DE102004030685B4

DE102004030685B4 - Verfahren zur Fehlererkennung in einem Steer-by-wire-Lenksystem

Info

Publication number: DE102004030685B4
Application number: DE102004030685.0A
Authority: DE
Inventors: Yixin Yao; Carroll Deanna
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: US6885922B2; US20040267424A1; DE102004030685A1

Abstract

Verfahren zur modellgestützten Fehlererkennung in einem Steer-by-Wire-Lenksystem (10) eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:a. Bereitstellen einer Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung mit Elektromotoraktuatoren (20, 32) und Sensoren (23, 35);b. Bereitstellen eines Steer-by-Wire-Reglers (14) zur Implementierung eines geschlossenen Regelkreises für die Steer-by-Wire-gesteuerte Einrichtung;c. Bereitstellen einer Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13), die elektrisch mit der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und dem Steer-by-Wire-Regler (14) kommuniziert, um Fehler der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung zu erkennen;d. Empfangen von Eingangs- und Ausgangssignalen der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und von Fahrzeugsignalen des Fahrzeugs;e. Bereitstellen eines Residualsignalgenerators (40) in der Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13), wobei der Residualsignalgenerator (40)i. für die Schätzung der Eingangssignale, Ausgangssignale und Zustände der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung eingesetzt wird,ii. auf einem mathematischen Modell der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung im fehlerfreien Zustand basiert, undiii. dazu eingerichtet ist, den Einfluss folgender Störgrößen zu berücksichtigen:1. Unsicherheiten im mathematischen Modell der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung,2. Dynamische Systemverstärkung, und3. Rauschen in Eingangs- und Ausgangssignalen der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und in Fahrzeugsignalen des Fahrzeugs;f. Erzeugen einer Reihe von Residualsignalen durch den Residualsignalgenerator (40), wobei die Residualsignale die Differenz zwischen den empfangenen Messsignalen der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und den Schätzsignalen des Residualsignalgenerators (40) darstellen;g. Bereitstellen einer Entscheidungsfindungseinheit (43) in der Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13), wobei die Entscheidungsfindung auf den empfangenen Residualsignalen des Residualsignalgenerators (40) und Fehlertestregeln basiert; undh. Erzeugen eines Fehlererkennungssignals zur Erkennung von Fehlern in den Sensoren (23,35), Elektromotoraktuatoren (20, 32) oder anderen elektromechanischen Komponenten der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung selbst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zur Fehlererkennung in Steer-By-Wire-Lenksystemen und insbesondere auf ein robustes modellgestütztes Fehlererkennungsverfahren für Steer-By-Wire-Lenksysteme.
Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen wird die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Laufrädern eines Fahrzeugs durch eine elektrische Verbindung ersetzt. Diese elektrische Verbindung basiert auf einem elektrischen Betätigungssystem, das Elektromotor-Aktuatoren, Motorantriebe, Sensoren und weitere elektrische und mechanische Komponenten umfasst. Auf diese Weise können die Laufräder und das Lenkrad des Fahrzeugs basierend auf dem elektrischen Betätigungssystem durch elektrische Signale gesteuert werden.
Da die Lenkfunktionen besonders sicherheitsrelevant sind, müssen Steer-by-Wire-Lenksysteme eine Fehlererkennungsfunktion aufweisen, die auch dann einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs gewährleistet, wenn Fehler in den Sensoren, Aktuatoren oder anderen elektromechanischen Komponenten des Steer-by-Wire-Lenksystems auftreten. Wenn zum Beispiel im Normalbetrieb des Steer-by-Wire-Lenksystems ein Fehler beim Laufradwinkelsensor auftritt, muss dieser Fehler erkannt und isoliert werden, um die nominale Richtungssteuerung für das Fahrzeug aufrechtzuerhalten.
Zur Erkennung von Fehlern in Systemen und Komponenten ist Redundanz erforderlich, um Konsistenzprüfungen zwischen miteinander korrelierten Variablen durchführen zu können. Redundanz wird häufig hardwareseitig durch die Bereitstellung redundanter Komponenten erzielt, zum Beispiel indem ein Sensor in doppelter oder dreifacher Ausführung vorgesehen wird, so dass Fehlerentscheidungen durch den Vergleich der Signalpegel der Sensoren getroffen werden können. Um den sicheren Betrieb des Steer-by-Wire-Lenksystems zu gewährleisten, müssen kritische Komponenten hochleistungsfähig und zuverlässig redundant bereitgestellt werden. Die Redundanz ist jedoch begrenzt durch das Gewicht, den Bauraumbedarf, die Kosten, die Größe und die Verbrauchserhöhung und weiterer zu beachtender Parameter der Systemumgebung der zusätzlichen Hardware.
Anstatt mit redundanten Komponenten zu arbeiten, kann basierend auf den mathematischen Beziehungen zwischen Systemvariablen des Steer-by-Wire-Lenksystems eine analytische Redundanz implementiert werden. Bei einer modellgestützten Fehlererkennung wird anstelle zusätzlicher Hardwarekomponenten eine analytische Redundanz genutzt, wodurch die Kosten verringert werden und die Zuverlässigkeit erhöht wird. Auf analytischer Redundanz basierende Lösungen können dem in der Kraftfahrzeugindustrie bestehenden Bedarf an kostengünstigen und gewichtssparenden Anwendungen eher gerecht werden und bieten beim Einsatz zur zuverlässigen Fehlererkennung in Steer-by-Wire-Lenksystemen zahlreiche Vorteile.
