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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung
eines Positions-Stellers insbesondere in einem gesteuerten oder
geregelten Fahrdynamik-System eines Kraftfahrzeugs, wobei das zeitliche
Istverhalten des Positions-Stellers mit einem anhand eines Modells
gebildeten zeitlichen Sollverhalten, dem eine obere und eine untere
Verhaltensmodell-Grenze zugeordnet ist, verglichen wird, und wobei
dann, wenn das Istverhalten des Positions-Stellers den durch die
beiden Verhaltensmodell-Grenzen gebildeten Sollverhaltensbereich
verlässt,
der Positions-Steller unter zusätzlicher
Berücksichtigung
dieser Abweichung zwischen dem Istverhalten und dem Sollverhalten
oder der Grenze des Sollverhaltensbereichs angesteuert wird. Zum
Stand der Technik wird neben der
DE 100 45 385 A1 , die zur Bildung des Oberbegriffs
des einzigen Patentanspruchs herangezogen ist, auf die
EP 1 183 579 B1 und die
DE 10 2004 048 495
A1 verwiesen.
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Die
EP 1 183 579 B1 befasst
sich mit einem System zur Regelung eines mit einem elektrischen Stellmotor
ausgerüsteten
Stellers in einem Kraftfahrzeug. Anhand des Beispiels eines einen
elektromotorischen Lenksteller aufweisenden elektronischen Lenksystems
werden durch eine modellgestützte Überwachungseinrichtung
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 und damit Kriterien zur eventuellen Abschaltung oder
zur Initiierung eines Notlaufs erzeugt. Hieraus ist es also bekannt,
dass sog. Positions-Steller, die entweder einen Weg oder einen Winkel
stellen und bei denen es sich beispielsweise um pneumatische Linearmotore oder
rotierende Elektromotore handeln kann, wobei ein letztgenannnter
beispielsweise in einem Hinterachs-Lenksystem eines zweiachsigen
zweispurigen Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann, um an dessen Hinterrädern einen
Lenkwinkel (oder Spurwinkel) zu stellen, mittels rechnerischer Modelle,
welche das Sollverhalten des Positions-Stellers abbilden, auf elektronischem
Wege überwacht
werden. Im Falle einer mehr oder weniger starken Abweichung des
Istverhaltens des Positions-Stellers von dessen Sollverhalten, d.
h. dann, wenn zu einem Zeitpunkt die Ist-Position des Positions-Stellers
(mehr oder weniger) signifikant von der aus dem Modell abgeleiteten Soll-Position
des Positions-Stellers
abweicht, wird der Positions-Steller üblicherweise hart abgeschaltet, d.
h. im wesentlichen schlagartig stillgesetzt, um zu verhindern, dass
sich eine möglicherweise
sicherheitskritische Position des Stellers ergibt. In anderen Worten
ausgedrückt
wird bei einem über
rechnerische Modelle erkannten Fehlverhalten des Positions-Stellers
dieser in seiner aktuellen Position festgehalten, um ein schnelles
Nacheilen des Positions-Stellers hin zu seiner Soll-Position zu
verhindern. Üblicherweise
wird dieser abgeschaltete Zustand des Positions-Stellers solange
beibehalten, bis das entsprechende System völlig neu gestartet wird. Im
Falle eines Elektromotors zum Stellen eines Spurwinkels an den Hinterrädern eines
Kraftfahrzeugs als Positions-Steller bleibt die Hinterrad-Lenkung
dann also solange außer
Betrieb, bis nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs dieses neu
gestartet wird.
