DE4340746C2 - Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems - Google Patents
Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen SystemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dy
namischen Systems, beispielsweise zum Diagnostizieren eines Reifenluft
drucks oder zum Festellen einer Änderung eines Fahrzeugaufbaugewichts.
Genauer betrifft die Erfindung eine Diagnoseeinrichtung zum Abschätzen eines
Fehlers hinsichtlich einer in einem dynamischen System erzeugten Störung, um
einen Fehler in einem dynamischen System zu diagnostizieren, eine Abnormali
tät eines Reifenluftdrucks festzustellen oder eine Änderung eines Fahrzeugauf
baugewichts festzustellen, und bezieht sich weiter auf eine Reifenluftdruckdia
gnoseeinrichtung und eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrich
tung unter Verwendung einer solchen Diagnoseeinrichtung.
Eine Einrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers eines dynamischen Sy
stems ist bekannt. Die Diagnoseeinrichtung diskriminiert das Vorhanden
sein/Fehlen des Fehlers und den Fehlerteil unter Verwendung eines Residual
wertes zwischen der Antwort des dynamischen Systems, die aus einem norma
len Modell des dynamischen Systems hergeleitet wird, und der aktuellen, mit
tels eines Sensors gemessenen Antwort.
Diese herkömmliche Technik ist beispielsweise beschrieben in "A Generalized
Likelihood Ratio Approach to Detection and Estimation of Jumps in Linear Sy
stems" von A. S. Willskey & H. L. Jones, IEEE Trans. AC-21, Nr. 1, 1976,
Seiten 108-112.
Fig. 7 zeigt eine nach diesem Verfahren arbeitende Fehler
diagnoseeinrichtung 20. Die Fehlerdiagnoseeinrichtung
diagnostiziert ein zu steuerndes bzw. zu regelndes dynami
sches System 10 auf Grundlage eines Steuereingangs 14 von
einem Steuergerät 12. In Fig. 7 bezeichnen die Bezugsbuch
staben u und d einen Steuereingangsvektor und einen äußeren
Störvektor, die auf das dynamische System 10 einwirken. y
ist ein Steuerausgang des dynamischen Systems 10 und x ist
ein interner Zustandsvektor des dynamischen Systems 10,
welcher unter Verwendung eines Sensors gemessen wird.
Die Fehlerdiagnoseeinrichtung 20 enthält einen Normalmo
dellbeobachter 22, eine Anzahl von Fehlermodellbeobachtern
24-1, 24-2, . . . 24-n, Likelihood-Verhältnisfeststell- und
Ermittlungsteile 26-1, 26-2, . . ., 26-n, welche so angeord
net sind, daß sie den jeweiligen Fehlermodellbeobachtern
entsprechen, und einen Fehlerdiskriminierteil 28.
Der Normalmodellbeobachter 22 ermittelt die Zustandsgröße
des dynamischen Systems 10, basierend auf dem Normalmodell,
aus dem Steuereingangsvektor u und dem Steuerausgangsvektor
y des dynamischen Systems 10 und liefert ein Schätzaus
gangssignal 23. Ein Residualwert 25 zwischen dem Schätzaus
gangssignal 23 und dem Zustandsvektor x des dynamischen Sy
stems 10, der aktuell mittels eines Sensors gemessen wird,
wird den Likelihood-Verhältnisfeststell- und Ermittlungs
teilen 26-1, 26-2, . . ., 26-n zugeführt.
Jeder Fehlermodellbeobachter 24-1, 24-2, . . ., 24-n ermit
telt und berechnet den Zustand des dynamischen Systems 10
auf Grundlage des jeweiligen unterschiedlichen Fehlermo
dells. Residualwerte 29-1, 29-2, . . ., 29-n zwischen Schätz-
bzw. Ermittlungsausgängen 27-1, 27-2, . . ., 27-n des jewei
ligen Fehlermodellbeobachters 24-1, 24-2, . . ., 24-n und dem
aktuell gemessenen Zustand x des dynamischen Systems 10
werden den entsprechenden Likelihood-Verhältnisfeststell-
und Ermittlungsteilen 26-1, 26-2, . . ., 26-n zugeleitet.
Jeder Likelihood-Verhältnisfeststell- und Ermittlungsteil
26-1, 26-2, . . ., 26-n berechnet eine Wahrscheinlichkeit
(Likelihood-Verhältnis), für das entsprechende Modell, ab
gestimmt mit dem vorhandenen dynamischen System 10, aus den
Residualsignalen 25 und 29 aus dem Normalmodellbeobachter
22 und dem Fehlermodellbeobachter 24. Das Ergebnis dieser
Berechnung wird zu dem Fehlerdiskriminierteil 28 ausge
geben.
Auf diese Weise berechnet jedes Likelihood-Verhältnisfest
stell- und Ermittlungsteil 26-1, 26-2, . . ., 26-n das Like
lihood-Verhältnis des jeweiligen Modells für jedes angenom
mene Fehlermodell in Abstimmung mit dem vorhandenen dynami
schen Modell 10. Der Fehlerdiskriminierteil 28 bestimmt das
Fehlermodell des Maximum-Likelihood-Verhältnisses aus dem
Eingangssignal, wodurch das Auftreten eines Fehlers des dy
namischen Systems 10 und ein Fehlerteil diskriminiert wer
den.
Bei der herkömmlichen Einrichtung 20 treten folgende Pro
bleme auf:
Erstens erhält die herkömmliche Einrichtung 20 ein Modell, welches dem Fehler aus den Residualwerten 25, 29 zwischen den Zuständen 23, 27, die von den Beboachtern 22, 24 ermit telt werden, und dem aktuell gemessenen Wert x entspricht. Dieser Residualwert hängt merklich vom Aufbau des Beobach ters ab; je höher die Rate der Feststellung des Zustandes des Beobachters (Fehlerfeststellrate) ist, je kleiner ist der Residualwert, so daß die Fehlerfeststellempfindlichkeit vermindert wird.
Erstens erhält die herkömmliche Einrichtung 20 ein Modell, welches dem Fehler aus den Residualwerten 25, 29 zwischen den Zuständen 23, 27, die von den Beboachtern 22, 24 ermit telt werden, und dem aktuell gemessenen Wert x entspricht. Dieser Residualwert hängt merklich vom Aufbau des Beobach ters ab; je höher die Rate der Feststellung des Zustandes des Beobachters (Fehlerfeststellrate) ist, je kleiner ist der Residualwert, so daß die Fehlerfeststellempfindlichkeit vermindert wird.
In einem verrauschten, d. h. mit stochastischen Störsignalen behafteten System
insbesondere kann nur ein großer und plötzlicher Fehler festgestellt werden.
Bei der herkömmlichen Einrichtung ist die Berechnung des Likelihood-
Verhältnisses für eine Fehlerfeststellung kompliziert. Des weiteren muß diese
Berechnung für jedes Fehlermodell stattfinden. Als Folge würde der Berech
nungsumfang erstaunlich groß, so daß die herkömmliche Einrichtung eine Dia
gnose in Echtzeit nicht zulassen würde.
Wenn nur eine einzige zu diagnostizierende interne Zustandsgröße x des dy
namischen Systems 10 nicht gemessen werden kann, ist es des weiteren un
möglich, den internen Fehler des Diagnoseobjekts festzustellen und zu spezifi
zieren. Die interne Zustandsgröße x des dynamischen Systems 10 wird nämlich
als ein Zustandsvektor festgestellt, der aus einer Anzahl von Elementen zu
sammengesetzt ist. Selbst wenn ein einziges Element des Zustandsvektors x
nicht gemessen werden kann, würde es daher unmöglich sein, den internen
Fehler des Diagnoseobjekts festzustellen oder zu spezifizieren.
Des weiteren verwendet die herkömmliche Einrichtung nicht das Konzept, eine
externe Störung d, die von einer externen Quelle her eindringt, von einer inter
nen Störung zu trennen, die aufgrund des internen Fehlers erzeugt wird. Die
Meßgenauigkeit kann deshalb durch externe Störungen beeinflußt werden.
Aus der US 5 041 976 ist ein System zur Diagnose von Fehlern in elektroni
schen Steuersystemen bekannt, bei dem eine große Informationsmenge zwi
schen dem elektronischen Steuerprozessor und einem von ihm kontrollierten
mechanischen System ausgetauscht wird. Die Daten werden derart erfaßt, daß
Parametervektoren gebildet werden, die den Systembetrieb beschreiben. Die
Vektoren werden einem Mustererkennungssystem, wie einem neuralen Netzwerk,
zugeführt, damit eine Klassifizierung entsprechend dem Betriebszustand
des elektronisch gesteuerten Systems erfolgt. Für eine Diagnose eines elektro
nisch gesteuerten Motorbetriebes entsprechen die in den Vektoren enthaltenen
Parameter einzelnen Zündereignissen, die in dem Motor auftreten, der unter
einer vorbestimmten Bedingung arbeitet. Das Diagnosesystem kann als Ser
vicewerkzeug in einer Servicestation implementiert werden, oder in einem elek
tronischen Fahrzeugsteuersystem selbst enthalten sein.
Die US 5 023 045 beschreibt ein Diagnoseverfahren für Fehlfunktionen in einer
Fabrik. Dabei wird durch Simulation eine Änderung in einer Fabrikzustandsva
riablen bestimmt, unter den Fabrikzustandsvariablen ein Muster durch Autore
gressionsanalyse der Änderung in der Fabrikzustandsvariablen gebildet, das
Muster unter den Fabrikzustandsvariablen in ein neurales Netzwerk eingesetzt,
ein Lernvorgang durchgeführt, bis eine vorbestimmte Genauigkeit erreicht wird,
und die Änderung der Fehlfunktion durch Einsetzen eines Musters in das neu
rale Netzwerk identifiziert, welches Muster dasjenige Muster unter den Fabrik
zustandsvariablen anzeigt, das durch erfaßte Daten aus der Fabrik gebildet
wird. Das Muster unter den Fabrikzustandsvariablen ist eine Kohärenzfunktion,
die eine Korrelation des Frequenzspektrums jeder Fabrikzustandsvariablen
anzeigt.
Aus der US 4 063 311 ist eine Diagnoseeinrichtung bekannt, die den Speicher
eines Steuergerätes abtastet und asynchron arbeitet, um Fehlerzustände über
die Zustände von Eingabe- und Ausgabesignalen des Steuergerätes zu erfas
sen.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Diagnoseeinrichtung für ein dyna
misches System zu schaffen, die in der Lage ist, einen Fehlerteil eines dynami
schen Systems zu spezifizieren und eine genaue Diagnose bei einem kleinen
Berechnungsumfang durchzuführen, ohne viele Beobachter entsprechend einer
Anzahl von zu diagnostizierenden Teilen bzw. Bereichen zu verwenden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Reifenluftdruckdiagnose
einrichtung für ein dynamisches System zu schaffen, welches durch eine Rad
aufhängung und ein Rad gebildet ist, welche Einrichtung einen Reifenluftdruck
des Rades einfach und genau diagnostizieren kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Fahrzeugaufbaugewichts
änderungsfeststelleinrichtung zum Feststellen einer Änderung des Fahrzeug
aufbaugewichts bei einem dynamischen System zu schaffen, welches durch
eine Radaufhängung und ein Rad gebildet ist.
Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Diagnose
einrichtung für ein dynamisches System zum Diagnostizieren des dynamischen
Systems durch Feststellen eines Fehlers des dynamischen Systems geschaf
fen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Abschätzen eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Stö rungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zu standsvektor des dynamischen Systems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkor relation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Abtrennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente von der integrierten Störung und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren eines entsprechenden Feh lerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten, zur internen Störung in Beziehung stehenden Komponente und zum Durchführen einer Diagnose.
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Abschätzen eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Stö rungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zu standsvektor des dynamischen Systems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkor relation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Abtrennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente von der integrierten Störung und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren eines entsprechenden Feh lerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten, zur internen Störung in Beziehung stehenden Komponente und zum Durchführen einer Diagnose.
Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung derart aufgebaut,
daß eine Querkorrelation zwischen einem Element des integrierten Störungs
vektors und einem nicht mit dem externen Störungsvektor korrelierten Element
des internen Zustandsvektors berechnet wird und von dem Element des inte
grierten Störungsvektors eine zu der internen Störung in Beziehung stehende
Komponente abgetrennt wird.
Alternativ kann die Korrelationsberechnungsvorrichtung so aufgebaut sein, daß
die Berechnung eines Richtungsvektors der integrierten Störung mit dem inter
nen Zustandsvektor als ein Basisvektor derart durchgeführt wird, daß die zeit
bezogene Summe des Quadrates eines Fehlers zwischen dem integrierten
Störungsvektor und dem Produkt aus dem internen Störungsvektor und dem
internen Zustandsvektor minimal ist, und daß von dem Element des integrierten
Störungsvektors eine in Beziehung zur internen Störung stehende Komponente
abgetrennt wird.
In einer anderen alternativen Form kann die Korrelationsberechnungsvorrich
tung so aufgebaut sein, daß eine Querkorrelation zwischen einer Mehrzahl von
Elementen des ermittelten integrierten Störungsvektors und einem nicht mit der
externen Störung des internen Zustandsvektors korrelierten Element des inter
nen Zustandvektors berechnet wird und daß von den Elementen des integrier
ten Störungsvektors Elemente, die in Beziehung zu der internen Störung ste
hen, abgetrennt werden. Die Diagnosevorrichtung kann so aufgebaut sein, daß
der Fehlerteil des dynamischen Systems aus den abgetrennten Elementen, die
mit den internen Störungen in Beziehung stehen, spezifiziert wird.
Vorzugsweise enthält die Diagnosevorrichtung: einen Speicherteil, in welchem
vorher ein Fehlerfeststellstandardwert gespeichert wird, der jedem Element der
mit der internen Störung in Beziehung stehenden Komponente entspricht; und
einen Fehlerspezifizierteil zum Vergleichen jedes Elements der abgetrennten
Komponente, die mit der internen Störung in Beziehung steht, mit dem ent
sprechenden Fehlerfeststellstandardwert und zum Spezifizieren des Fehlerteils
des dynamischen Systems.
Vorzugsweise enthält die Diagnosevorrichtung weiter einen Sensor zum Mes
sen aller Elemente oder eines Teils von Elementen des internen Zustandsvek
tors des dynamischen Systems.
Die Störungsermittlungsvorrichtung kann derart aufgebaut sein, daß alle Ele
mente oder ein Teil von Elementen des internen Zustandsvektors des dynami
schen Systems abgeschätzt bzw. ermittelt werden.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung 30 für ein dynami
sches System. Das mittels der Diagnoseeinrichtung 30 zu diagnostizierende
dynamische System 10 wird basierend auf einem Steuereingang 14 von einem
Steuergerät 12 gesteuert. In dem dynamischen System 10 verändert sich der
interne Zustand basierend auf dem Steuereingang 14 und einer externen Stö
rung 15, die von einer externen Quelle her eingeht, so daß ein Steuerausgang
16 sich ändert. Das Steuergerät 12 steuert das dynamische System 10 unter
Verwendung des Steuerausgangs 16 als ein Rückkopplungssignal.
Das dynamische System 10 hat n interne Zustandsgrößen (d. h.
die Dimension bzw. der Grad des Systems ist n). u stellt
einen Steuereingangsvektor 14 zu dem System 10 dar, welcher
Vektor aus m Elementen zusammengesetzt ist. y stellt einen
Steuerausgangsvektor 16 dar, der aus p Elementen zusammen
gesetzt ist, welche vom System 10 ausgegeben werden. d
stellt einen externen Störungsvektor 15 dar, der aus n Ele
menten zusammengesetzt ist, wobei die Zahl n gleich der
Ordnung des dynamischen Systems 10 ist.
Die Diagnoseeinrichtung 30 enthält eine Störungsermitt
lungsvorrichtung 32, eine Korrelationsberechnungsvor
richtung 34 und eine Diagnosevorrichtung 36 und stellt
einen Fehler des dynamischen Systems 10 als eine innere
Störung fest.
Die Störungsermittlungsvorrichtung 32 ermittelt einen inte
grierten Störungsvektor w, der die Summe aus dem externen
Störungsvektor d und einem internen Störungsvektor des
dynamischen Systems 10 ist, basierend auf einem internen
Zustandsvektor des dynamischen Systems 10 (ein aus Elemen
ten zusammengesetzter Vektor, die die Größe des internen
Zustandes des dynamischen Systems 10 darstellen), und gibt
den integrierten Störungsvektor w zur Korrelationsberech
nungsvorrichtung 34.
In Fig. 1 wird der Steuerausgangsvektor y des dynamischen
Systems 10 als Eingang der Störungsermittlungsvorrichtung
32 zugeführt. Die Störungsermittlungsvorrichtung 32 ermit
telt und berechnet einen internen Zustandsvektor x des
dynamischen Systems 10 aus dem Steuerausgangsvektor y und
gibt den berechneten Vektor x an die Korrelationsberech
nungsvorrichtung 34. Dieses Ermitteln und Berechnen ge
schieht, wenn der Steuerausgangsvektor y Information
enthält, welche in der Lage ist, die einzelnen Elemente des
internen Zustandsvektors x zu berechnen. Das Ermitteln und
Berechnen des oben genannten internen Zustandsvektors x
geschieht gleichzeitig mit dem Ermitteln des integrierten
Störungsvektors w. Genauer wird eine neue Zustandsgröße,
die aus dem integrierten Störungsvektor w und der Zustands
größe x zusammengesetzt ist, ausgedrückt durch Formel 8 er
halten durch eine Berechnung nach der herkömmlichen linea
ren Steuerungstheorie (z. B. "Introduction to Linear System
Theory" written by Furuta & Sano, issued 1978 from Corona
Co., Ltd., Seiten 127-137).
Wenn die in dem Steuerausgangsvektor y enthaltene Informa
tionsmenge nicht ausreicht, um den internen Zustandsvektor
zu ermitteln, kann ein Sensor zum Feststellen einer exter
nen Zustandsgröße in dem dynamischen System 10 angebracht
sein, so daß dessen Ausgang dem Eingang der Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 zugeführt wird.
Wenn Information über jeden internen Zustandsvektor x
direkt vom Steuerausgangsvektor y des dynamischen Systems
10 erhalten werden kann oder, falls notwendig, von der
Größe des internen Zustandssensors im dynamischen System
10, wird die Größe des internen Zustands x direkt der Kor
relationsberechnungsvorrichtung 34 zugeführt.
Die Korrelationsberechnungsvorrichtung 34 berechnet eine
Querkorrelation zwischen jedem Element des ermittelten
integrierten Störungsvektors w und dem Element des internen
Zustandsvektors x und trennt von jedem Element des internen
Zustandsvektors w eine Komponente ab, die mit der internen
Störung in Beziehung steht. Die mit der internen Störung in
Beziehung stehende, abgetrennte Komponente wird dann zur
Diagnosevorrichtung 36 ausgegeben.
Die Diagnosevorrichtung 36 ist so aufgebaut, daß der Feh
lerteil des dynamischen Systems 10 von der abgetrennten, in
Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente spe
zifiziert wird und dessen Zustand erhalten wird.
Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung 34
so aufgebaut, daß eine Querkorrelation für die mehreren
Elemente des integrierten Störungsvektors w berechnet wird
und von den mehreren Elementen des integrierten Zustands
vektors w die in Beziehung zur internen Störung stehende
Komponente abgetrennt wird.
Jedes Element der abgetrennten, in Beziehung zur internen
Störung stehenden Komponente entspricht dem jeweiligen Feh
lerteil, der in dem dynamischen System 10 hervorgerufen
ist. Die Diagnosevorrichtung 36 ist deshalb in der Lage,
das Auftreten eines Fehlers im dynamischen System 10 und
dessen Fehlerteil von jedem Element der in Beziehung zur
internen Störung stehenden, abgetrennten Komponente zu spe
zifizieren.
In diesem Fall ist die Diagnosevorrichtung 36 so aufgebaut,
daß sie vorzugsweise einen Speicherteil 40 enthält, in
welchem vorher ein Fehlerfeststellstandardwert gespeichert
ist, welcher jedem Element der mit der internen Störung in
Beziehung stehenden Komponente entspricht, und weiter einen
Fehlerspezifizierteil 38 enthält, um das Element der abge
trennten Komponente, welche der internen Störung ent
spricht, mit dem entsprechenden Fehlerfeststellstandardwert
zu vergleichen und den Fehlerteil des dynamischen Systems
10 zu spezifizieren.
Im folgenden wird der Betrieb der erfindungsgemäßen
Diagnosevorrichtung beschrieben:
Zunächst wird der Betrieb der Störungsermittlungsvorrich tung 32 beschrieben:
Zunächst wird der Betrieb der Störungsermittlungsvorrich tung 32 beschrieben:
Wenn in dem zu diagnostizierenden dynamischen System 10 ein
Fehler auftritt, zeigt die interne Zustandsgröße des Dia
gnoseobjekts eine von der unter dem Normalzustand verschie
dene Antwort. Mit anderen Worten kann diese Antwort als
eine Zusammensetzung einer Antwort unter der Normalbedin
gung und einer Art von Störung, die dem Fehler entspricht,
betrachtet werden. Diese Störung ist die interne, die in
dem Diagnoseobjekt 10 erzeugt ist, und nicht die externe
von außerhalb des Diagnoseobjekts 10. Die Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 ermittelt die interne Störung, die
aufgrund des Fehlers auftritt, als eine integrierte Störung
w, die die Summe der internen Störung und der externen Stö
rung ist.
Im folgenden wird das Prinzip der Störungsermittlung der
Störungsermittlungsvorrichtung beschrieben.
Es wird angenommen, daß das dynamische System 10 durch fol
gende Gleichung beschrieben ist:
wobei x(t) ein interner Zustandsvektor des zu diagnostizie
renden dynamischen Systems
10
ist, u(t) ein Steuereingangs
vektor ist, y(t) ein Steuerausgangsvektor ist und d(t) ein
externer Störungsvektor ist. Jede der Matrizen A, B und C
ist eine konstante Matrix (Parameter des zu
diagnostizierenden Systems), die durch die Struktur des
Diagnoseobjekts zu bestimmen ist.