Aus der dem Verfahren gemäß Anspruch 1 am nächsten kommenden Schrift DE 100 52 343 A1 ist eine Steuervorrichtung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs bekannt. Von einem als Mikrorechner ausgeführten Steuergerät werden die für die Regelung eines Lenkmotors und für einen die Rückstellmomente der Straße an den Fahrer über das Lenkrad übertragenden Feedback-Aktuator redundant erzeugten Sensorsignale empfangen und darin und in einem damit in Wirkverbindung stehenden Überwachungsmodul für diese Sensorsignale Plausibilitätskontrollen ausgeführt. Das Mikrorechnermodul und das Überwachungsmodul überwachen sich gegenseitig. Zudem wird eine Rückfallebene des Steer-by-Wire-Lenksystems vom Steuergerät überwacht, das im Fehlerfall auf diese Rückfallebene oder eine mechanische Rückfallebene umschaltet.
Weiterhin ist aus der DE 100 19 152 A1 ein System zur Regelung eines einen elektromotorischen Lenksteller aufweisenden elektronischen Lenksystems bekannt. Durch eine modellgestützte Überwachungseinrichtung werden in Abhängigkeit von Sollgrößen des elektrischen Stellmotors, von durch jeweilige Sensoren gemessenen Istgrößen und vom Fahrzustand sowie auf der Basis eines ein Sollverhalten des Stellers und eines die enthaltenen Regelstrecken nachbildenden Modells Ausgangsgrößen zur Bewertung einer Stellgüte des Stellers erzeugt. Auf diese Weise werden Kriterien zur eventuellen Abschaltung oder zur Initiierung eines Notlaufs gewonnen.
Aus der DE 102 05 632 A1 ist schließlich ein Verfahren zur Positionsregelung eines elektrischen Antriebs, insbesondere eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs bekannt. Im Rahmen des Verfahrens werden Fehlertestregeln auf verfahrensgemäß gewonnene Fehlersignale angewendet, um das Vorliegen eines Fehlers in Komponenten des Steer-by-Wire-Lenksystems zu erkennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Fehlererkennung in Steer-by-Wire-Lenksystemen bereitzustellen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus, dass diese Fehlererkennung auch robust ist.Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von analytischer Redundanztechnologie für ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug. Die modellgestützte, auf analytischer Redundanztechnologie basierende Fehlererkennung wird eingesetzt, um Fehler in den Sensoren, Aktuatoren und anderen elektromechanischen Komponenten der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung zu erkennen.
So erkennt die analytische Redundanztechnologie Fehler anhand der inhärenten dynamischen Beziehungen zwischen Eingängen und Ausgängen des Steer-by-Wire-Lenksystems. Die auf Grundlage der analytischen Redundanz implementierte modellgestützte Fehlererkennung verwendet ein mathematisches Modell des Steer-by-Wire-Lenksystems und führt eine Konsistenzprüfung zwischen den Modellvariablen und den überwachten Variablen des aktuellen Steer-by-Wire-Lenksystems durch, um zu ermitteln, ob Fehler auftreten und welche Komponenten hiervon betroffen sind. Diese Aufgabe wird implementiert, indem ein Residualsignalgenerator zur Ableitung einer Reihe von Residualsignalen eingesetzt wird. Auf diese Weise können in den Sensoren, Aktuatoren und anderen Komponenten des Steer-by-Wire-Lenksystems auftretende Fehler daran erkannt werden, dass Residualsignale bestimmte Schwellenwerte überschreiten.
In dieser Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer modellgestützten Fehlererkennung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Fahrzeugs anhand eines Residualsignalgenerators. Das Fehlererkennungssystem empfängt Signale zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zu den gemessenen Winkeln der Laufräder und des Lenkrads sowie Steuersignale eines Reglers und weitere Signale zum Betriebszustand des Fahrzeugs. Der Residualsignalgenerator verarbeitet die Signale auf Grundlage des bekannten normalen Systemverhaltens und erzeugt entsprechende Residualsignale. Die Residualsignale werden auf die Wahrscheinlichkeit von Fehlern untersucht, und anschließend wird durch Anwenden einer Entscheidungsregel ermittelt, ob Fehler aufgetreten sind.
Zur Fehlerisolierung kann in dieser Ausführungsform eine Reihe von Residualsignalen erzeugt werden, die jeweils auf einen bestimmten Fehler hinweisen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines robusten modellgestützten und für den Einsatz unter dem Einfluss von Systemunsicherheit und Nichtlinearitäten geeigneten Fehlererkennungssystems für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Fahrzeugs.
In dieser Ausführungsform ändert sich die Dynamik des Steer-by-Wire-Lenksystems in Abhängigkeit von Straßenzustand, Fahrzeuglast, Reibwerten der Laufräder, Dynamik der Elektromotor-Aktuatoren der von ihnen angetriebenen Systeme, der Dynamik des Fahrzeugs sowie externen Bedingungen. Insbesondere variiert die Systemverstärkung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Steer-by-Wire-Lenksystem ist ein nichtlineares System mit einem hohen Grad an Unsicherheit. Modellierungsfehler können die Unsicherheit der modellgestützten Fehlererkennung ebenfalls erhöhen. Die Unsicherheit und Nichtlinearität des Steer-by-Wire-Lenksystems sind die wesentlichen Ursachen von Ungenauigkeiten im Steer-by-Wire-Modell. In dieser Ausführungsform werden anhand eines mathematischen Modells des Steer-by-Wire-Lenksystems modellgestützte Fehlererkennungsverfahren implementiert, um redundante Daten zur Fehlererkennung bereitzustellen. Da die Fehlererkennung durch die Unsicherheit und Nichtlinearität des Steer-by-Wire-Lenksystems erschwert wird, können vermehrt Fehlalarme und Verzögerungen bei der Fehlererkennung auftreten.
Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung stellt ein effektives und genaues Fehlererkennungssystem bereit, das robust gegenüber Modellunsicherheiten ist und Fehler mit hoher Empfindlichkeit erkennt. Als robustes Fehlererkennungssystem wird es aufgrund seiner Eigenschaft angesehen, sowohl robust als auch empfindlich zu sein. Die im Steer-by-Wire-Lenksystem eingesetzte modellgestützte Fehlererkennung berücksichtigt Modellunsicherheiten und die aus der Nichtlinearität des Steer-by-Wire-Lenksystems resultierenden Effekte, um die Anzahl von Fehlalarmen zu minimieren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Implementierung einer robusten modellgestützten Fehlererkennung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem. Um die Auswirkungen von Modellunsicherheiten und Nichtlinearität auszugleichen, wird ein robustes Fehlererkennungsverfahren mit einem robusten geschätzten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor eingeführt, um Fehler in den Sensoren, Aktuatoren und der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung zuverlässig zu erkennen. Bei der H^∞-Abschätzungsstrategie dieses robusten Fehlererkennungsverfahrens werden die nicht vollständig bekannten Unsicherheiten, Störungen und Rauschsignale des Steer-by-Wire-Lenksystems berücksichtigt. Auf diese Weise werden die Auswirkungen von Unsicherheiten auf die Fehlererkennung reduziert und die Robustheit des Fehlererkennungsverfahrens gegenüber Modellunsicherheiten wird erhöht. Eine Gain-Scheduling-Strategie im Rahmen dieses robusten Fehlererkennungsverfahrens erlaubt es, Fehler in Systemen zu erkennen, deren Dynamik sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ändert, wodurch eine nichtlineare Fehlererkennung für das Steer-by-Wire-Lenksystem bereitgestellt wird.
Unter Berücksichtigung der vorgenannten Aspekte der vorliegenden Erfindung stellt eine Ausführungsform somit einen modellgestützten Fehlerdetektor für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, der auf einem unsicheren Systemmodell und der Beziehung zwischen der Dynamik der gesteuerten Einrichtung und den Betriebsbedingungen basiert. Der robuste Gain-Scheduling- H^∞-Fehlerdetektor berücksichtigt die Auswirkungen von Unsicherheiten und Nichtlinearitäten des Steer-by-Wire-Lenksystems bei der Beschreibung der verschiedenen Fehlertypen, die in den Sensoren, Aktuatoren und der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung selbst auftreten können.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus den folgenden detaillierten Beschreibungen sowie den beigefügten Ansprüchen und Zeichnungen ersichtlich.

1 ist ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Steer-by-Wire-Lenksystems mit einer modellgestützten Fehlererkennungseinheit (FEE);
2 ist ein Blockdiagramm der in 1 dargestellten modellgestützten Fehlererkennungseinheit des Steer-by-Wire-Lenksystems; und
3 ist ein Flussdiagramm eines Fehlererkennungsverfahrens für das in 1 dargestellte Steer-by-Wire-Lenksystem.

1 zeigt ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Steer-by-Wire-Lenksystems 10 mit einer modellgestützten Fehlererkennungseinheit. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 10 umfasst ein Laufrad-Betätigungssystem 11 und ein Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem 12. Darüber hinaus umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem 10 eine Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit 13 und einen Steer-by-Wire-Regler 14, wobei die Einheit 13 und der Regler 14 zur Fehlererkennung elektrisch mit den Systemen 11 bzw. 12 kommunizieren. Die Fehlererkennungseinheit 13 umfasst eine Laufrad-Fehlererkennungseinheit 15 und eine elektrisch mit der Einheit 15 kommunizierende Lenkrad-Fehlererkennungseinheit 16. Der Steer-by-Wire-Regler 14 umfasst einen Laufradregler 26 und einen elektrisch mit dem Regler 26 kommunizierenden Lenkradregler 38.
Das Laufrad-Betätigungssystem 11 umfasst eine Laufrad-Fehlererkennungseinheit 15 und einen elektrisch mit der Einheit 15 kommunizierenden Laufradregler 26. Darüber hinaus umfasst das Laufrad-Betätigungssystem 11 Laufräder 17 und 18, einen Laufradmotoraktuator 20 und einen mit dem Regler 26 kommunizierenden Laufradaktuatorverstärker 22, einen Laufradwinkelsensor 23 sowie einen Aktuatormechanismus 24, der den Aktuator mit den beiden Laufrädern verbindet. Der Referenzeingang des Laufradreglers 26 entspricht einem Lenkradwinkelsignal (LeW) im Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem 12. Die Laufradwinkelsignale (LaW) und Laufradmomentsignale (LaM) des Laufradreglers 26 werden an das Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem 12 übergeben.
Das Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem 12 ist ein motoraktuatorgestütztes Reglersystem, das einen Referenzeingangswinkel für das Laufrad-Betätigungssystem 11 und das Lenkgefühl für den Fahrer bereitstellt. Das Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem 12 umfasst eine Lenkrad-Fehlererkennungseinheit 16 und einen elektrisch mit der Einheit 16 kommunizierenden Lenkradregler 38. Das System 12 umfasst darüber hinaus ein Lenkrad 30, einen Motoraktuator 32 mit einem Verstärker 33, der mit dem Lenkradregler 38 kommuniziert, einen Aktuatormechanismus 34, der den Aktuator mit dem Lenkrad verbindet, und einen Lenkradwinkelsensor 35. Der Lenkradregler 38 regelt das Lenkgefühl und weitere Lenkfunktionen. Der Lenkradregler 38 ist zur Implementierung der Steer-by-Wire-Funktionen mit dem Laufradregler 26 integriert.
