DE19626949A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals aus zwei voneinander unabhängig erzeugten Signalen eines Fahrpedalgebers in einem Kraftfahrzeug.

Fahrpedalgeber gehören zu den besonders sicherheitskritischen Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug. Sofern Fahrpedalgeber elektrische oder elektronische Signale zur Darstellung der Fahrpedalstellung erzeugen, weisen sie daher häufig zwei Sensoren auf, die voneinander unabhängige Sensorsignale abgeben, mit deren Hilfe die korrekte Funktion des Fahrpedalgebers überprüft werden kann. Von den beiden Sensorsignalen kann zum Beispiel eines direkt zur Motorsteuerung, speziell zur Ansteuerung einer elektrisch betätigten Drosselklappe, herangezogen werden (im folgenden als dominantes Signal bezeichnet), während das andere Signal (im folgenden als redundantes Sensorsignal bezeichnet) zur Überprüfung des dominanten Sensorsignales herangezogen wird. Weichen diese beiden Sensorsignale voneinander ab, so wird dieses als fehlerhafte Funktion des Fahrpedalgebers erkannt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß, bedingt durch die unvermeidbaren Toleranzen der beiden Sensorsignale, eine bestimmte Abweichung erlaubt sein muß. Innerhalb dieses Toleranzfensters kann sich das dominante Signal ändern, ohne daß ein Fehler erkannt wird.

Hierzu ein Beispiel (welches später noch anhand der Fig. 2 ausführlicher dargestellt wird): Das Toleranzfenster für das dominante Sensorsignal sei ± 4% bezogen auf das redundante Sensorsignal, konstante Fahrt oder Stillstand des Fahrzeugs, das dominante Signal ist fehlerhaft und verändert sich um 40% pro Sekunde. Bis das Toleranzfenster durchschritten ist, können bis zu 200 ms vergehen, in denen sich das dominante Sensorsignal um 8% in positiver Richtung verändert. Eine solche Änderung des dominanten Sensorsignals kann schon eine recht heftige Reaktion des Fahrzeugs bedeuten.

Dabei stellt entweder die Fahrzeugreaktion selbst eine Gefahr dar, oder der Fahrer des Fahrzeugs wird so irritiert (plötzliches Aufheulen des Motors), daß die Gefahr einer Fehlreaktion vom Fahrer ausgeht.

Solche heftigen Fahrzeugreaktionen können zwar durch eine zeitverzögernde Filterung der Sensorsignale gedämpft werden, wobei aber nachteilig ist, daß eine solche Filterung die Dynamik der Fahrzeugreaktionen bei Beschleunigungen und Verzögerungen auch im Normalbetrieb negativ beeinflußt.

Legt man also bei der Auslegung der Filterwirkung den Schwerpunkt auf die Sicherheit, so wird das Fahrzeug dem Fahrer als besonders träge und schwerfällig erscheinen; läßt man dagegen die volle Fahrzeugdynamik zu, so ist die Fahrzeugreaktion im Fehlerfall für den Fahrer irritierend und damit gefährlich.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung von zwei Sensorsignalen zu schaffen, bei der einerseits ein Fehler eines der Signale gut beherrschbar bleibt, bei der andererseits aber die volle Dynamik des Motorsteuerungssystems erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren generiert also aus den beiden Sensorsignalen ein Ausgangssignal, das den Fahrerwunsch repräsentiert, und zwar so, daß bei fehlerfreiem Betrieb die volle Dynamik des Systems erhalten bleibt. Falls jedoch eine unterschiedliche Veränderung der beiden Sensorsignale auftritt, so wird die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignales so weit begrenzte daß es zu keiner übermäßigen Reaktion des Fahrzeugs kommt und die Fehlerfolgen damit beherrschbar bleiben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist als Software-Lösung sehr einfach in ein Steuergerät integrierbar und läßt sich in einem recht kurzen und einfachen Programmtext darstellen.

Besonders vorteilhaft ist an dieser Lösung, daß der Fahrpedalgeber beliebige Signalarten (analoge, digitale, pulsweitenmodulierte etc.), evtl. auch unterschiedliche, für das dominante und das redundante Sensorsignal erzeugen kann, wobei unabhängig davon die Signale nach Wandlung in digitale Signale mittels eines Mikroprozessors auf die erfindungsgemäße Weise verarbeitbar sind.

Zusätzliche Hardware (wie z. B. Filtereinrichtungen) werden zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafterweise nicht benötigt.

Aus den beschriebenen Gründen ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit den Sensorsignalen eines Fahrpedalgebers zur Generierung eines Ausgangssignals für eine elektrisch betätigte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft.