Deshalb kann [Formel 1] durch folgende Gleichung ausge
drückt werden:
Das Diagnoseobjekt 10 mit einem Fehler kann in äquivalenter
Weise unter Abänderungen der Matrizen A und B (Änderungen
von Parametern) ausgedrückt werden. Mit anderen Worten kann
das dynamische System 10 nach einem Fehler unter der Annah
me, daß die Matrizen A und B sich um ΔA(t) und ΔB(t) ändern,
durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei Dw(t) durch folgende Gleichung ausgedrückt werden
kann:
Die Matrix D zeigt, auf welchem Weg des Diagnoseobjekts 10
eine von dem Fehler herrührende Störung aufgetreten ist und
wird entsprechend dem Eindringweg der externen Störung und
des angenommenen Fehlers bestimmt.
Die Formeln 3 und 4 können durch die folgenden allgemeinen
Determinanten ausgedrückt werden:
Auf diese Weise kann die Antwort des Zustandsvektors auf
das Auftreten eines Fehlers in dem Diagnoseobjekt durch die
Summe der Antwort unter der Normalbedingung {Ax(t) + Bu(t)}
und der Störung {Dw(t)} ausgedrückt werden. Die Störungs
ermittlungsvorrichtung 32 ist so aufgebaut, daß sie die
Störung Dw(t) ermittelt.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Störung auf folgende Weise er
mittelt:
Als ein erster Schritt wird eine erweiterte Form des Diagnoseobjekts 10, dessen Zustand die Störung w(t) ent hält, konstruiert. Zu diesem Zweck wird w(t) folgendermaßen angenommen und als der Zustand des Diagnoseobjekts addiert.
Als ein erster Schritt wird eine erweiterte Form des Diagnoseobjekts 10, dessen Zustand die Störung w(t) ent hält, konstruiert. Zu diesem Zweck wird w(t) folgendermaßen angenommen und als der Zustand des Diagnoseobjekts addiert.
Deshalb kann das erweiterte System des Systems, dessen
Zustand w(t) enthält, durch folgende Formel ausgedrückt
werden:
Als ein zweiter Schritt wird der Zustand [xTwT]T der Formel
8 ermittelt und unter Verwendung herkömmlicher linearer
Steuerungstheorie berechnet.
Die Annahme der Formel 7 bedeutet gemäß Fig. 2, daß eine
Störung 100, die sich ursprünglich kontinuierlich ändert,
wie durch 110 angedeutet, stufenweise angenähert wird. Je
kleiner die Stufenweite, je genauer ist die Näherung. Da
die Stufenweite der Störungsermittlungszeit der Störungs
ermittlungsvorrichtung 32 entspricht, die in Praxis im Ver
gleich zur Veränderungsrate der Störung sehr kurz gemacht
werden kann, genügt diese Näherung für die Praxis.
Wenn das erweiterte System beobachtbar ist, kann die Störungsermittlungsvorrichtung
32 auf diese Weise den Zustand
ermitteln, der nicht gemessen werden kann, und zur gleichen
Zeit die dem Fehler entsprechende Störung, selbst wenn
nicht jeder Zustand des Diagnoseobjekts gemessen werden
kann.
Zweitens wird der Betrieb der Korrelationsberechnungsvor
richtung 34 beschrieben.
Wie oben beschrieben, enthält der von der Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 ermittelte integrierte Störungsvektor
w(t) eine interne Störung, die aufgrund des Fehlers des
Diagnoseobjekts 10 auftritt, und eine äußere Störung d, die
von einer externen Quelle unabhängig davon, ob das Diagno
seobjekt normal ist oder einen Fehler aufweist, in das Dia
gnoseobjekt eindringt.
Diese externe Störung w ist ein unregelmäßiges Signal, aber
zeichnet sich dadurch aus, daß ihr mittlerer Wert für eine
bestimmte Zeit null ist. Unter Verwendung der charakteri
stischen Eigenschaft der externen Störung d wird beim Er
findungsgegenstand eine Berechnung durchgeführt, um die
Komponenten (Differentialkomponenten ΔA, ΔB der Parameter),
die mit der inneren, aufgrund des Fehlers hervorgerufenen
Störung in Beziehung stehen, von der geschätzten integrier
ten Störung w(t) abzutrennen. Ein typisches Verfahren die
ser Berechnung ist die Methode der kleinsten Quadrate.
Zuerst wird von Formel 4 die folgende Gleichung definiert:
Dann wird unter Verwendung der Methode der kleinsten Qua
drate [Symbol 59], welches die Formel 113 minimal macht,
aus N Daten erhalten.
Dies wird unter der Annahme erreicht, daß eine partielle
Differentialgleichung, die das Ergebnis einer partiellen
Differentiation der Formel 113 nach [Symbol 60] ist, null
ist; als Ergebnis erhält man die folgende Gleichung:
Wenn diese durch die folgende asymptotische Gleichung neu
geschrieben wird:
können die Parameterdifferentiale ΔA und ΔB nacheinander
hergeleitet werden. Θ stellt einen Richtungsvektor dar und
ζ stellt einen Basisvektor dar.
Die Kalkulation dieser Querkorrelation wird nun in Verbin
dung mit dem Fall beschrieben, in dem es keine Korrelation
zwischen der externen Störung und jedem Element des Vektors
ζ gibt. Indem man die Korrelation zwischen der integrierten
Störung w(t) und der internen Zustandsgröße x(t) unkorre
liert mit der externen Störung erhält, ist es in diesem
Fall möglich, von der integrierten Störung w(t) eine Kompo
nente abzutrennen, die mit der internen Störung in Bezie
hung steht.
Beispielsweise kann das i-te Element des ermittelten Wertes
des Störungsvektors w(t) durch folgende Gleichung ausge
drückt werden:
Wie aus Formel 9 ersichtlich, ist das i-te Element der her
geleiteten Störung eine lineare Kombination einer Größe
Δaij, die einen Fehler des Diagnoseobjekts 10 darstellt, und
des entsprechenden Elements x1, x2, . . ., xn des internen
Zustandsvektors x(t).
Um die Fehlergröße vom i-ten Element der ermittelten Stö
rung zu nehmen, wird die Querkorrelation zwischen dem i-ten
Element der geschätzten Störung und der internen Zustands
größe des Diagnoseobjekts 10 berechnet. Zu dieser Zeit kann
die interne Zustandsgröße des Diagnoseobjekts, welche zur
Berechnung der Querkorrelation verwendet werden muß, ein
direkt von einem Sensor im dynamischen System 10 gemessener
Wert oder ein Wert sein, der von der Störungsermittlungs
vorrichtung 32 wie oben erläutert ermittelt ist.
Die Querkorrelationsfunktion zwischen dem i-ten Element der
ermittelten Störung gemäß Formel 9 und dem zu erhaltenden
j-ten Element xj von x wird nun erhalten.
Die Querkorrelationsfunktion wird hier durch folgende Glei
chung definiert:
Wie oben ausgeführt, wird angenommen, daß wegen der Wirkung
des Steuergeräts 12 keine Korrelation zwischen jedem Ele
ment des externen Störungsvektors d(t) und jedem Element
des interne Zustandsvektors x besteht.
Die Querkorrelationsfunktion und die Autokorrelationsfunk
tion werden durch folgende Gleichung ausgedrückt:
Die Werte der [Formel 11] können durch die folgenden Glei
chungen ausgedrückt werden:
Die Berechnung unter Verwendung von Formel 9 findet unter
der Annahme statt, daß die interne Zustandsgröße xj direkt
von einem Sensor gemessen wird. Wenn xj nicht direkt gemes
sen wird, sollte die Querkorrelationsfunktion erhalten wer
den, indem der von der Störungsermittlungsvorrichtung 32
ermittelte Wert, basierend auf den folgenden Gleichungen,
verwendet wird:
Da die Störungsermittlungsvorrichtung 32 die interne Zu
standsgröße xj des Diagnoseobjekts ohne jeden Fehler her
leiten kann, unabhängig davon, ob ein Fehler und eine ex
terne Störung existieren, kann aus den Funktionen der
Formel 13 und Formel 14 fast das gleiche Ergebnis erhalten
werden wie in dem Fall, in dem der interne Zustand direkt
gemessen wird.
Der Betrieb der Diagnosevorrichtung 36 wird beschrieben.
Die Diagnosevorrichtung 36 stellt einen aufgetretenen Feh
ler fest und spezifiziert einen Fehlerteil aus der Korre
lationsfunktion Cij, die eine mit der internen Störung,
welche von der Korrelationsberechnungsvorrichtung 34 berechnet
ist, in Beziehung stehende Komponente ist. Durch
Normierung der Korrelation Cij durch Teilung mit einer
Autokorrelation vxj des Zustandes, ist es somit möglich,
die Parameteränderung Δaji festzustellen. Dies ergibt sich
folgendermaßen:
Unter der Annahme, daß der mittlere Wert der Formel 116
null beträgt, ist diese Gleichung identisch mit dem Fall,
bei dem keine Korrelation zwischen den individuellen Ele
menten des Vektors ζ in Formel 114 besteht.
Bei beispielsweise angenommen, daß die Elemente des zu
diagnostizierenden dynamischen Systems 10 ein Element I und
ein Element II sind, befindet sich der das Element I dar
stellende Parameter in der ersten Spalte in der ersten
Zeile der Matrix A des durch die Zustandsgleichung der
Formel 1 beschriebenen dynamischen Systems, und der das
Element II darstellende Parameter befindet sich in der
ersten und zweiten Spalte in der ersten Zeite der Matrix A.
Wenn die Korrelationsfunktion C12, d. h. Δa12 einen Wert hat,
beurteilt die Diagnosevorrichtung 36 zu dieser Zeit das
Element II unmittelbar als fehlerhaft. Wenn C12 keinen Wert
hat sondern C11, d. h. Δa11 einen Wert hat, beurteilt die
Diagnosevorrichtung 36 das Element I als fehlerhaft.
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, einen Fehler, der in
dem individuellen Element des dynamischen Systems 10 auf
tritt, verläßlich festzustellen und den Fehlerteil genau zu
spezifizieren.
Beim Stand der Technik, bei dem die einem Fehler entspre
chende Größe aus dem Residualwert zwischen dem von einem
Beobachter hergeleiteten Zustand und dem direkt gemessenen
Zustand erhalten wird, ist es dagegen unmöglich, den Fehler
durch eine einfache Berechnung wie die Korrelationsberech
nung zu spezifizieren, da der Residualwert keine einfache
Beziehung zu dem Fehler (wie Formel 9) hat.
Erfindungsgemäß kann je nach Aufbau der Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 jeder der folgenden Moden genommen
werden.
In einem ersten Mode kann jede interne Zustandsgröße x(t)
des Diagnoseobjekts 10 mittels eines Sensors gemessen wer
den, und ist die Störungsermittlungsvorrichtung so aufge
baut, daß nur der integrierte Störungsvektor w(t) ermittelt
wird. Da die Ordnung der Störungsermittlungsvorrichtung 32
nur von der Ordnung der Störung ist, ist es in diesem Fall
möglich, mit der einfachsten Konstruktion die maximale
Fehlerfeststellgenauigkeit zu erreichen.
Das zweite Beispiel ist der Fall, bei dem ein Teil der
internen Zustandsgröße x(t) des Diagnoseobjekts 10 nicht
gemessen oder von der Störungsermittlungsvorrichtung ohne
Messung nicht ermittelt werden kann. In diesem Fall ist die
Störungsermittlungsvorrichtung 32 so aufgebaut, daß der
integrierte Störungsvektor w(t) und die interne Zustands
größe, die nicht gemessen werden kann oder nicht gemessen
wird, ermittelt und berechnet wird.