Die modellgestützte Fehlererkennungseinheit 13 verwendet analytische Redundanz im Steer-by-Wire-System 10. Wie bereits erwähnt, umfasst die Einheit 13 die Lenkrad-Fehlererkennungseinheit (Le-FEE) 16 und die Laufrad-Fehlererkennungseinheit (La-FEE) 15. Die modellgestützte Lenkrad-Fehlererkennungseinheit 16 empfängt das Signal zum gemessenen Lenkradwinkel und das Steuerbefehlssignal des Lenkradreglers 38 oder das aktuelle Signal des Laufradaktuatorverstärkers 22 sowie das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal. Die Fehlererkennungseinheit 16 stellt die zur Erkennung von Fehlern im Lenkradwinkelsensor 35, im Lenkradaktuator 32 und in der lenkradgesteuerten Einrichtung benötigten Daten bereit. Die modellgestützte Laufrad-Fehlererkennungseinheit 15 empfängt das Signal des gemessenen Laufradwinkels, das Steuerbefehlssignal des Laufradreglers 26 oder das aktuelle Signal des Laufradaktuatorverstärkers 22 sowie das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal. Die Fehlererkennungseinheit 15 stellt die zur Erkennung von Fehlern im Laufkradwinkelsensor 23, im Laufradaktuator 20 und in der laufradgesteuerten Einrichtung benötigten Daten bereit. In dieser Ausführungsform werden die Fehlerdiagnoseeinheiten unter Verwendung eines eingebetteten Systems mit Softwareprogrammierung implementiert.
2 zeigt ein Blockdiagramm der grundlegenden Struktur der Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit 13, das heißt der Laufrad-Fehlererkennungseinheit 15 oder der Lenkrad-Fehlererkennungseinheit 16. Die Eingänge der Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit 13 umfassen Steuersignale u(t), Aktuatorstromsignale i(t) (nicht gezeigt), Signale zum gemessenen Laufrad- bzw. Lenkradwinkel θ(t) und Signale zur Fahrzeugdynamik, zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) (nicht gezeigt). Der Ausgang der Fehlererkennungseinheit 13 ist das Residualsignal y(t). Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Fehlererkennungseinheit 13 zwei Hauptstufen: Erzeugung des Residualsignals und Entscheidungsfindung.
Auf der Stufe der Erzeugung des Residualsignals werden Ausgänge und Eingänge des Steer-by-Wire-Lenksystems durch einen vorgegebenen Algorithmus verarbeitet, um ein Vektorresidualsignal zu erzeugen. Die Residualsignale repräsentieren den Unterschied zwischen verschiedenen Funktionen der überwachten Sensorausgänge und den im normalen, fehlerfreien Modus erwarteten Werten dieser Funktionen. Wenn ein Fehler auftritt, sind die Residualsignale in dieser Ausführungsform von null verschieden, und im fehlerfreien Modus liegen sie nahe null. Die Erzeugung des Residualsignals basiert hierbei auf dem bekannten normalen Verhalten des Steer-by-Wire-Lenksystems. Das System, welches das Residualsignal erzeugt, wird als Residualsignalgenerator 40 bezeichnet.
Auf der Stufe der Entscheidungsfindung werden die Residualsignale auf die Wahrscheinlichkeit von Fehlern untersucht, und anschließend wird durch Anwenden einer Entscheidungsregel ermittelt, ob Fehler aufgetreten sind. Die Entscheidungsfindung kann einen Schwellentest der momentanen Werte bzw. der gleitenden Mittelwerte der Residualsignale oder Verfahren der statistischen Entscheidungstheorie umfassen.
Das durch die modellgestützten analytischen Redundanzverfahren erzeugte Residualsignal y(t) weist im Allgemeinen die folgende Form auf: $γ (t) = γ (f, d, Δ, ν)$
wobei f eine Fehlerklasse ist, d das Fremdrauschsignal, Δ die Modellunsicherheit des Steer-by-Wire-Lenksystems und v die abhängige Variable, die Verstärkungsänderungen aufgrund der Fahrzeugdynamik bewirkt. Das Residualsignal y(t), welches das Auftreten eines Fehlers repräsentiert, ist somit korreliert mit Fremdrauschsignalen, der Modellunsicherheit des Systems und den Verstärkungsänderungen aufgrund der Fahrzeugdynamik.
Ausgehend vom Residualsignal y(t) in (1) kann das Fehlererkennungsproblem wie folgt beschrieben werden: $γ (t) < λ (d, Δ, ν); kein Fehler aufgetreten, f = 0.$
$γ (t) \geq λ (d, Δ, ν); Fehler aufgetreten, f \neq 0.$
wobei λ(d,Δ,v) ein Schwellenwert ist, der vom Fremdrauschen d, von der Modellunsicherheit Δ und von der abhängigen Variablen v, die Verstärkungsänderungen aufgrund der Fahrzeugdynamik bewirkt, abhängt.
Ein effektives und zuverlässiges Fehlererkennungsverfahren zur Erzeugung eines Residualsignals γ(t) muss Fehler zuverlässig erkennen und robust gegenüber Modellunsicherheiten, Fremdrauschen und Verstärkungsänderungen hinsichtlich der gesteuerten Einrichtung sein. Die vorliegende Erfindung umfasst eine robuste Fehlererkennungsstrategie, bei welcher ein robuster Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor als Residualsignalgenerator eingesetzt wird, um diese Anforderungen zu erfüllen.
Die folgenden Zustandsraumgleichungen beschreiben das gesteuerte Laufrad-Betätigungssystem oder das gesteuerte Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem des Steer-by-Wire-Lenksystems im fehlerfreien Zustand: $\dot{x} = (A (ν) Δ A (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u$
$y = (C_{2} (ν) + Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d$
$z = C_{1} (ν) x$
Hierbei ist x ∈ R" ist eine Zustandsvariable, y ∈ R^p ist ein gemessener Ausgang, z ∈ R^q ist eine Linearkombination der zu ermittelnden Zustandsvariablen, d ∈ R^m ist eine Störung, u ist ein Steuereingang, A(v), B₁(v), C₁(v), C₂(v) und D₂₁(v) sind Matrizen solcher Größen, die die Nennwerte des Systems beschreiben, ΔA(v), ΔB₁(v), ΔC₂(v) und ΔD₂₁(v) repräsentieren Parameterunsicherheiten und v repräsentiert die Fahrzeuggeschwindigkeit. Diese Beschreibung berücksichtigt die Nichtlinearität und Unsicherheit des Steer-by-Wire-Lenksystems. Die Gleichung ist für jeden einzelnen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit linear (v = v₀).