Selbstverständlich sind aber auch andere vorteilhafte Anwendungen an vergleichbar sicherheitskritischen Einrichtungen denkbar, beispielsweise zur Auswertung von Signalen vom Rückmeldepotentiometer einer elektrisch betätigten Drosselklappe.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung dargestellt werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Programmablaufplan einer Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierin zeigt Fig. 1a den Deklarationsteil, Fig. 1b den Anweisungsteil des dargestellten Programms,

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems,

Fig. 3 den Verlauf des Ausgangssignals in Abhängigkeit der Sensorsignale nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Anhand der Fig. 2 sei das der Erfindung zugrunde liegende Problem nochmals näher erläutert. Dargestellt sind die Sensorsignale eines Fahrpedalgebers mit zwei Sensoren (zum Beispiel einem Doppelpotentiometer). Die Sensorsignale sind hier in beliebigen, nicht näher zu bezeichnenden Einheiten (da diese von der Art der verwendeten Sensoren abhängen) gegen eine Zeitachse aufgetragen.

Eines dieser Signale (hier bezeichnet als das dominante Signal) wird von einem nicht dargestellten Motorsteuergerät zur Steuerung der Stellung einer elektrisch betätigten Drosselklappe herangezogen, durch das zweite Sensorsignal (hier als redundantes Signal bezeichnet) ermittelt das Motorsteuergerät durch Vergleich mit dem dominanten Signal, ob das dominante Signal korrekt (oder zumindest plausibel) oder fehlerhaft ist.

Das hier dargestellte dominante Signal sei als fehlerhaft angenommen, d. h. ab einem bestimmten Zeitpunkt steigt das dominante Signal (z. B. durch einen Kontaktfehler am Potentiometer) plötzlich stark an; in diesem Beispiel um etwa 40% pro Sekunde.

Da keine zwei Sensoren eine genau gleiche Kennlinie aufweisen, muß dem dominanten Signal beim Vergleich mit dem redundanten Signal ein gewisser Toleranzbereich zugeordnet werden. Im dargestellten Beispiel darf das dominante Signal um ± 4% vom redundanten Signal abweichen, ohne daß dies vom Motorsteuergerät als fehlerhaft bewertet würde. Dies bedeutet, daß wenn das dominante Signal sich am unteren Toleranzbereich bewegt (- 4%), es sich um 8% erhöhen muß, bis es den oberen Toleranzbereich (+ 4%) überschreitet und ein Fehler erkannt wird.

Bei der angenommen Signaländerungsgeschwindigkeit (40% pro Sekunde) erfolgt diese Änderung in ca. 200 ms, was eine recht heftige Fahrzeugreaktion ergibt, die entweder direkt oder über eine Schreckreaktion des Fahrers zu einer Gefährdung der Fahrzeuginsassen führen kann.

Ein gleichartiges Diagramm zeigt die Fig. 3, wobei aber hier das Ausgangssignal zur Motorsteuerung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet wird.

Ändern sich hier das dominante und das redundante Signal gleichmäßig (wie z. B. im konstanten Bereich vor "Eintritt des Fehlers"), so folgt das Ausgangssignal dem dominanten Signal. Hierdurch wird erreicht, daß die Dynamik der Motorsteuerung voll erhalten ist, da das Ausgangssignal auch einem sich schnell ändernden dominanten Signal folgt, so lange das redundante Signal diese Änderung ebenfalls mitmacht.

Findet dagegen eine plötzliche Änderung nur eines Signales statt, so wird die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignales auf einen unkritischen Wert begrenzt (siehe Diagramm im Bereich nach "Eintritt des Fehlers").

Auch wenn der Fehler hier ebenfalls erst nach Überschreiten des oberen Toleranzbereiches (+ 4%), d. h. nach etwa 200 ms, entdeckt wird, wird jedoch die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignals praktisch sofort mit dem Eintritt des Fehlers auf einen unkritischen Wert begrenzt. Wie bereits erwähnt, ist hierbei besonders vorteilhaft, daß keine Begrenzung erfolgt, so lange kein Fehler aufgetreten ist, was dieses Verfahren von üblichen Verfahren oder Einrichtungen zur Signalfilterung unterscheidet.

Wie das erfindungsgemäße Verfahren als Teil eines Motorsteuerungsprogrammes realisiert werden kann, zeigt die Fig. 1. Das Verfahren ist hier in der Syntax der Programmiersprache C dargestellt. Die Verwendung dieser Programmiersprache zur Kodierung ist selbstverständlich nicht zwingend, kann aber durchaus vorteilhaft sein, da C-Programme sehr effizient und schnell in der Ausführung sind.

Zur übersichtlichen Darstellung ist das Programm in zwei Teile aufgeteilt worden:
Fig. 1a zeigt den Deklarationsteil, Fig. 1b den Anweisungsteil des Programms.

Im Programmtext der Fig. 1a wird im Programmabschnitt (1) die Konstante (delta_max) definiert, durch welche die maximale Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignals (APU_value) im Fehlerfall vorgegeben wird.