Da es unnötig ist, einen Teil der internen Zustandsgröße
des Diagnoseobjekts 10 zu messen, kann bei diesem Beispiel
die Anzahl von Sensoren vermindert werden. Da die Störungs
ermittlungsvorrichtung 32 nicht nur die Störgröße sondern
auch die interne Zustandsgröße, die nicht gemessen werden
kann, ermittelt, ist es möglich, den Fehler in im wesentli
chen der gleichen Weise wie in dem Fall, in dem jeder in
terne Zustand gemessen wird, zu messen, wobei dieser ermittelte
Wert zur Berechnung der Korrelation verwendet
wird.
Wenn ein Teil der internen Zustandsgröße x(t) des Diagnose
objekts 10 nicht gemessen werden kann, ermittelt die Stö
rungsermittlungsvorrichtung 32 und berechnet den wechsel
seitigen Störungsvektor w(t) und alle internen Zustandsgrö
ßen x(t) einschließlich der internen Zustandsgröße, die
nicht gemessen werden kann.
Bei diesem Beispiel ist es ähnlich wie im zweiten Beispiel
möglich, die Anzahl von Sensoren zu vermindern und den
Fehler im wesentlichen in gleicher Weise zu spezifizieren
wie in dem Fall, in dem jede interne Zustandsgröße gemessen
wird.
Des weiteren ist es möglich, den Aufbau der Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 etwas einfacher als beim zweiten Bei
spiel zu machen.
Die Berechnung in jedem des ersten bis dritten Beispiels
wird nun genauer beschrieben.
Im ersten Beispiel, in dem jede interne Zustandsgröße des
Diagnoseobjekts 10 gemessen wird, kann unter Verwendung des
Mittelwertes des Störungsvektors der Formel 9 zunächst die
Formel durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
In dem Fall, in dem jede Zustandsgröße des Diagnoseobjekts
gemessen werden kann, ergibt die Querkorrelationsfunktion
zwischen dem ermittelten Störungsvektor und der Zustands
größe xj den in folgender Gleichung dargestellten Wert:
Unter der Annahme, daß keine Korrelation zwischen den Zu
standsgrößen des Diagnoseobjekts besteht, können die indi
viduellen Terme der Formel 53 durch die folgenden Gleichun
gen ausgedrückt werden:
Da angenommen wird, daß auch zwischen dem Zustand xj des
Diagnoseobjekts und der externen Störung keine Korrelation
besteht, ist eine durch die folgende Gleichung dargestellte
Beziehung sichergestellt:
Als Ergebnis wird der Wert der Korrelationsfunktion
schließlich durch folgende Gleichungen ausgedrückt:
In dem Fall, in dem ähnlich wie bei der ersten und zweiten
Ausführungsform die Querkorrelation unter Verwendung des
von der Störungsermittlungsvorrichtung 32 ermittelten Wer
tes berechnet werden muß, kann die Berechnung durch folgen
de Formel ausgedrückt werden:
Da angenommen ist, daß zwischen den Zustandsgrößen des
Diagnoseobjekts keine Korrelation besteht, können die
individuellen Terme der Formel 58 durch folgendes ausge
drückt werden:
Der Wert der Querkorrelation kann daher folgendermaßen aus
gedrückt werden:
Unter Verwendung der auf diese Weise erhaltenen Querkorre
lationsfunktion ist es auch möglich, das Auftreten eines
Fehlers und den Fehlerteil zu spezifizieren.
Da, wie oben ausgeführt, erfindungsgemäß eine Störungser
mittlungsvorrichtung zum Ermitteln einer auf einen Fehler
zurückgehenden Störung als ein Zustand des Diagnoseobjekts
als Fehlerfeststellvorrichtung verwendet wird, würde keine
nachteilige Beeinflussung zwischen der Fehlerfeststellge
schwindigkeit und der Fehlerfeststellempfindlichkeit be
stehen, was beim Stand der Technik der Fall ist, so daß die
Fehlerfeststellgeschwindigkeit und die Fehlerfeststell
empfindlichkeit deutlich verbessert werden können.
Da die Beziehung zwischen der ermittelten Störung und dem
Fehlerteil durch eine einfache Formel ausgedrückt werden
kann, ist es möglich, auf einfache Weise eine von außen
einwirkende Störung von einer inneren, aufgrund eines Feh
lers eingetretenen Störung zu trennen und den Fehlerteil zu
spezifizieren.
Die beim Berechnen einer Korrelation zu verwendende interne
Zustandsgröße ist in keiner Weise auf die von einem Sensor
direkt gemessene Größe beschränkt und kann bei Bedarf die
Größe des internen Zustands sein, welche von der Störungs
ermittlungsvorrichtung gleichzeitig mit der Ermittlung der
Störung ermittelt wird. Auf diese Weise kann eine de
taillierte Fehlerfeststellung erreicht werden, ohne jede
interne Zustandsgröße des Diagnoseobjekts zu messen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, einen Fehlerteil des Dia
gnoseobjekts mit hoher Empfindlichkeit zu spezifizieren,
ohne so viele Beobachter entsprechend dem Fehler, ähnlich
wie beim Stand der Technik, zu verwenden und ohne jeden Zu
stand des Diagnoseobjekts entsprechend der Notwendigkeit zu
messen.
Da das beim Spezifizieren des Fehlers verwendete Rechener
gebnis dem Ausmaß des Fehlers des Diagnoseobjekts ent
spricht, kann es des weiteren als Information für die Iden
tifizierung der Parameter nach einem Fehler und für eine
Überarbeitung des Steuersystems verwendet werden.
Im folgenden wird eine Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung,
die entsprechend den grundsätzlichen Merkmalen der geschil
derten dynamischen Systemdiagnoseeinrichtung aufgebaut ist,
genauer beschrieben.
Entsprechend einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird
eine Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren
des Zustandes eines Reifenluftdrucks eines durch eine Rad
aufhängung und ein Rad gebildeten dynamischen Systems ge
schaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynamischen System erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie rend auf einem internen Zustandvektor des dynamischen Systems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Ab trennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente von Elementen des integrierten Störungsvektors, und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren des Zu standes des Reifenluftdruckes des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehen den Komponente.
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynamischen System erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie rend auf einem internen Zustandvektor des dynamischen Systems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Ab trennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente von Elementen des integrierten Störungsvektors, und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren des Zu standes des Reifenluftdruckes des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehen den Komponente.
Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung so
aufgebaut, daß sie eine Querkorrelation zwischen einem Ele
ment des integrierten Störungsvektors und einem mit dem ex
ternen Störungsvektor unkorrelierten Element des internen
Störungsvektors berechnet und von dem Element des inte
grierten Störungsvektors eine in Beziehung zu der internen
Störung stehende Komponente abtrennt.
Alternativ kann die Korrelationsberechnungsvorrichtung so
aufgebaut sein, daß sie die Berechnung eines Richtungsvek
tors der integrierten Störung mit dem internen Zustandsvek
tor als ein Basisvektor derart ausführt, daß die zeitbezo
gene Summe des Quadrates eines Fehlers zwischen dem inte
grierten Störungsvektor und dem Produkt des internen Stö
rungsvektors und des internen Zustandsvektors minimal ist
und daß von dem Element des integrierten Störungsvektors
eine in Beziehung zu der internen Störung stehende Komponente
abgetrennt wird.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die
Korrelationsberechnungsvorrichtung derart aufgebaut sein,
daß eine Querkorrelation zwischen einer Anzahl von Elemen
ten des ermittelten integrierten Störungsvektors und einem
mit der externen Störung unkorrelierten Element im internen
Zustandsvektor berechnet wird und daß von den Elementen des
integrierten Störungsvektors Elemente von Komponenten, die
mit der internen Störung in Beziehung stehen, abgetrennt
werden. Die Diagnosevorrichtung kann so aufgebaut werden,
daß der Fehlerteil des dynamischen Systems von dem Element
der abgetrennten, in Beziehung zu der internen Störung
stehenden Komponente spezifiziert wird.
Die erfindungsgemäße Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung
wird basierend auf der oben beschriebenen dynamischen Sy
stemdiagnoseeinrichtung gemäß Fig. 1 nun beschrieben.
Das zu diagnostizierende dynamische System 10 ist ein aus
einer Radaufhängung und einem Rad zusammengesetztes System.
Wenn ein Reifenluftdruck beispielsweise sich ändert, zeigt
jede Zustandsgröße des Systems eine Antwort, die unter
schiedlich von der unter Normalbedingungen ist. Mit anderen
Worten kann diese Antwort als eine Antwort betrachtet wer
den, welche aus der Antwort unter Normalbedingungen und der
internen Störung zusammengesetzt ist, welche einer Änderung
von beispielsweise dem Luftdruck entspricht. Durch Ermitt
lung dieser Störung, d. h. eines integrierten Störungsvek
tors unter Verwendung der Störungsermittlungsvorrichtung
32, ist es daher möglich, die Reifenluftdruckänderung fest
zustellen.
Nun sei angenommen, daß das dynamische System 10, welches
aus einer Radaufhängung und einem Rad zusammengesetzt ist,
durch die folgende Zustandsgleichung beschrieben wird:
wobei x der interne Zustandsvektor des Systems
10
ist und u
ein Steuereingang ist. Die Radaufhängung entspricht der Be
triebsgröße, wenn sie eine aktive Radaufhängung ist. y ist
ein Steuerausgangsvektor (interner Zustandsvektor), welcher
von beispielsweise einem Sensor des Systems
10
festgestellt
und ausgegeben wird. d stellt eine Straßenoberflächenstö
rung dar, die von der Straßenoberfläche her empfangen wird,
die Matrizen A, B und C sind konstante Matrizen, die durch
die physikalischen Parameter des Systems
10
zu bestimmen
sind.
Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit zwei ge
trennten Fällen beschrieben: Ein Fall, bei dem ein Eingang
u zu dem dynamischen System 10 als Radaufhängung des Sy
stems 10, ähnlich wie eine aktive Radaufhängung, vorhanden
ist; und der andere Fall, bei dem kein Eingang u zum System
10 vorhanden ist, wie bei einer herkömmlichen Radaufhän
gung.
In diesem Fall wird eine Änderung im Reifenluftdruck usw.
durch eine Änderung im physikalischen Parameter des Systems
10 ersetzt. Diese Änderung kann mittels einer Änderung in
der Matrix A beschrieben werden. Es sei angenommen, daß
sich die Matrix A aufgrund der Änderung des Luftdrucks usw.
um ΔA verändert, kann das System nach der Änderung folgen
dermaßen beschrieben werden:
Dw wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Aus Formel 22 ist ersichtlich, daß aufgrund der Änderung im
Reifenluftdruck eine neue Störung ΔAx erzeugt wird. D ist
eine Matrix, die aus Elementen 1 und 0 zusammengesetzt ist
und entsprechend einem Eindringweg der Straßenoberflächen
störung und einer Quelle der durch die Änderung der Parame
ter des Systems 10 verursachten Störung bestimmt wird.
Eine Zustandsvektorantwort aufgrund der Änderung kann somit
durch die Summe einer Antwort unter dem Normalzustand und
einer Störung Dw(t) ausgedrückt werden. Die Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 ist so aufgebaut, daß sie diese Störung
w ermittelt.
Die Störungsermittlungsvorrichtung 32 ist in den folgenden
beiden getrennten Schritten aufgebaut:
In dem ersten Schritt wird ein erweitertes System des
Systems konstruiert, welches die Störung w(t) als einen
Zustand enthält. Zu diesem Zweck wird für w(t) die folgende
Annahme gemacht und wird w(t) als ein Zustand des
Diagnoseobjekts 10 addiert.