Gleichung (4) beschreibt die dynamischen Merkmale des Laufrad-Betätigungssystems oder des Lenkrad-Kraftrückkopplungssystems unter Berücksichtigung von Fremdrauschen, Modellunsicherheit des Systems und variabler Fahrzeugdynamik. Es handelt sich um ein Nennwert-Modell eines gesteuerten Systems in Form einer Zustandsraumbeschreibung für den fehlerfreien Zustand. Wenn Fehler auftreten, wird sich das Modell so ändern, dass der fehlerhafte Zustand des gesteuerten Systems beschrieben wird. Diese Modelländerung beim Auftreten von Fehlern wird nachstehend erläutert. Die Erfindung umfasst eine robuste Fehlererkennungsstrategie, bei welcher ein robuster geschätzter Gain-Scheduling- H^∞-Fehlerdetektor als Residualsignalgenerator eingesetzt wird, um den vorstehenden Anforderungen zu genügen.
Zur Fehlererkennung wird eine robuster Gain-Scheduling- H^∞-Fehlerdetektor als Residualgenerator implementiert, um eine Residualsignal zu erzeugen. Die Implementierung des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors basiert auf einer H^∞-Abschätzungsstrategie. Für das mit Gleichung (4) beschriebene nichtlineare und unsichere Steer-by-Wire-Lenksystem wird ein intern stabiler Residualsignalgenerator benötigt, der auf Grundlage des gemessenen Ausgangs y und des Steuerbefehlssignals u den besten Schätzwert ẑ für z ausgibt [ẑ = C₁(v)x̂], so dass für jedes gegebene γ > 0 gilt: $\underset{}{\underset{{‖ d ‖}_{2} \leq 1}{M a x} {‖ e ‖}_{2} < γ}$
Hierbei repräsentiert || || die Norm und e ist der Schätzfehler zwischen der ermittelten Variable z und der entsprechenden besten Schätzung ẑ: $e = z - \hat{z} = C_{1} (ν) x - \hat{z}$
Gleichung (5) ist ein H^∞ -Normkriterium. Wenn dieses Kriterium erfüllt ist, liegt der Schätzfehler im zulässigen Bereich und der geschätzte Variablenwert liegt nah am aktuellen Variablenwert.
Der resultierende Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor zur Erzeugung der Residualsignale ist gegeben durch: $\dot{\hat{x}} = A (ν) \hat{x} + B_{2} (ν) u + F (ν) (y - C_{2} (ν) \hat{x})$
$\hat{z} = C_{1} (ν) \hat{x}$
Die Verstärkung F(v) kann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt und durch Lösen einer Riccati-Gleichung für den Nennwert der jeweiligen Betriebsbedingung v = v₀ ermittelt werden. Um zusätzliche Hintergrundinformationen über die Zustandsschätzung mit der H^∞-Abschätzungsstrategie bereitzustellen, wird das Dokument „A Robust H^∞ Estimator Design Method for Linear Uncertainty System“, Proceedings of the 1994 American control conference, 29.06. - 01.07.1994, von Yao Y.X., M. Darouach und J. Schaefers, durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
Auf Grundlage der Gleichungen (7a) und (7b) wird das allgemeine Residualsignal des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors durch die folgende Gleichung beschrieben: $γ = z - \hat{z} = z - C_{1} (ν) \hat{x}$
Dieses Residualsignal des Fehlergenerators ist die Differenz zwischen dem Ausgangssignal ẑ = C₁(v)x̂ des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors und dem echten Messsignal z. Da bei der Entwicklung des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors die Unsicherheit und Nichtlinearität des Steer-by-Wire-Lenksystems berücksichtigt wurde, ist das resultierende Residualsignal robust gegenüber Modellunsicherheiten, Fremdrauschsignalen sowie Änderungen der dynamischen Verstärkung. Darüber hinaus ist es empfindlich auf das Auftreten von Fehlern in Sensoren, Aktuatoren und dem gesteuerten System. Wenn ein Fehler im vorliegenden Steer-by-Wire-Lenksystem auftritt, wird sich das zur Beschreibung des aktuellen Systems eingesetzte Zustandsraummodell (4) verändern. Das auf den Nennwerten des fehlerfreien Systems basierende Modell des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors hingegen wird sich nicht ändern. Daher ändert sich das Residualsignal des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors (7) und (8), da sich die aktuelle Variable z ändert. Wenn das Residualsignal einen Schwellenwert überschreitet, wird eine Fehlerinformation ausgegeben.
Fehler können im Laufradwinkelsensor und im Lenkradwinkelsensor, in den Aktuatoren des Laufrad-Betätigungssystems und des Lenkrad-Kraftrückkopplungssystems sowie im gesteuerten Laufrad-Betätigungssystem und Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem selbst auftreten. Solche Fehler werden durch den robusten Gain-Scheduling- H^∞-Fehlerdetektor erkannt. Nachfolgend wird näher beschrieben, wie in den Sensoren, Aktuatoren und anderen Komponenten der gesteuerten Systeme auftretende Fehler mit dem auf dem Modell (4) des gesteuerten Systems basierenden robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor (7) und (8) erkannt werden.
Fehler in einem Sensor des Systems (4) werden modelliert, indem der Gleichung (4) ein zusätzlicher Term hinzugefügt wird: $\dot{x} = (A (ν) + Δ A (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u$
$y = (C_{2} (ν) + Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d + f_{s}$
Hierbei ist f_s ein Ereignisvektor für einen Sensorfehler. Wenn kein Fehler vorliegt, ist f_s gleich null.
Beim Auftreten eines Fehlers im Laufradwinkelsensor oder im Lenkradwinkelsensor des aktuellen Steer-by-Wire-Lenksystems wird eine Fehleraktion für das Reglersystem des Laufrads bzw. des Lenkrads ausgelöst, die weitere unerwünschte Änderungen in der Dynamik des gesteuerten Systems (4) bewirkt. Die Zustandsraumgleichung (9) beschreibt Sensorfehler (zum Beispiel Sensorsperren, Abweichungen und lineare Änderungen der konstanten Verstärkung).