Im nächsten Abschnitt (2) erfolgt die Deklaration der Variablen für die Werte verschiedener Sensorsignale (dominant_value redundant_value, last_redundant_value) und dem Ausgangssignal (APU_value) als vorzeichenlose ganze Zahl (unsigned int) bzw. zweier Differenzenvariablen (dominant_difference, redundant_difference) als ganzzahliger Wert mit Vorzeichen. Die Verwendung von ganzzahligen Werten liegt hier nahe, da die Sensorsignale als digitalisierte Werte vorliegen.

Im Programmabschnitt (3) werden zwei dieser Variablen (APU_value, last_redundant_value) mit einem Anfangswert initialisiert. Dem Ausgangswert (APU_value) wird hierbei der aktuelle Wert des dominanten Sensorsignales (dominant_value) zugewiesen; die Variable last_redundant_value wird auf den Wert des redundanten Sensorsignales (redundant_value) gesetzt. Diese Initialisierung erfolgt bei dem Einschalten bzw. Zurücksetzen (Reset) des Motorsteuergerätes.

Der Ausführungsteil, dargestellt in der Fig. 1 b, wird vom Motorsteuergerät zyklisch ausgeführt, und zwar als Prozedur in einem möglicherweise umfangreicheren Motorsteuerungsprogramm.

Bei jedem Aufruf werden dabei folgende Verfahrensschritte ausgeführt:

• - es wird die Differenz (dominant_difference) zwischen dem Wert eines ersten (dominanten) Sensorsignals (dominant_value) und dem Wert des Ausgangssignals (APU_value) sowie die Differenz (redundant_difference) zwischen dem aktuellen Wert (redundant_value) und dem vorausgegangenen Wert (las_redundant_value) eines zweiten (redundanten) Sensorsignals gebildet (a),
• - die Vorzeichen dieser Differenzen (redundant_difference, dominant_difference) werden miteinander verglichen (b),
• - sind die Vorzeichen dieser Differenzen (redundant_difference, dominant_difference) gleich, so wird ein neuer Ausgangswert (APU_value) berechnet, indem die betragsmäßig kleinere Differenz zu dem vorausgegangenen Ausgangswert (APU_value) addiert wird (c),
• - das dominante Sensorsignal (dominant_value) wird mit dem Ausgangssignal (APU_value) verglichen (d1, d2),
• - besteht eine Differenz zwischen dem dominanten Sensorsignal (dominant_value) und dem Ausgangssignal (APU_value), so wird das Ausgangssignal (APU_value) mit einer begrenzten Änderungsgeschwindigkeit (delta_max) an den Wert des dominanten Sensorsignals angeglichen (e1, e2).

Die Auswirkungen des beschriebenen Fehlers wird durch diesen Algorithmus so weit reduziert, daß eine gefährliche Situation nicht entstehen kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals (APU_value) aus zwei voneinander unabhängig erzeugten Signalen (dominant_value, redundant_value) eines Fahrpedalgebers in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verfahrensschritte zyklisch ausgeführt werden:

• - es wird die Differenz (dominant_difference) zwischen dem Wert eines ersten (dominanten) Sensorsignals (dominant_value) und dem Wert des Ausgangssignals (APU_value) sowie die Differenz (redundant_difference) zwischen dem aktuellen Wert (redundant_value) und dem vorausgegangenen Wert (last_redundant_value) eines zweiten (redundanten) Sensorsignals gebildet (a),
• - die Vorzeichen dieser Differenzen (redundant_difference, dominant_difference) werden miteinander verglichen (b),
• - sind die Vorzeichen dieser Differenzen (redundant_difference, dominant_difference) gleich, so wird ein neuer Ausgangswert (APU_value) berechnet, indem die betragsmäßig kleinere Differenz zu dem vorausgegangenen Ausgangswert (APU_value) addiert wird (c),
• - das dominante Sensorsignal (dominant_value) wird mit dem Ausgangssignal (APU_value) verglichen (d1, d2),
• - besteht eine Differenz zwischen dem dominanten Sensorsignal (dominant_value) und dem Ausgangssignal (APU_value), so wird das Ausgangssignal (APU_value) mit einer begrenzten Änderungsgeschwindigkeit (delta_max) an den Wert des dominanten Sensorsignals angeglichen (e1, e2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Angleichung des Ausgangssignales (APU_value) an den Wert des dominanten Sensorsignales (dominant_value) mit einer begrenzten Änderungsgeschwindigkeit durch Addition oder Subtraktion eines konstanten Wertes (delta_max) vom Ausgangssignal (APU_value) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrpedalgeber sowohl das dominante Sensorsignal als auch das redundante Sensorsignal als analoges, digitales oder moduliertes, insbesondere als pulsweitenmoduliertes, Signal, erzeugt und daß diese Signale zur Verarbeitung durch einen Mikroprozessor in digitale Signale gewandelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (APU_value) die Stellung einer elektrisch betätigten Drosselklappe bestimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignale anstatt von einem Fahrpedalgeber von einem Rückmeldepotentiometer an einer elektrisch betätigten Drosselklappe erzeugt werden.