Als Ergebnis wird das erweiterte System des Systems 10
durch die folgenden Gleichungen beschrieben:
In dem zweiten Schritt wird die Ermittlungsvorrichtung 32
zum Ermitteln des Zustandes [xTwT]T der Formel 24 unter
Verwendung der herkömmlichen linearen Steuerungstheorie
konstruiert. Mittels der auf diese Weise aufgebauten Er
mittlungsvorrichtung 32 wird die Störung w ermittelt.
Wie bereits erläutert, bedeutet die Annahme der Formel 23,
daß die sich kontinuierlich verändernde Störung w(t) durch
Stufen gemäß Fig. 2 angenähert wird.
Selbst wenn nicht jeder Zustandsvektor x des Systems 10 ge
messen werden kann, kann die so aufgebaute Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 den nicht meßbaren Zustand ermitteln
und gleichzeitig eine Störung ermitteln, die der Änderung
im Luftdruck usw. entspricht.
Wie aus Formel 22 ersichtlich, ist die mittels der Ermitt
lungsvorrichtung 32 zu ermittelnde Störung die Summe aus
einer externen Störung d, die von der Straßenoberfläche her
empfangen wird, und einer internen Störung ΔAx, die im Sy
stem 10 durch die Änderung des Reifenluftdrucks usw. er
zeugt wird. Formel 22 ist in Termen eines Vektors ausge
drückt; das erste Element dieses Vektors beispielsweise
kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Die detaillierte Beschreibung erfolgt nun auf Grundlage von
Formel 26.
In Formel 26 ist Δa11 ein Element, welches von der Änderung
des Reifenluftdrucks herrührt, und die restlichen Elemente
sind auf die Änderung einer anderen Größe als der Reifen
luftdruck zurückzuführen. In diesem Fall zeigt sich, daß
die interne Störung aufgrund der Änderung des Reifenluft
drucks von der Größe des Zustandes x1 abhängt. Das heißt,
in diesem Fall ist die Größe des Zustandes, die das System
10 durch die Reifenluftdruckänderung beeinflußt, x1.
Um nur die Komponente festzustellen, die mit der internen
Störung, welche von der Reifenluftdruckänderung herrührt,
in Beziehung steht, indem die externe Störung d1, bei
spielsweise eine Straßenstörung, von der Störung [Dw]1,
welche von der Ermittlungsvorrichtung 32 ermittelt ist, zu
entfernen, wird entsprechend zwischen der ermittelten Stö
rung [Dw]1 und der Zustandsgröße x1 eine Querkorrelation
berechnet. Diese Berechnung erfolgt mittels der Korrela
tionsberechnungsvorrichtung 34. Unter der Annahme, daß die
zu dieser Zeit zu berechnende Querkorrelation C([Dw]1, x1)
beträgt, hat das Ergebnis einen durch folgende Gleichung
ausgedrückten Wert:
Wie oben beschrieben, sind die externe Störung, wie eine
Straßenstörung, und die Terme einer anderen internen Stö
rung aufgrund der Änderung einer anderen Größe als der
Luftdruck, nicht mit der Zustandsgröße x1 korreliert. Des
halb ist es durch Berechnung der Korrelation der Formel 27
möglich, nur die interne Störung, die der Reifenluftdruck
änderung entspricht, aus der ermittelten Störung w heraus
zuziehen.
Die so berechnete Korrelationsfunktion hat aus verschiede
nen, in der ermittelten Störung w enthaltenen Frequenz
komponenten einen Wert, der der Frequenzkomponente der
internen Störung äquivalent ist, welche nur von der Ände
rung der Federkonstanten des Reifens herrührt. Aus diesem
berechneten Wert der Korrelationsfunktion ist es daher
möglich, die Änderungsgröße der Federkonstanten festzustel
len.
Die Querkorrelationsfunktion von Formel 27 kann durch das
Produkt eines Terms Δa11, welcher die Änderung der Feder
konstanten darstellt, und einer Autokorrelationsfunktion
der Zustandsgröße, welche durch die folgende Gleichung dar
gestellt wird, ausgedrückt werden. Die Diagnosevorrichtung
36 kann die Änderungsgröße Δa11 der Federkonstanten quanti
tativ feststellen, indem beispielsweise die Querkorrela
tionsfunktion durch die Autokorrelationsfunktion der Zu
standsgröße dividiert wird.
Die Diagnosevorrichtung 36 beurteilt den Luftdruck als un
normal, wenn die erhaltene Änderungsgröße Δa11 der Federkon
stanten die Federkonstantengrößenänderung erreicht, welche
dem als unnormal beurteilten Reifenluftdruck entspricht.
Im folgenden wird der zweite Fall, bei welchem die Radauf
hängung keine aktive Aufhängung ist, und kein Eingang in
das System 10 vorhanden ist, ähnlich wie bei einer herkömm
lichen Radaufhängung, beschrieben.
In diesem Fall wird das dynamische System 10, welches aus
einer Radaufhängung und einem Rad zusammengesetzt ist,
durch die folgende Zustandsgleichung beschrieben:
wobei x ein Zustandsvektor des Systems
10
ist, y ein direkt
von einem Sensor usw. des Systems gemessener Ausgangsvektor
ist und d eine Straßenoberflächenstörung, welche von einer
Straßenoberfläche her aufgenommen wird. Die Matrizen A, B
und C sind konstante Matrizen, welche von den physikali
schen Parametern des Systems
10
bestimmt werden. Der Unter
schied dieser Radaufhängung gegenüber einer aktiven Radauf
hängung liegt darin, daß, wie aus Formel 20 ersichtlich,
kein Eingang u zum System
10
vorhanden ist.
Unter der Voraussetzung, daß sich die Matrix A aufgrund
einer Änderung des Luftdruckes usw. um ΔA ändert, kann das
System nach der Änderung durch folgende Formel beschrieben
werden:
wobei Dw durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden
kann:
Aus den Formeln 30 und 31 kann ein erweitertes System des
Systems 10, welches die Störung w enthält, durch die fol
genden Gleichungen beschrieben werden:
Die restliche Konstruktion einschließlich des Störungsbeob
achters 32 und der Betrieb sind vollständig identisch mit
der aktiven Radaufhängung mit Ausnahme des Eingangs u.
Auf diese Weise ist es, selbst wenn, wie bei der herkömmli
chen Radaufhängung, kein Eingang zum System 10 vorhanden
ist, möglich, eine Abnormalität des Reifenluftdrucks fest
zustellen.
Die herkömmlichen Einrichtungen zum Feststellen einer Rei
fenluftdruckunnormalität wird im allgemeinen in folgende
beide Typen unterteilt:
Die erste Einrichtung enthält auf der Reifen(Drehungs)seite
einen Drucksensor und einen drahtlosen Signalsender zum
Senden eines Signals vom Drucksensor zur Fahrzeugaufbau
seite und stellt in Abhängigkeit von dem auf der Fahrzeug
aufbauseite empfangenen Signal fest, ob der Reifenluftdruck
unnormal ist. Diese herkömmliche Technik erfordert nicht
nur ein spezielles Verfahren zum Verlegen des Drucksensors
in dem Reifen sondern auch Maßnahmen gegen Luftundichtig
keit usw. von der Sensorbefestigungsstelle. Des weiteren
sind der Drucksensor und der Signalsender, die im rotieren
den Reifen angebracht werden müssen, harten Umgebungsbedin
gungen ausgesetzt, indem Schwingung, Stoß, Zentrifugal
kraft, Temperaturänderung, kaltes Wasser, Schnee usw. auf
sie einwirkt, wodurch es schwierig ist, über einen langen
Zeitraum eine hohe Verläßlichkeit aufrechtzuerhalten.
Bei der zweiten Einrichtung ist der Sensor zum Feststellen
einer Reifenluftdruckunnormalität nicht direkt am Reifen
befestigt.
Die letztere herkömmliche Einrichtung besteht beispiels
weise in einem Verfahren, den Abstand zwischen den Rad
achsen für vier Räder und dem Grund zu messen und den
Reifenluftdruck bei kurzer Entfernung als unnormal zu
beurteilen, einem Verfahren, die Drehzahl der vier Räder
festzustellen und den Luftdruck eines schnell drehenden
Reifens als unnormal zu betrachten, und einem Verfahren,
eine Unnormalität des Reifenluftdrucks festzustellen, indem
Beschleunigungssignale der senkrechten Bewegungen der Rad
achsen verwendet werden.
Entsprechend einem Vorschlag beispielsweise der japanischen
Offenlegungsschrift Nr. SHO 63-22707 wird eine Luftdruck
unnormalität festgestellt, indem ein Phänomen angewandt
wird, das darin besteht, daß bei einer Änderung des Reifen
luftdrucks auch in der vom Fahrzeugaufbau aufgenommenen Be
schleunigungsfrequenz (Beschleunigungsspektrum) auftritt.
Fig. 17 ist ein Blockschaltbild der herkömmlichen Einrich
tung. Bei der herkömmlichen Einrichtung stellt ein Be
schleunigungswandler 1 eine Beschleunigung der senkrechten
Bewegung jedes zu überwachenden Rades fest und diese fest
gestellte Beschleunigung wird über einen Verstärker 2 Fil
tern 3a und 3b zugeführt. Diese Filter 3a, 3b sind Bandpaß
filter, deren zu durchlaufende Frequenzbänder voneinander
unterschiedlich sind. Pegelwandler 4a, 4b wandeln zugehö
rige mittlere Quadratwurzelwerte der Ausgangssignale der
einzelnen Filter 3a, 3b in Gleichspannungssignale V1, V2 um
und leiten diese Signale einer Dividierschaltung 5 zu. Die
Dividierschaltung teilt die Eingangsspannungen V1, V2 und
gibt als Ausgangssignal den resultierenden Wert V = V2/V1
an einen Komparator 6.
Der Beschleunigungspegel der senkrechten Bewegung des
Rades, der von dem Beschleunigungswandler 1 erhalten wird,
hat bei einem Frequenzband einen großen Wert, und das Fre
quenzband ändert sich unabhängig vom Straßenzustand und der
Fahrgeschwindigkeit aufgrund des Reifenluftdrucks und ver
schiebt sich zur niederfrequenten Seite, wenn der Luftdruck
absinkt.
Das Filter 3a ist so aufgebaut, daß nur Signale in dem Fre
quenzband hindurchgelangen, wenn der Luftdruck normal ist,
und das Filter 3b ist so aufgebaut, daß nur Signale in dem
Frequenzband des als unnormal beurteilten Luftdrucks hin
durchgelangen. Im Ergebnis ist bei normalem Reifenluftdruck
eine dem mittleren Quadratwurzelwert des Ausgangs des Fil
ters 3a entsprechende Spannung V1 groß, während eine dem
mittleren Quadratwurzelwert des Ausgangs des Filters 3b
entsprechende Spannung V2 klein ist. Die von der Dividier
schaltung 5 erhaltene Ausgangsspannung V hat einen kleinen
Wert.
Andererseits wenn sich ein Beschleunigungspegelfrequenzband
dem voreingestellten Frequenzband im Filter 3b bei Absinken
des Luftdruckes annähert, wird der Wert der Spannung V2
klein und der Wert der Spannung V1 groß. Die von der Divi
dierschaltung 5 erhaltene Ausgangsspannung V hat einen gro
ßen Wert.