Die ermittelte Variable in (8), z, wird durch y ersetzt, und die Zustandsvariablenschätzung für die Variable z wird zur Ausgangsvariablenschätzung für die Ausgangsvariable in (4). Das Residualsignal (ohne Fehler) wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $γ = y - \hat{y}$
Wenn ein Fehler auftritt, wird diese Gleichung wie folgt geändert: $γ = y - \hat{y} + f_{s}$
Im fehlerfreien Zustand ist das Residualsignal y in (10) nahe null, wenn der Sensorfehlervektor f_s in (9b) gleich null ist. Wenn ein Fehler auftritt und f_s in (9b) ungleich null ist, beinhaltet das Residualsignal γ einen Effekt des Sensorfehlers f_s.
Fehler in einem Aktuator des Systems (4) werden modelliert, indem der Gleichung (4) ein zusätzlicher Term hinzugefügt wird: $\dot{x} = (A (ν) + Δ a (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u + f_{i}$
$y = (C_{2} (ν) + Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d$
Hierbei ist f_i ein Ereignisvektor für einen Aktuatorfehler. Wenn kein Fehler vorliegt, ist f_i gleich null.
Wenn im aktuellen Steer-by-Wire-Lenksystem Fehler im Aktuator des Lenkrad- oder Laufradsystems auftreten, wird die Dynamik des gesteuerten Systems in (4) beeinflusst. Die Zustandsraumgleichung (12) beschreibt Aktuatorfehler (zum Beispiel Aktuatorsperren, Abweichungen und lineare Änderungen der konstanten Verstärkung).
Das in (8) dargestellte Residualsignal (ohne Fehler) wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $γ = (z - \hat{z})$
Wenn ein Fehler auftritt, wird diese Gleichung wie folgt geändert: $γ = z - \hat{z} + {\hat{z}}_{i}$
Hierbei ist ẑ_i der Effekt eines Ereignisvektors f_i für einen Aktuatorfehler. Im fehlerfreien Zustand ist das Residualsignal γ in (14) nahe null, wenn der Aktuatorfehlervektor f_i in (12a) gleich null ist. Wenn ein Fehler auftritt und f_i in (12a) ungleich null ist, beinhaltet das Residualsignal γ den Effekt des Fehlers f_i.
Systemfehler wie das Eintreten des Zustands i im System (4) können wie folgt modelliert werden: $\begin{array}{l} \dot{x} = (A (ν) + Δ A (ν)) (x + Δ f_{i}) + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u \\ = (A (ν) + Δ A (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u + (A (ν) + Δ A (ν)) Δ f_{i} \end{array}$
$y = (C_{2} (ν) + Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d$
Hierbei ist Δf_i ein Ereignisvektor für den mit dem Eintreten des Zustands i verbundenen Fehler. Wenn kein Fehler vorliegt, ist Δf_i gleich null.
Wenn im aktuellen Steer-by-Wire-Lenksystem Fehler im gesteuerten Lenkrad- oder Laufradsystem auftreten, wird die Dynamik des gesteuerten Systems in (4) beeinflusst. Die Zustandsraumgleichung (15) beschreibt Fehler der gesteuerten Systeme.
Das Residualsignal (ohne Fehler) wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $γ = (z - \hat{z})$
Wenn ein Fehler auftritt, wird diese Gleichung wie folgt geändert: $γ = z - \hat{z} + {\hat{z}}_{s}$
Hierbei ist z_s der Effekt eines Ereignisvektors Δf_i für einen Fehler des gesteuerten Systems. Im fehlerfreien Zustand ist das Residualsignal γ in (17) nahe null, wenn der Zustandsfehlervektor Δf_i in (15a) gleich null ist. Wenn ein Fehler auftritt und Δf_i in (15a) ungleich null ist, beinhaltet das Residualsignal γ de Effekt des Fehlers Δf_i.
In einer Ausführungsform umfasst das Residualsignal γ die Effekte von Modellunsicherheiten und Änderungen der dynamischen Systemverstärkung sowie von Rauschen und Fehlern. Da diese Effekte bei der Entwicklung des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors berücksichtigt wurden, dominieren der Sensorfehlervektor f_s, der Aktuatorfehlervektor f_i und der Vektor Δf_i für Fehler des gesteuerten Systems das Residualsignal. Auf diese Weise kann ein aktueller Fehler unter dem Einfluss von Modellunsicherheiten, Rauschen und Änderungen der dynamischen Systemverstärkung erkannt werden.