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Ein
Nachteil einer solchen Steller-Überwachung
mit direkter, harter Abschaltung des Positions-Stellers bei Auftreten
einer signifikanten Ist-Soll-Abweichung
ist darin zu sehen, dass eine solche harte Abschaltung zu für den Nutzer
des den Positions-Steller enthaltenden Systems unerwarteten Situationen
führen
kann. Im genannten Anwendungsfall eines solchen Positions-Stellers
als Lenkwinkel-Steller in einem Hinterachs-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges
hat eine schlagartige Abschaltung des Lenkwinkel-Stellers im Falle eines an den Hinterrädern des
Fahrzeugs eingestellten Lenkwinkels den Beibehalt dieses Lenkwinkels
und somit eine Spurabwei chung von der Geradeaus-Stellung der Hinterräder zur
Folge, was unerwünscht
ist, da als Folge hiervon der Fahrer des Kraftfahrzeugs diese Spurabweichung
andauernd mit seinem Lenkrad und dem davon angesteuerten Vorderachs-Lenksystem
des Fahrzeugs ausgleichen muss, und zwar so lange, bis das Fahrzeug
nach einem Abstellen desselben erneut in Betrieb genommen wird.
Nachteiligerweise begrenzt eine harte und bis zu einem System-Neustart
bleibende Abschaltung des Positions-Stellers dessen Verfügbarkeit
in hohem Maße,
so dass eine andernfalls in vielen mögliche sog. „Selbstheilung”, im Rahmen
derer sich das Istverhalten des Positions-Stellers quasi selbsttätig oder
zufällig
wieder an dessen Sollverhalten annähert, ausgeschlossen ist.
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Aber
auch die alternative grundsätzlich
bekannte Möglichkeit,
im Falle eines Fehlverhaltens des Positions-Stellers, d. h. bei
einer signifikanten Abweichung zwischen dem Istverhalten und dem Sollverhalten
desselben keinen besonderen Eingriff vorzusehen, sondern den Steller
der jeweiligen Soll-Anforderung
möglichst
schnell nacheilen zu lassen, oder alternativ das Verhalten des Positions-Stellers überhaupt
nicht zu überwachen,
ist ungünstig,
da sich hieraus tatsächlich
sicherheitskritische Situationen – und zwar nicht nur aufgrund
eines „Überraschungseffektes” für den Nutzer
des Systems – ergeben
können.
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Weiteren
bekannten Stand der Technik beschreibt die
DE 100 45 385 A1 in Form
einer elektronischen Steuerung eines einem Regelsystem zugeordneten
Aktuators in Kraftfahrzeugen mit einem Steuergerät, das mindestens eine Regelfunktionseinheit
aufweist, durch die der Aktuator abhängig von mindestens einem Betriebsparameter
mit einer vorgegebenen Stellgeschwindigkeit ansteuerbar ist. Dabei
weist das Steuergerät
einen mindestens einer Regelfunktionseinheit zugeordneten Stellratenbegrenzer
auf, durch den die von der Regelfunktionseinheit vorgegebene Soll-Stellgeschwindigkeit
zur Ansteuerung des Aktuators auf einen definierten Begrenzungswert reduzierbar
ist. Schließlich
ist aus der
DE
10 2004 048 495 A1 ein Verfahren zur Verbesserung des Betriebs
einer Fahrzeuglenkung bekannt, wobei ein Fehler oder eine Abweichung
in einer Zuordnung zwischen einem gemessenen oder ermittelten oder
abgeschätzten
Lenkradwinkel und einem tatsächlich
erfassten oder ermittelten oder abgeschätzten Verschwenkwinkel, der
eine Stellung verschwenkbarer Fahrzeugräder beschreibt, ermittelt wird,
und wobei ein erkannter Zuordnungsfehler oder eine erkannte Zuordnungsabweichung
zwischen dem Lenkradwinkel und dem Verschwenkwinkel ausgeglichen
wird.
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Eine
Abhilfemaßnahme
für die
weiter oben geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der
vorliegenden Erfindung. Die Lösung
dieser Aufgabe ist für
ein Verfahren nach dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs
dadurch gekennzeichnet, dass die zum Angleichen des Istverhaltens
an das Sollverhalten gewählte
Verstellgeschwindigkeit des Positions-Stellers gegenüber der
maximal möglichen Steller-Dynamik reduziert
wird und dabei von der Größe der Abweichung
und/oder von der seit dem Verlassen des Sollverhaltensbereichs vergangenen Zeit
abhängig
ist, derart, dass bei einer kleineren betragsmäßigen und/oder zeitlichen Abweichung
eine höhere
Dynamik gewählt
wird als bei einer größeren betragsmäßigen und/oder
zeitlichen Abweichung.
