibt in hochdynamischen Situationen Zeitpunkte, in denen die Winkelgeschwindigkeit sehr klein oder auch 0 ist, aber durch die hohe Beschleunigung hohe Winkelfehler vorhanden sind. Zur Unterscheidung der beiden Dynamikbereiche werden die Konstanten vgrenz und agrenz verwendet.This error is now found empirically Error bounds compared. This is 2 Error barriers selected depending on the signal dynamics become. The signal dynamics is calculated based on the previously calculated Angular velocities and angular accelerations characterized. It has been in the investigations emphasized that to describe the signal dynamics Angular velocity alone is not sufficient. There is in highly dynamic situations when the Angular velocity is very small or 0, but high angular errors due to the high acceleration are. To distinguish the two dynamic ranges the constants vlimit and agrence are used.

Weiterhin hat sich bei den Untersuchungen herausgestellt, dass sich im Verlauf der Fahrversuche ein Offset in der Winkelsumme bilden kann (bedingt auch durch die grobe Quantifizierung des Summenwinkels). Dieser Offset wird in Zeiträumen mit geringer Signaldynamik online ermittelt und bei der Fehlerabfrage berücksichtigt. Dadurch können die Fehlerschranken kleiner gewählt werden. Übersteigt der Offset einen Grenzwert, so wird auf Fehler erkannt.Furthermore, the investigations showed that that there is an offset in the course of the driving tests Can form an angle sum (also due to the rough Quantification of the sum angle). This offset is in Periods with low signal dynamics are determined online and considered in the error query. This allows the Error bounds can be chosen smaller. If the Offset a limit value, then an error is recognized.

Offsetberechnung (C-Code) Offset calculation (C code)

Bei der Initialierung müssen bei dem Modell die Anfangsbedingungen richtig gesetzt werden. Ist die Winkelsumme DELTALR + DELTAM zu Beginn ungleich null so muss dieser Wert als Anfangswert für das Modell übernommen werden (y1_a1 = y1_a2 = y1_a3 = DELTALR + DELTAM - hierbei wird vorausgesetzt, dass nur Anfangsbedingungen in der Lage ungleich Null sind).When initializing the model, the Initial conditions are set correctly. Is the Angle sum DELTALR + DELTAM not equal to zero at the beginning so must this value is taken as the initial value for the model (y1_a1 = y1_a2 = y1_a3 = DELTALR + DELTAM - this will be provided that only initial conditions are able are not zero).

Claims

1.System for monitoring an angle setting device in the vehicle, in particular in the motor vehicle, which sets an actual angle (DELTAV) on the basis of a desired angle (DELTAM + DELTAR) and is provided with an actual angle sensor for detecting the set actual angle of the setting device, characterized in that monitoring means ( 10 , 11 ) are provided, which use a dynamic model to predict the actual angle from knowledge of the target angle and from vehicle dynamics variables and compare ( 15 ) the predicted actual angle with the sensor-detected actual angle and derive an error signal ( 17 ) from the comparison result.

2. Monitoring system according to claim 1, characterized in that the monitoring means are set up to carry out an error detection algorithm
Signal processing means,
Model preparation agents and
Means of comparison
includes.

3. Monitoring system according to claim 2, characterized characterized in that the signal processing means of Error detection algorithm have linear filter means, order from the sensed and at discrete times sampled actual angle signal is a continuous actual angle signal to build.

4. Monitoring system according to claim 2, characterized characterized that the model calculation means a model determine the time delay in the actual angle signal modeled dynamically.

5. Monitoring system according to one of claims 2 to 4, characterized in that the model calculation means an iteration of the time profile of the actual angle signal from a current, a previous and a previous Execute signal value.

6. Monitoring system according to one of claims 2 to 5, characterized in that the comparison means a Error in the detected actual angle signal based on a filtered by the filter means actual angle signal and model value calculated by the model calculation means determine and with empirically found error bounds to compare.

7. Monitoring system according to claim 6, characterized characterized that the comparison means two Select error limits depending on the signal dynamics and the Signal dynamics based on a previously calculated Angular velocity and angular acceleration of the Mark actual angle signal.

8. Use of the surveillance system according to one of the preceding claims for monitoring a Actuator mechanics of a dynamic driving steering system (FLS) in a motor vehicle, the one set on the steering wheel Driver steering wheel angle (DELTALR) and one by one Actuator generated additional angle (DELTAM) to a Actuator output angle (DELTAV) added, whereby Angle sensors of the monitoring means each for detection the actual value of the driver's steering wheel angle (DELTALR) from the Actuator generated additional angle (DELTAM) and the Actuator output angle (DELTAV) are provided.

9. Use of the monitoring system according to claim 8 or 9, characterized in that the dynamic model the monitoring means the actual value of the Actuator output angle (DELTAV) predicts.

10.System for monitoring a position device in the vehicle, in particular in the motor vehicle, which sets an actual position (DELTAV) on the basis of a desired position (DELTAM + DELTAR), and is provided with an actual position sensor for detecting the set actual position of the actuating device, characterized in that monitoring means ( 10 , 11 ) are provided, which use a dynamic model to make a prediction of the actual position from knowledge of the target position and from vehicle dynamics variables and to compare ( 15 ) the predicted actual position with the sensor-detected actual position and to derive an error signal ( 17 ) from the comparison result.