3 ist ein Flussdiagramm eines Fehlererkennungsverfahrens 110 für das Steer-by-Wire-Lenksystem. Das Verfahren 110 bietet eine modellgestützte, auf analytische Redundanztechnologie gestützte Erkennung von Fehlern in den Sensoren, Aktuatoren und anderen elektromechanischen Komponenten der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung. Wie in 3 dargestellt wird, umfasst das Verfahren 110 das Bereitstellen einer Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und die Messung der Laufradwinkel (Block 111). Das Verfahren 110 umfasst außerdem die Bereitstellung eines Steer-by-Wire-Reglers, der ein Laufrad-Steuerbefehlssignal und ein Lenkrad-Steuerbefehlssignal erzeugt (Block 112). Bei der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung kann es sich um ein Laufrad-Betätigungssystem oder um ein Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem handeln. Bei dem Steer-by-Wire-Regler kann es sich um einen Regler eines Laufrad-Betätigungssystems oder um einen Regler eines Lenkrad-Kraftrückkopplungssystems handeln.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren 110 die Modellierung der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung unter dem Einfluss von Unsicherheiten, Störungen und Fahrzeuggeschwindigkeiten (Block 114) als: $\dot{x} = (A (ν) + Δ A (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u$
$y = (C_{2} (ν) + Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d$
$z = C_{1} (ν) x$
Hierbei gilt: x ∈ Rⁿ ist eine Zustandsvariable, y ∈ R^p ist ein gemessener Ausgang, z ∈ R^q ist eine Linearkombination der zu ermittelnden Zustandsvariablen, d ∈ R^m ist eine Störung, u ist ein Steuereingang und A(v), B₁(v), C₁(v), C₂(v), D₁₂(v) und D₂₁(v) sind Matrizen von Messgrößen, die die Nennwerte eines Systems beschreiben, ΔA(v), ΔB₁(v), ΔC₂(v) und ΔD₂₁(v) repräsentieren Parameterunsicherheiten und v repräsentiert die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das Verfahren 110 umfasst außerdem das Bereitstellen einer Fehlererkennungseinheit, die elektrisch mit dem Regler kommuniziert. Die Fehlererkennungseinheit wird implementiert, indem anhand der modellgestützten Fehlererkennungstechnologie eine Konsistenzprüfung zwischen den Modellvariablen und den überwachten Variablen des aktuellen Steer-by-Wire-Lenksystems durchgeführt wird, um auftretende Fehler und die davon betroffenen Komponenten zu identifizieren. Zur Implementierung dieser Aufgabe werden die Ausgangssignale und Eingangssignale der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung gemessen und an die Fehlererkennungseinheit übergeben (Block 118). Diese Signale umfassen Signale zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zu den Winkeln der Laufräder und des Lenkrads sowie Steuersignale des Reglers und weitere Signale zum Betriebszustand des Fahrzeugs.
Basierend auf den Eingangs- und Ausgangssignalen wird die Fehlererkennungseinheit implementiert, indem ein modellgestützter Residualsignalgenerator (Block 120) zur Ableitung einer Reihe von Residualsignalen eingesetzt wird (Block 122). Der Residualsignalgenerator verarbeitet die Signale auf Grundlage bekannter Daten zum normalen Systemverhalten und erzeugt entsprechende Residualsignale. Die Residualsignale werden auf die Wahrscheinlichkeit von Fehlern untersucht, und anschließend wird durch Anwenden einer Entscheidungsregel ermittelt, ob Fehler aufgetreten sind (Block 124). In den Sensoren, Aktuatoren und anderen Komponenten des Steer-by-Wire-Lenksystems auftretende Fehler werden daran erkannt, dass Residualsignale bestimmte Schwellenwerte überschreiten.
Block 120 des Verfahrens 110 kann sich auf einen robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor beziehen, der auf folgende Weise Residualsignale erzeugt: $\dot{\hat{x}} = A (ν) \hat{x} + B_{2} (ν) u + F (ν) (y - C_{2} (ν) \hat{x})$
$\hat{z} = C_{1} (ν) \hat{x}$
Hierbei wird die Verstärkung F(v) in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt und ẑ = C₁(v)x̂ ist eine Schätzung der linearen Kombination z der zu ermittelnden Zustandsvariablen.
Block 120 des Verfahrens 110 umfasst außerdem die Erzeugung eines durch die folgende Gleichung beschriebenen Residualsignals: $γ = z - \hat{z} = (z - C_{1} (ν) \hat{x})$
Das Residualsignal ist hierbei die Differenz zwischen der vom Residualsignalgenerator vorgenommenen Schätzung der linearen Kombination ẑ = C₁(v)x̂ und dem Messsignal z (Block 122).
Der robuste Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor erkennt Fehler in den Sensoren, Aktuatoren und der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung. Die erfindungsgemäße Fehlererkennung erfolgt unter Einsatz der fehlerspezifischen Systemmodelle und der vom robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor erzeugten Residualsignale.
In einer Ausführungsform wird ein Sensorfehler im Modell der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung wie folgt beschrieben: $\dot{x} = (A (ν) + Δ A (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u$
$y = (C_{2} (ν) + Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d + f_{s}$
Hierbei ist f_s ein Ereignisvektor für einen Sensorfehler. Wenn kein Fehler vorliegt, ist f_s gleich null.
Das Residualsignal wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $γ = y - \hat{y} + f_{s}$
Das Residualsignal ist hierbei die Differenz zwischen der vom robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor vorgenommenen Schätzung des gemessenen Ausgangs und dem tatsächlich gemessenen Ausgang.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Aktuatorfehler im Modell der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung wie folgt beschrieben: $\dot{x} = (A (ν) + Δ A (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u + f_{i}$
$y = (C_{2} (ν) + Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d$
Hierbei ist f_i ein Ereignisvektor für einen Aktuatorfehler. Wenn kein Fehler vorliegt, ist f_i gleich null.
Das Residualsignal wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $γ = z - \hat{z} + {\hat{z}}_{i}$
Hierbei ist ẑ_i der Effekt eines Ereignisvektors f_i für einen Aktuatorfehler.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Fehler des gesteuerten Systems im Modell der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung wie folgt beschrieben: $\begin{array}{l} \dot{x} = (A (ν) + Δ A (ν)) (x + Δ f_{i}) + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u \\ = (A (ν) + Δ A (ν)) x + (B_{1} (ν) + Δ B_{1} (ν)) d + B_{2} (ν) u + (A (ν) + Δ A (ν)) Δ f_{i} \end{array}$
$y = (C_{2} (ν) Δ C_{2} (ν)) x + (D_{21} (ν) + Δ D_{21} (ν)) d$
Hierbei ist Δf_i ein Ereignisvektor für den mit dem Eintreten des Zustands i verbundenen Fehler.
Das Residualsignal wird durch die folgende Gleichung beschrieben: $γ = z - \hat{z} + {\hat{z}}_{s}$
Hierbei ist z_s der Effekt eines Ereignisvektors Δf_i für einen Fehler des gesteuerten Systems.