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Grundsätzlich bekannt
ist es, aus einem Verhaltensmodell und einem Offset hierzu oder
aus oder mehreren unterschiedlichen Modellen eine obere und eine
untere hier sog. Verhaltensmodellgrenze (über dem zeitlichen Verlauf)
zu bilden, innerhalb derer sich der Positions-Steller (über der
Zeit betrachtet) bewegen sollte, d. h. zwischen denen das Steller-Istverhalten
liegt. Der Bereich zwischen diesen beiden Verhaltensmodellgrenzen
stellt den sog. Sollverhaltensbereich dar, innerhalb dessen das
Steller-Verhalten als „in
Ordnung” eingestuft
wird.
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Verlässt jedoch
der im Rahmen der Überwachung
festgestellte Istwert des Positions-Stellers diesen zulässigen Sollverhaltensbereich,
so wird erfindungsgemäß zu jedem
Zeitpunkt unter Berücksichtigung
der Differenz zwischen dem jeweiligen Ist-Positionswert (= Istverhalten)
und dem jeweiligen Soll-Positionswert (= Sollverhalten) oder der
Differenz zwischen dem jeweiligen Ist-Positionswert und dem zu diesem
Zeitpunkt nächstliegenden
Grenzwert des Sollverhaltensbereichs gezielt Einfluss auf die maximale
Verstellgeschwindigkeit des Positions-Stellers genommen. Alternativ
oder zusätzlich
kann diese besagte Einflussnahme auch in Abhängigkeit von der Zeitdauer,
welche seit dem Verlassen des Sollverhaltensbereichs vergangen ist,
vorgenommen werden. Stets wird dabei die Dynamik des Stellers, d.
h. die Verstellgeschwindigkeit des Positions-Stellers, gegenüber seiner
maximal möglichen
Verstellgeschwindigkeit beschränkt
bzw. herabgesetzt (= reduziert), d. h. es soll dann der Positions-Steller
mit reduzierter Dynamik betrieben werden. In diesem Zusammenhang
sei darauf hingewiesen, dass sog. Stellratenbegrenzer, welche die
Dynamik eines Stellers begrenzen, auch an einem Fahrzeug-Lenksystem
bereits grundsätzlich
bekannt sind, wozu beispielshalber auf die eingangs erstgenannte
Schrift (
DE 100 45 385
A1 ) verwiesen wird. Vorliegend (jedoch) erfolgt eine sog.
Stellratenbegrenzung bzw. Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit
des Positions-Stellers nach Verlassen des zulässigen Sollverhaltensbereichs
auf einen Wert, der – wie
oben ausgeführt – von der
Größe der Ist-Soll-Abweichung abhängig ist.
Da nämlich zwischen
einer Aktion des System-Nutzers,
aufgrund derer der Positions-Steller tätig wird, und der vom System-Nutzer (= im Falle
des genannten Fzg.-Hinterrad-Lenksystems der Fahrer des Fahrzeugs)
erwarteten Reaktion des Positions-Stellers ein zeitlicher Zusammenhang
bestehen muss, kann situationsabhängig über die besagte Ist-Soll-Abweichung und/oder
die seit dem Verlassen des Sollverhaltensbereichs verstrichene Zeit
die Reaktion des Positions-Stellers, d. h. dessen Istverhalten gefahrlos
gezielt beeinflusst werden, ohne diesen hart abzuschalten. Vorteilhafterweise
kann sich mit dem entsprechend geänderten Verhalten der eingestellte
Positionswert des Stellers dem Sollwert annähren, so dass also selbsttätig das
Istverhalten und das Sollverhalten des Positions-Stellers wieder in ausreichende Übereinstimmung
gebracht werden kann, d. h. dass sich das Istverhalten schließlich wieder
innerhalb des Sollverhaltensbereichs bewegt. Mit Erreichen dieses Zustands
kann die zuvor begrenzte Dynamik des Positions-Stellers wieder vollständig freigegeben
werden, um das zukünftige
Sollverhalten darzustellen.