Entsprechend vergleicht ein Komparator 6 die Ausgangsspan
nung V der Dividierschaltung 5 mit einem Standardwert, der
in einem Standardwertgeber 7 voreingestellt ist, und lie
fert ein Ausgangssignal, wenn V größer als der Standardwert
ist, um eine Alarmeinheit 8 zu aktivieren.
Mit dieser herkömmlichen Technik kann zwar der Luftdruck
lediglich mittels des Signals von einem einzigen Rad dis
kriminiert werden; es besteht jedoch das Problem, daß sich
das Beschleunigungspegelfrequenzband von seinem normalen
Wert kaum ändert, wenn die Luftdruckänderung klein ist, wo
durch in der Luftdruckfeststellung eine schlechte Genauig
keit erzielt wird.
Fig. 18 zeigt ein Beschleunigungsspektrum der senkrechten
Bewegungen des Rades bei normalem Reifenluftdruck; der
durch einen Pfeil A angezeigte Frequenzbereich, in dem der
Beschleunigungspegel maximal ist, beträgt etwa 10 Hz.
Fig. 19 zeigt ein Beschleunigungsspektrum von senkrechten
Bewegungen der Räder, wenn die Reifenfederkonstante um 20%
vermindert ist. Die Frequenz, bei welcher der Beschleuni
gungspegel maximal ist, beträgt, wie durch Pfeil B ange
zeigt, etwa 10 Hz.
Wie aus Fig. 18 und 19 ersichtlich, ist es unmöglich, die
Änderung so festzustellen, daß die Unnormalität nicht fest
stellbar ist, bis eine größere Luftdruckänderung auftritt,
weil sich das Beschleunigungspegelfrequenzband bei einer
kleinen Luftdruckänderung kaum verschiebt.
Bei der erfindungsgemäßen Reifenluftdruckdiagnoseeinrich
tung ist es im Unterschied zum Stand der Technik nicht not
wendig, direkt auf der Reifenseite einen Drucksensor und
einen Signalsender zu montieren, so daß bezüglich des
Drucksensors und des Signalsenders kein Problem hinsicht
lich Zuverlässigkeit, Dauerhaltbarkeit usw. auftritt.
Zusätzlich wird bei der Erfindung die Störungsermittlungs
vorrichtung 32 zum Ermitteln der Störung aufgrund einer
Luftdruckänderung als ein Zustand des Diagnoseobjekts als
Luftdruckfeststellvorrichtung verwendet, und die Beziehung
zwischen der festgestellten Störung und dem Luftdruck kann
durch eine einfache Formel ausgedrückt werden. Durch eine
einfache Berechnung für die Korrelation mit einem Zustand
des Diagnoseobjektes ist es daher einfach, einen Wert des
Luftdrucks festzustellen und zu entscheiden, ob oder ob
nicht der Luftdruck unnormal ist.
Mit der Erfindung ist es also selbst bei einer kleinen
Luftdruckänderung möglich, diesen Wert verläßlich festzu
stellen.
Wie ausgeführt, ist es entsprechend der Erfindung möglich,
teils weil die Störungsermittlungsvorrichtung 32 zum Ermit
teln der Störung aufgrund einer Luftdruckänderung als ein
Zustand des Diagnoseobjekts als die Luftdruckfeststellvor
richtung verwendet wird, und teils, weil die Beziehung zwi
schen der ermittelten Störung und dem Luftdruck durch eine
einfache Korrelationsrechnung erhalten wird, möglich, eine
Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung zu schaffen, welche bei
einfachem Aufbau eine Reifenluftdruckänderung genau fest
stellen kann.
Wenn die erfindungsgemäße Einrichtung für die Diagnose des
Luftdruckes eines in einer aktiven Radaufhängung angebrach
ten Reifens verwendet wird, ist es unnötig, zum Feststellen
einer Luftdruckunnormalität einen neuen Beschleunigungssen
sor zuzufügen, da der Reifenluftdruck unter Verwendung des
Sensors, wie eines Beschleunigungssensors, welcher zur Rad
aufhängungssteuerung verwendet wird, ohne jede Änderung
diagnostiziert werden kann.
Wenn der in einer herkömmlichen, nicht aktiven Radaufhän
gung angebrachte Reifen diagnostiziert wird, ist es mög
lich, den Reifenluftdruck nur mittels eines Beschleuni
gungssensors zum Feststellen der Beschleunigung von senk
rechten Bewegungen eines oberen Bereiches und eines unteren
Bereiches der Feder der Radaufhängung zu diagnostizieren.
Des weiteren ist es möglich, durch Vergleich der Reifenluftdruckgrößenänderung,
welche mittels der Störungsermitt
lungsvorrichtung erhalten wird, mit einem Standardwert
einer Luftdruckgrößenänderung des Reifens, welche als un
normal beurteilt werden sollte, zu unterscheiden, ob oder
ob nicht der Reifenluftdruck unnormal ist.
Die Diagnosevorrichtung kann weiter einen Autokorrelations
berechnungsteil zum Berechnen einer Autokorrelation des mit
einer äußeren Störung unkorrelierten Elements im internen
Zustandsvektor enthalten, und kann so aufgebaut sein, daß
der Reifenluftdruckzustand basierend auf dem Querkorrela
tionsfunktionswert und dem Autokorrelationswert diagnosti
ziert wird, wodurch die Reifenluftdruckänderung als eine
Federkonstantenänderungsgröße mit Genauigkeit festgestellt
wird. Die Reifenluftdruckänderung kann daher als Informa
tion für einen Luftdruckmonitor verwendet werden, welcher
dem Fahrer eine Luftdruckunnormalität anzeigt, wenn immer
diese auftritt. Durch Verwendung dieser Information als
Steuergesetz für die aktive Radaufhängung oder für die Rad
aufhängung, die eine Dämpferkonstante verändern kann, ist
es des weiteren möglich, für den Fahrer und Passagier einen
guten Komfort zu verwirklichen, der auf die Luftdruckände
rung abgestimmt ist.
Im folgenden wird ein entsprechend den Prinzipien der be
schriebenen dynamischen Systemdiagnoseeinrichtung aufge
baute Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrichtung
beschrieben.
Entsprechend einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird
eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrichtung
zum Diagnostizieren einer Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht
eines aus einer Radaufhängung und einem Rad gebildeten
dynamischen Systems geschaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dynamischen Systems erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie rend auf einem internen Zustandvektor des dynamischen Sy stems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Ab trennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente vom integrierten Störungsvektor; und
eine Feststellvorrichtung zum Feststellen der Ände rung im Fahrzeugaufbaugewicht im dynamischen System aus der in Beziehung zur inneren Störung stehenden abgetrennten Komponente.
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dynamischen Systems erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie rend auf einem internen Zustandvektor des dynamischen Sy stems;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Ab trennen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente vom integrierten Störungsvektor; und
eine Feststellvorrichtung zum Feststellen der Ände rung im Fahrzeugaufbaugewicht im dynamischen System aus der in Beziehung zur inneren Störung stehenden abgetrennten Komponente.
Vorzugsweise ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung
derart aufgebaut, daß eine Korrelation zwischen einem Ele
ment des integrierten Störungsvektors und einem mit der
externen Störung unkorrelierten Element des internen Zu
standsvektors berechnet wird und von dem Element des inte
grierten Störungsvektors eine in Beziehung zur internen
Störung stehende Komponente abgetrennt wird.
Alternativ kann die Korrelationsberechnungsvorrichtung so
aufgebaut sein, daß die Berechnung eines Richtungsvektors
der integrierten Störung mit dem internen Zustandsvektor
als ein Basisvektor derart durchgeführt wird, daß die zeit
bezogene Summe des Quadrates eines Fehlers zwischen dem
integrierten Störungsvektor und dem Produkt aus dem internen
Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor minimal
ist, und daß von dem Element des integrierten Störungs
vektors eine in Beziehung zur internen Störung stehende
Komponente abgetrennt wird.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Fahrzeugaufbau
gewichtsänderung des dynamischen Systems mittels der Prin
zipien der oben genannten dynamischen Systemdiagnoseein
richtung zu diagnostizieren.
Im folgenden wird eine Diagnoseeinrichtung für ein dynami
sches System beschrieben, welche wirksam ist, wenn eine
Korrelation zwischen der internen Zustandsgröße und der ex
ternen Störung besteht.
Entsprechend einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung wird
eine Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynami
schen Systems durch Feststellung eines Fehlers des dynami
schen Systems geschaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus ex ternen und internen Störungsvektoren des dynamischen Sy stems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
eine Kompensationswertspeichervorrichtung zum Spei chern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvek tor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem exter nen Störungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten, integrier ten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom ponente vom integrierten Störungsvektor, ohne irgendeinen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkor relation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren eines ent sprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der in Beziehung zur internen Störung stehenden, abgetrennten Kom ponente.
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus ex ternen und internen Störungsvektoren des dynamischen Sy stems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
eine Kompensationswertspeichervorrichtung zum Spei chern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvek tor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem exter nen Störungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten, integrier ten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom ponente vom integrierten Störungsvektor, ohne irgendeinen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkor relation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren eines ent sprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der in Beziehung zur internen Störung stehenden, abgetrennten Kom ponente.
Als Standardzustand empfiehlt sich den Fall anzunehmen, in
welchem das dynamische System unter einer vorbestimmten Be
dingung normal arbeitet. Beispielsweise ist es zum Diagno
stizieren des Reifenluftdrucks, wie oben beschrieben, rat
sam anzunehmen, daß der Zustand, in welchem der Reifenluft
druck einen Wert in Normalbedingung hat, der Standardzu
stand ist.
Wenn die Korrelationsberechnungsvorrichtung eine Querkorre
lation zwischen einem Element des integrierten Störungsvek
tors und einem Element des internen Zustandsvektors berech
net, liest bei dieser Anordnung die Korrelationskompensa
tionsvorrichtung einen in der Kompensationswertspeichervor
richtung voreingestellten korrigierten Wert und korrigiert
die Querkorrelation. Auf diese Weise ist es möglich, von
dem Element des integrierten Störungsvektors eine in Bezie
hung zu der internen Störung stehende Komponente abzutren
nen, ohne irgendeinen Einfluß durch die externe Störung.
Auf diese Weise ist es möglich, das dynamische System ohne
irgendeinen Einfluß durch die externe Störung genau zu
diagnostizieren.
Unter Verwendung des geschilderten Verfahrens ist es mög
lich, den Reifenluftdruck eines dynamischen Systems zu
diagnostizieren und auch die Fahrzeugaufbaugewichtsänderung
festzustellen.
Entsprechend einem fünften Gesichtspunkt der Erfindung wird
eine Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren
des Zustandes eines Reifenluftdrucks eines durch eine Rad
aufhängung und ein Rad gebildeten dynamischen Systems ge
schaffen welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynamischen System erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, ba sierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
einer Korrekturwertspeichervorrichtung zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem externen Stö rungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom ponente von dem integrierten Störungsvektor, ohne irgend einen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren des Zustandes des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der in Beziehung zur internen Störung stehenden, abgetrenn ten Komponente.