In einer Ausführungsform werden Residualsignale auf die Wahrscheinlichkeit von Fehlern untersucht, und in den Sensoren, Aktuatoren und anderen Komponenten des Steer-by-Wire-Lenksystems auftretende Fehler werden daran erkannt, dass Residualsignale bestimmte Schwellenwerte überschreiten. Im fehlerfreien Zustand ist das Residualsignal γ nahe null, wenn der Sensorfehlervektor f_s, der Aktuatorfehlervektor f_i und der Vektor Δf_i für Fehler des gesteuerten Systems das Residualsignals gleich null ist. Wenn ein Fehler auftritt und die oben genannten Fehlervektoren ungleich null sind, beinhaltet das Residualsignal γ einen Fehlereffekt.

Claims

Verfahren zur modellgestützten Fehlererkennung in einem Steer-by-Wire-Lenksystem (10) eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a. Bereitstellen einer Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung mit Elektromotoraktuatoren (20, 32) und Sensoren (23, 35); b. Bereitstellen eines Steer-by-Wire-Reglers (14) zur Implementierung eines geschlossenen Regelkreises für die Steer-by-Wire-gesteuerte Einrichtung; c. Bereitstellen einer Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13), die elektrisch mit der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und dem Steer-by-Wire-Regler (14) kommuniziert, um Fehler der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung zu erkennen; d. Empfangen von Eingangs- und Ausgangssignalen der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und von Fahrzeugsignalen des Fahrzeugs; e. Bereitstellen eines Residualsignalgenerators (40) in der Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13), wobei der Residualsignalgenerator (40) i. für die Schätzung der Eingangssignale, Ausgangssignale und Zustände der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung eingesetzt wird, ii. auf einem mathematischen Modell der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung im fehlerfreien Zustand basiert, und iii. dazu eingerichtet ist, den Einfluss folgender Störgrößen zu berücksichtigen: 1. Unsicherheiten im mathematischen Modell der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung, 2. Dynamische Systemverstärkung, und 3. Rauschen in Eingangs- und Ausgangssignalen der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und in Fahrzeugsignalen des Fahrzeugs; f. Erzeugen einer Reihe von Residualsignalen durch den Residualsignalgenerator (40), wobei die Residualsignale die Differenz zwischen den empfangenen Messsignalen der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung und den Schätzsignalen des Residualsignalgenerators (40) darstellen; g. Bereitstellen einer Entscheidungsfindungseinheit (43) in der Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13), wobei die Entscheidungsfindung auf den empfangenen Residualsignalen des Residualsignalgenerators (40) und Fehlertestregeln basiert; und h. Erzeugen eines Fehlererkennungssignals zur Erkennung von Fehlern in den Sensoren (23,35), Elektromotoraktuatoren (20, 32) oder anderen elektromechanischen Komponenten der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung selbst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stufe der Fehlererkennung für die Steer-by-Wire-gesteuerte Einrichtung Folgendes umfasst: a. Erzeugen von Residualsignalen; und b. Anwenden einer Fehlertestregel auf die Residualsignale, um zu entscheiden, ob Fehler aufgetreten sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steer-by-Wire-gesteuerte Einrichtung Steuerbefehlssignale vom Steer-by-Wire-Regler (14) empfängt und Radwinkel-Messsignale erzeugt, und wobei der Steer-by-Wire-Regler (14) die Steuerbefehlssignale erzeugt, welche die Steer-by-Wire-gesteuerte Einrichtung als Eingangsbefehlssignale empfängt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die modellgestützte Fehlererkennung ein mathematisches Modell des Steer-by-Wire-Lenksystems (10) verwendet, um eine Konsistenzprüfung zwischen den Modellvariablen und den berechneten Variablen des aktuellen Steer-by-Wire-Lenksystem (10) durchzuführen und zu ermitteln, ob Fehler auftreten und welche Komponenten hiervon betroffen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein auf einem robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektor basierendes Residualsignal des Residualsignalgenerators (40) durch die Gleichung γ = z-ẑ beschrieben wird und wobei das Residualsignal die Differenz zwischen dem auf der Schätzung für die Variable z basierenden Ausgangssignal ẑ des robusten Gain-Scheduling-H^∞-Fehlerdetektors und dem gemessenen Signal z ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Entscheidungsfindungseinheit (43) das Residualsignal γ des Residualsignalgenerators (40) empfängt und ein Fehlerentscheidungssignal erzeugt, um Fehler in der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung durch Anwenden der Fehlertestregeln zu erkennen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die fehlerspezifischen Modelle der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung für Fehler in den Sensoren (23, 35) und Elektromotoraktuatoren (20, 32) der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung beschrieben werden und wobei der Residualsignalgenerator (40) auf dem robusten Gain-Scheduling- H^∞-Fehlerdetektor basierende Residualsignale erzeugt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13) Ausgangssignale und Eingangssignale der Steer-by-Wire-gesteuerten Einrichtung empfängt und wobei diese Signale Steuersignale des Steer-by-Wire-Reglers (14), Signale zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zu den Winkeln der Laufräder (17, 18) und des Lenkrads (30) sowie weitere Signale zum Betriebszustand des Fahrzeugs umfassen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13) eine Fehlererkennungseinheit (13) für ein Lenkrad-Kraftrückkopplungssystem (12) ist und zur Erkennung von Fehlern in Sensoren (35) und Elektromotoraktuatoren (32) des Lenkrad-Kraftrückkopplungssystems (12) eingesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steer-by-Wire-Fehlererkennungseinheit (13) eine Fehlererkennungseinheit (13) für ein Laufrad-Betätigungssystem (11) ist und zur Erkennung von Fehlern in Sensoren (23), Elektromotoraktuatoren (20) und weiteren Komponenten des Laufrad-Betätigungssystems (11) eingesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Fehlerisolierung eine Reihe von Residualsignalen erzeugt wird, die jeweils auf einen bestimmten Fehler hinweisen.