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Zur
Vervollständigung
der obigen Erläuterung
ist in der beigefügten 1 beispielhaft
ein zeitlicher Verlauf des Sollverhaltens und des Istverhaltens
eines erfindungsgemäß angesteuerten
Positions-Stellers dargestellt, während 2 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Begrenzung
der Dynamik eines Positions-Stellers zeigt.
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1 zeigt
ein Zeit-(= Abszisse)-Positions-(= Ordinate)-Diagramm für einen
Positions-Steller in einem System, bspw. in Form eines Elektromotors
zum Stellen eines Lenkwinkels an den Hinterrädern eines Kraftfahrzeugs (als
Fahrdynamik-System). Aufgrund irgendwelcher Vorgaben des System-Nutzers,
d. h. hier des Fahrers des Kraftfahrzeugs, ergibt sich anhand eines
rechnerischen Verhaltens-Modells des Positions-Stellers, welches
in einer elektronischen Steuereinheit abgelegt ist und in dieser
berechnet wird, die in diesem Diagramm mit dem Buchstaben „S” gekennzeichnet
Kurve als zeitlicher Sollverhaltens-Verlauf. Diesem Sollverhalten
S ist eine obere und eine untere Verhaltensmodell-Grenze, die mit
den Buchstaben „oG” bzw. „uG” gekennzeichnet
sind, zugeordnet. Zwischen der oberen Verhaltensmodellgrenze oG
und der unteren Verhaltensmodellgrenze uG liegt der sog. Sollverhaltensbereich
dieses Positions-Stellers. Das tatsächliche festgestellte Istverhalten
des Positions-Stellers sei durch die mit dem Buchstaben „I” gekennzeichnete
Kurve dargestellt. Demnach verlässt
zum Zeitpunkt t1 der Istverhaltens-Verlauf
I den Sollverhaltensbereich.
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Erfindungsgemäß wird der
Positions-Steller von einer elektronischen Steuereinheit daraufhin
solchermaßen
angesteuert, dass dessen Istverhalten I mit dem Sollverhaltens-Verlauf
S in Übereinstimmung
kommt, was wie dargestellt zum Zeitpunkt t2 erfolgt.
Hierfür
wird jedoch der Positions-Steller nicht mit seiner maximal möglichen
Verstellgeschwindigkeit verfahren, sondern mit einer demgegenüber reduzierten
Verstellgeschwindigkeit bzw. Dynamik bewegt. Diese ergibt sich aus
einer in der besagten elektronischen Steuereinheit abgelegten Zuordnungsvorschrift
in Abhängigkeit
von der von der Größe der festgestellten
Ist-Soll-Abweichung und/oder von der seit dem Verlassen des Sollverhaltensbereichs
(zum Zeitpunkt t1) verstrichenen Zeit solchermaßen, dass
bei einer kleineren betragsmäßigen und/oder
zeitlichen Abweichung eine höhere
Dynamik gewählt
wird als bei einer größeren betragsmäßigen und/oder
zeitlichen Abweichung. Ein solcher beispielhafter Zusammenhang ist
im Diagramm der 2 dargestellt, wobei auf der
Abszisse die Abweichung bzw. die verstrichene Zeit und auf der Ordinate die
prozentuale reduzierte Verstellgeschwindigkeit (zwischen 0% und
100%) gegenüber
der maximal möglichen
Verstellgeschwindigkeit, welche 100% entspricht, dargestellt ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird wie weiter oben erläutert
wurde eine erhöhte
Verfügbarkeit
des Systems erreicht, da keine harte und bis zu einem neuerlichen
Systemstart verbleibende Abschaltung vorgenommen wird. Durch den
Verzicht auf eine harte Systemabschaltung ergibt sich zudem ein
längeres
Zeitfenster, in welchem der System-Nutzer über das festgestellte Fehlverhalten
des Positions-Stellers informiert werden kann, wobei noch darauf
hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend
von obigen Erläuterungen
gestaltet sein kann, ohne den Inhalt des Patentanspruchs zu verlassen.