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynamischen System erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, ba sierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
einer Korrekturwertspeichervorrichtung zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem externen Stö rungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom ponente von dem integrierten Störungsvektor, ohne irgend einen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren des Zustandes des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der in Beziehung zur internen Störung stehenden, abgetrenn ten Komponente.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Zustand des Rei
fenluftdrucks eines dynamischen Systems ohnen irgendeinen
Einfluß durch die externe Störung zu diagnostizieren.
Entsprechend einem sechsten Gesichtspunkt der Erfindung
wird eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungsfeststelleinrich
tung zum Diagnostizieren einer Änderung im Fahrzeugaufbau
gewicht eines aus einer Radaufhängung und einem Rad gebil
deten dynamischen Systems geschaffen, welche enthält:
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dynamischen Systems erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie rend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Sy stems;
eine Korrekturwertspeichervorrichtung zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem externen Stö rungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom ponente von dem integrierten Störungsvektor, ohne irgend einen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Feststellvorrichtung zum Feststellen der Ände rung im Fahrzeugaufbaugewicht im dynamischen System aus der abgetrennten, in Beziehung zu der internen Störung stehen den Komponente.
eine Störungsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem internen Störungsvektor, welcher aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dynamischen Systems erzeugt wird, und einem externen Störungsvektor ist, welcher auf das dy namische System von der Straßenoberfläche aus wirkt, basie rend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Sy stems;
eine Korrekturwertspeichervorrichtung zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzustand und einem externen Stö rungsvektor als ein korrigierter Wert;
eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem ermittelten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
eine Korrelationskompensationsvorrichtung zum Abtren nen einer in Beziehung zur internen Störung stehenden Kom ponente von dem integrierten Störungsvektor, ohne irgend einen Einfluß der externen Störung, durch Kompensieren der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem korrigierten Wert; und
eine Feststellvorrichtung zum Feststellen der Ände rung im Fahrzeugaufbaugewicht im dynamischen System aus der abgetrennten, in Beziehung zu der internen Störung stehen den Komponente.
Als Standardzustand empfiehlt sich, den Fall anzunehmen,
bei dem das Fahrzeugaufbaugewicht einen konstanten Wert
hat.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Fahrzeugaufbauge
wichtsänderung ohne irgendeinen Einfluß der externen
Störung festzustellen.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer
Diagnoseeinrichtung für ein dynamisches System entsprechend
einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Kurve, die ein Störungsnäherungsver
fahren zeigt, welches in einer ersten Ausführungsform der
Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 ist ein Diagramm eines in einem Automobil ver
wendeten Radaufhängungssystems als ein Diagnoseobjekt in
der ersten Ausführungsform;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines ersten Modes der
Diagnoseeinrichtung der ersten Ausführungsform, bei welchem
das Radaufhängungsmodell der Fig. 3 das Diagnoseobjekt ist;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines zweiten Modes der
Diagnoseeinrichtung der ersten Ausführungsform;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines dritten Modes der
Diagnoseeinrichtung der ersten Ausführungsform;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen
Diagnoseeinrichtung;
Fig. 8 ist ein Diagramm eines dynamischen Systems,
das aus einer aktiven Radaufhängung und einem Rad zusammen
gesetzt ist;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer Diagnoseeinrich
tung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfin
dung, bei welchem das dynamische System der Fig. 8 das
Diagnoseobjekt ist;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer dritten Ausfüh
rungsform der Erfindung, welche eine Abänderung der Diagno
seeinrichtung gemäß Fig. 9 ist;
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Be
triebsweise der Diagnoseeinrichtung gemäß Fig. 9;
Fig. 12 ist ein aktuell gemessener Datengraph, wel
cher eine Korrelation zwischen der Federkonstantengrö
ßenänderung zeigt, ermittelt mit der Diagnoseeinrichtung
der Fig. 9 und der aktuell gemessenen Federkonstanten;
Fig. 13 ist ein Diagramm eines dynamischen Systems,
das aus einer herkömmlichen Radaufhängung und einem Rad zu
sammengesetzt ist;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer Diagnoseeinrich
tung entsprechend einer vierten Ausführungsform, bei wel
chem das dynamische System gemäß Fig. 13 ein Diagnoseobjekt
ist;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer abgeänderten Aus
führungsform der Diagnoseeinrichtung gemäß Fig. 14 entspre
chend einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer anderen abgeän
derten Ausführungsform der Diagnoseeinrichtung der Fig. 14
entsprechend einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm einer Reifenluftdruck
diagnoseeinrichtung herkömmlicher Art;
Fig. 18 ist ein Graph von unter Normalbedingungen ge
messenen Daten unter Verwendung der herkömmlichen Einrich
tung gemäß Fig. 17;
Fig. 19 ist ein Graph von unter unnormalen Bedingun
gen gemessenen Daten, unter Verwendung der herkömmlichen
Einrichtung gemäß Fig. 17;
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm eines Minimumabmessung
beobachters der Erfindung;
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm einer abgeänderten Aus
führunsform der Einrichtung entsprechend der siebten Aus
führungsform;
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm einer anderen, abgeän
derten Form der Einrichtung entsprechend der siebten Aus
führungsform;
Fig. 24 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung entsprechend
einer achten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 25 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 26 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend einer elften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend einer zwölften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 29 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Be
triebsweise der Einrichtung entsprechend der achten Aus
führungsform;
Fig. 30a und 30b zeigen zeitbezogene Änderungen
von korrigierten Werten, die erhalten werden, wenn ein
Fahrzeug unter einer konstanten Bedingung fährt;
Fig. 31a und 31b zeigen eine Korrelation zwischen
dem ermittelten Wert einer Reifenfederkonstanten und der
aktuell gemessenen Federkonstanten;
Fig. 32 ist ein Diagramm eines in Automobilen verwen
deten, mit einer Einrichtung entsprechend einer dreizehnten
Ausführungsform zu diagnostizierenden Radaufhängungssy
stems;
Fig. 33 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend der dreizehnten Ausführungsform;
Fig. 34 ist ein Blockdiagramm einer abgeänderten Aus
führungsform der Einrichtung entsprechend der dreizehnten
Ausführungsform;
Fig. 35 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend einer vierzehnten Ausführungsform;
Fig. 36 ist ein Graph, der das Ergebnis eines unter
Verwendung der Einrichtung gemäß Fig. 33 ausgeführten Ver
suches zeigt;
Fig. 37 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung ent
sprechend einer fünfzehnten Ausführungsform; und
Fig. 38 ist ein Blockdiagramm einer praktischen Form
einer Einrichtung entsprechend der fünfzehnten Ausführungs
form.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrie
ben, bei welcher die Erfindung zur Feststellung eines Feh
lers in einem aktiven Radaufhängungssteuersystem eines Per
sonenkraftwagens angewendet ist.
Fig. 3 zeigt eine zweckmäßige Form eines dynamischen Sy
stems 10 als ein Diagnoseobjekt dieser Ausführungsform. Das
dynamische System 10 stellt ein Schwingungsmodell einer
Einzelradaufhängung eines Pkws dar. In Fig. 3 enthält ein
Rad 41 einen Unterfedermassenteil, durch einen Parameter ml
angedeutet, und einen Federteil des Rades (Reifen), durch
eine Federkonstante k1 angedeutet. Bezugszeichen 42 be
zeichnet einen Fahrzeugaufbauteil mit einer Überfedermasse
m2; 46 eine Gasfeder mit einer Federkonstanten k2; 48 einen
Dämpfer mit einer Federkonstanten Dm und 56 eine Straßenoberflächenänderung,
durch eine Variable x0 angedeutet. Des
weiteren bezeichnet 52 eine Unterfederänderung, durch eine
Variable x1 angedeutet; 50 eine Überfederänderung, durch
eine Variable x2 angedeutet; 54 eine relative Änderung (x1
- x2), durch eine Variable y angezeigt; und 44 einen Steu
erkraftgenerator zum Erzeugen einer aktiven Steuerkraft f,
die zur Steuerung benötigt wird, aus einer Betriebsgröße u,
welche von einem Steuergerät zur Steuerung der Radaufhän
gung ausgegeben wird.
Aus Fig. 3 kann die Zustandsgleichung der Formel 1 folgen
dermaßen ausgedrückt werden:
wobei T eine Antwortzeit des Steuerkraftgenerators
44
ist,
genauer eine zeitbezogene Verzögerung zwischen der Be
triebsgröße u und der aktiven Steuerkraft f.
a, b werden durch die folgende Gleichung beschrieben:
a, b werden durch die folgende Gleichung beschrieben:
a = k1/m1 + k2/m1 + k2/m2
b = 1/m1 + 1/m2
Bei dieser Ausführungsform ist die Straßenoberflächenände
rung 56 eine Störung x0 von außen.
Als Fehler in dieser Ausführungsform wird folgendes ange
nommen: eine Unnormalität im Reifendruck des fehlerhaften
Reifens, eine Unnormalität im Druck der Gasfeder 46 und ein
Fehler des Dämpfers 48. Diese Fehler werden als Änderungen
in den zugehörigen Parametern k1, k2, Dm behandelt. Der
Störungsbeobachter 32 ist auf Grundlage des Schwingungs
modells 10 aufgebaut.
In Formel 15 sind die Parameter k1, k2, Dm in dem zweiten
und vierten Element auf der rechten Seite der Gleichung.
Die Pfade, auf denen die von den angenommenen Fehlern ver
ursachte interne Störung hineinkommt, sind in diesen beiden
Stellen bzw. Teilen gesetzt. Dieses Setzen findet basierend
auf einer Matrix D, die durch Formel 3 ausgedrückt ist,
statt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, als die folgende
Gleichung zu setzen:
Unter Verwendung dieser Matrix D wird ein erweitertes, in
Formel 8 gezeigtes System geschaffen, um den Störungsbeob
achter 32 der Fig. 4 aufzubauen.
Bei dieser Ausführungsform ist der Störungsbeobachter 32 in
den folgenden drei unterschiedlichen Formen aufgebaut.
In dem ersten Mode können die Überfederänderung x2, die
Überfedergeschwindigkeit, die relative Änderung y, die re
lative Geschwindigkeit und die aktive Steuerkraft f im Rad
aufhängungsmodell 10 alle gemessen werden. Der in einem
solchen Fall verwendete Störungsbeobachter 32 muß die
interne Zustandsgröße nicht ermitteln. Die Überfederge
schwindigkeit und die relative Geschwindigkeit werden durch
das folgende beschrieben:
In dem zweiten Mode können nur die Überfederänderung x2 und
die relative Änderung y gemessen werden und der Störungsbe
obachter 32 ermittelt die andere unmeßbare Größe des inter
nen Zustandes (hier die Überfedergeschwindigkeit und die
Relativgeschwindigkeit).
In dem dritten Mode können nur die Überfederänderung x2 und
die relative Änderung y gemessen werden und der Störungsbe
obachter 32 ermittelt alle internen Zustandsgrößen ein
schließlich jener.
Der Störungsbeobachter 32, der in Verbindung mit jeder der
vorhergehenden Formen verwendet wird, und die Diagnosevor
richtung 30, die unter Verwendung des Störungsbeobachters
32 konstruiert wird, werden nun genauer beschrieben.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Diagnosevorrichtung 30,
welche in Verbindung mit dem ersten Mode verwendet wird. In
Fig. 4 bezeichnet 10 das dynamische System (Einzelradauf
hängung) von Fig. 3; 12 ein Steuergerät zum Steuern der
Radaufhängung; 14 die vom Steuergerät 12 ausgegebene Be
triebsgröße zur Steuerung der Radaufhängung und 16 jede
interne Zustandsgröße der Radaufhängung, welche mit einem
nicht dargestellten Sensor gemessen wird. Da alle internen
Zustandsgrüßen mit dem Sensor gemessen werden, ist es für
den Störungsbeobachter 32 nicht notwendig, einen Teil oder
alle internen Zustandsgrößen wie in dem zweiten und dritten
Mode, die weiter unten beschrieben werden, zu ermitteln.
Der Störungsbeobachter 32 dieser Form betrachtet eine Rei
fenluftdruckunnormalität des Diagnoseobjekts 10 und eine
Druckunnormalität der Gasfeder und einen Fehler des Dämp
fers als die internen Störungen des zu diagnostizierenden
dynamischen Systems 10. Der integrierte Störungsvektor
als die Summe von externem und internem Störungsvektor des
dynamischen Systems 10 wird von der Betriebsgröße 14 des
Steuergerätes 12 und allen Zustandsgrößen 16 der gemessenen
Radaufhängung 10 berechnet und zu dem Korrelationsberech
nungsteil 34 ausgegeben.
Der Korrelationsberechnungsteil 34 berechnet eine Querkor
relation zwischen dem integrierten Störungsvektor , der
von dem Störungsbeobachter 32 ermittelt und berechnet wird,
und den internen Zustandsgrößen, d. h. der Änderung der
Überfeder, der relativen Änderung und relativen Geschwin
digkeit, des dynamischen Systems 10. Dabei sind die inter
nen Zustandsgrößen, wie die Änderung der Oberfeder, die re
lative Änderung und relative Geschwindigkeit, mit der
externen Störung unkorrelierte Elemente. Durch Berechnung
der Querkorrelation zwischen diesen internen Zustandsgrößen
und dem integrierten Störungsvektor zur Ausschaltung jeg
lichen Einflusses der Straßenoberflächenänderung, die als
externe Störung eindringt, ist es entsprechend möglich, die
Komponente abzutrennen, welche mit der durch einen Fehler
verursachten internen Störung in Beziehung steht, und das
Ergebnis der Berechnung an den Diagnoseteil 36 auszugeben.
Der Diagnoseteil 36 ist derart aufgebaut, daß er jedwelches
Auftreten eines Fehlers in dem dynamischen System 10 fest
stellt, basierend auf dem Berechnungsergebnis, welches von
dem Querkorrelationsberechnungsteil 34 eingegeben wird, und
daß er einen definierten Fehlerteil der Radaufhängung spe
zifiziert, basierend auf dem Teil bzw. der Stelle des Auf
tretens der internen Störung, welche von dem Korrelations
berechnungsteil 34 berechnet wird.
Im folgenden wird die Betriebsweise der Fehlerdiagnosevor
richtung 30 beschrieben.
Es sei angenommen, daß ein angenommener Fehler in dem
Schwingungsmodell 10 der Fig. 3 aufgetreten ist. In diesem
Fall ermittelt der Störungsbeobachter 32 das zweite und
vierte Element der integrierten Störung w2, w4, die ent
sprechend den möglichen Fehlern voreingestellt sind, aus
dem Steuereingang f zur Radaufhängung 10 und dem Zustand
des Diagnoseobjekts. Unter der Annahme, daß die ermittelte
Verzögerung dieser Störungen vernachlässigbar klein ist,
können diese ermittelten Werte wie folgt ausgedrückt
werden:
wobei Δk1 eine Parameteränderung aufgrund einer Unnormalität
des Reifenluftdrucks darstellt, Δk2 eine Parameteränderung
aufgrund einer Unnormalität des Gasfederdruckes darstellt
und ΔDm eine Parameteränderung aufgrund des Dämpferfehlers
ist.
Die ermittelte integrierte Störung ist die Summe des Pro
dukts der oben genannten Parameteränderung und der Zu
standsvariablen (relative Änderung y, dessen relative Ge
schwindigkeit und Oberfederänderung x2) der Radaufhängung
und der Straßenoberflächenänderung x0, die als externe Stö
rung addiert wird.
Entsprechend führen der Querkorrelationsberechnungsteil 34
und der Diagnoseteil 36 eine Trennung der externen und in
ternen Störungen von der ermittelten Störung und eine
Beurteilung des Fehlers in folgender Weise durch.
Zuerst werden eine Korrelationsfunktion C21 zwischen einem
ermittelten Wert und einem gemessenen Wert y von w2, eine
Korrelationsfunktion C41 zwischen einem ermittelten Wert
und einem gemessenen Wert y von w4 und eine Korrelations
funktion C42 zwischen einem ermittelten Wert und einem
gemessenen Wert (Relativgeschwindigkeit) von w4 berechnet.
Der ermittelte Wert von w2 enthält die Straßenänderung als
externe Störung; durch Herreinnahme einer Korrelation zwi
schen dem ermittelten Wert und dem gemessenen Wert y wird
jedoch jeder Einfluß der Straßenoberflächenänderung, der
mit y nicht korreliert ist, entfernt, so daß nur die feh
lerbezogenen Komponenten als beispielsweise der Wert der
Korrelationsfunktion C21 herausgezogen werden.
Dann wird der Fehlerteil aus den Werten dieser Korrela
tionsfunktionen spezifiziert. Beispielsweise erscheint nur
das Element für die Gasfederänderung in der Korrelations
funktion C41. Wenn in diesem Wert eine Unnormalität ist,
ist es entsprechend möglich, den Gasfederfehler auf ein
fache Weise zu spezifizieren.
Ähnlich wird, wenn eine Unnormalität in der Korrelations
funktion C42 auftritt, beurteilt, daß der Dämpfer fehler
haft ist.
Schließlich wird die Korrelationsfunktion C21 einen Wert
entsprechend dem Gasfederfehler oder der Reifenluftdruck
unnormalität haben; da der Gasfederfehler durch die Beur
teilung entsprechend C41 festgestellt ist, ist es jedoch
möglich zu beurteilen, daß, wenn in der Gasfeder kein Feh
ler ist und eine Unnormalität in C21 ist, der Reifen einen
unnormalen Luftdruck hat. Wenn gleichzeitig ein Gasfeder
fehler und eine Reifenluftdruckunnormalität auftreten, ist
es unmöglich, die beiden voneinander zu unterscheiden; dies
wird in der Praxis jedoch kaum vorkommen.
In dieser Form kann die Beziehung zwischen einer ermittel
ten integrierten Störung und einem Fehlerteil durch eine
einfache Formel ausgedrückt werden; durch eine einfache Be
rechnung für eine Korrelation zwischen dem Zustand des
Diagnoseobjekts ist es möglich, die interne Störung, welche
auf den Fehler zurückgeht, von der äußeren Störung in ein
facher Weise zu trennen und daher den Fehlerteil zu spezi
fizieren.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Störungsbeobachters 32,
der entsprechend dem zweiten Mode konstruiert ist, und der
Diagnosevorrichtung 30, die unter Verwendung des Störungs
beobachters 32 aufgebaut ist. Die denen des ersten Mode der
Fig. 4 entsprechenden Teile oder Elemente tragen gleiche
Bezugszeichen und ihre Beschreibungen werden hier weggelas
sen.
In diesem Mode werden nur die Oberfederänderung x2 und die
relative Änderung y als interne Zustandsgrößen von dem
dynamischen System 10, das ein Schwingungsmodell einer Rad
aufhängung bildet, festgestellt, während die restlichen in
ternen Zustandsgrößen, wie die relative Geschwindigkeit,
nicht direkt gemessen werden.
In diesem Fall ermittelt und berechnet der Störungsbeobach
ter 32 den integrierten Störungsvektor ebenso wie die Ober
federgeschwindigkeit, die Relativgeschwindigkeit und die
aktive Steuerkraft, die aus den internen Zustandsgrößen der
Radaufhängung 10 die nicht gemessenen Zustände sind, aus
der Betriebsgröße 14 und den gemessenen Werten 16, und dann
gibt der Störungsbeobachter 32 das Rechenergebnis an den
Korrelationsberechnungsteil 36.
Der Beobachter ist folgendermaßen aufgebaut:
Zuerst wird, basierend auf den Formeln 8, 15 und 16 ein erweitertes System (nachfolgend) geschaffen.
Zuerst wird, basierend auf den Formeln 8, 15 und 16 ein erweitertes System (nachfolgend) geschaffen.
Dann werden in Formel 62 die meßbaren Zustandsgrößen y und
x2 und die unmeßbaren Zustandsgrößen voneinander folgender
maßen getrennt:
Der Einfachheit halber wird Formel 63 durch die folgende
Gleichung ersetzt:
Und die unmeßbare Zustandsgröße xb, die die integrierte
Störung enthält, wird basierend auf der folgenden Gleichung
ermittelt:
Nun kann aufgrund der Formeln 64 und 65 ein Fehler bzw.
eine Abweichung zwischen einem wirklichen Wert xb und
seinem ermittelten bzw. abgeschätzten Wert folgendermaßen
ermittelt werden:
Unter der Annahme, daß eine reale Matrix G derart definiert
ist, daß ein Eigenwert jedes Vektors von (A22 - GA12) in
Formel 66 negativ ist, konvergiert der durch die Formel 66
ausgedrückte Fehler mit der Zeit auf null. Das heißt, der
ermittelte Wert konvergiert zu einem wahren Wert.
Fig. 20 zeigt in äquivalenter Weise Formel 65. Wie in Fig.
20 dargestellt, ist es unmöglich, die nicht meßbare Zu
standsgröße xb durch den Steuereingang u und die meßbare
Zustandsgröße xa = [y x2]T zu ermitteln.
Der Störungsbeobachter 65 ist als ein Minimumordnungsbeob
achter zum Ermitteln der integrierten Störung w und der
unmeßbaren internen Zustandsgrößen, wie der relativen Ge
schwindigkeit, basierend auf dem Steuereingang zur Radauf
hängung und den gemessenen internen Zustandsgrößen x2, y
der Radaufhängung aufgebaut. Selbst wenn der Störungsbeob
achter 32 so aufgebaut ist, kann die ermittelte Störung
durch Formel 18 ausgedrückt werden. Da der Korrelationsbe
rechnungsteil 34 eine Korrelation in gleicher Weise wie
beim Fall des ersten Mode berechnet, kann der Diagnoseteil
36 daher das Auftreten des Fehlers und dessen Fehlerteil
spezifizieren.
Auf diese Weise kann ein ermittelter Wert der Relativge
schwindigkeit, der zur Berechnung der Korrelation notwendig
ist, folgendermaßen ausgedrückt werden:
Es ist daher zweckmäßig, die gleiche Korrelationsberechnung
wie im ersten Mode durchzuführen, wobei der ermittelte Wert
für die Relativgeschwindigkeit eingesetzt wird.
Da er die internen Zustandsgrößen fast fehlerlos ermittelt,
selbst wenn ein Fehler auftritt, kann der Störungsbeobach
ter 32 eine Korrelationsfunktion fast in gleicher Weise wie
in dem ersten Mode erhalten, sogar durch Berechnung der
Korrelation unter Verwendung des ermittelten Wertes wie
oben erläutert.
Nachdem die Korrelationsfunktion erhalten wurde, ist es
möglich, einen Fehler in ähnlicher Weise wie im ersten Mode
zu spezifizieren; dessen Beschreibung wird hier deshalb
weggelassen.
In dieser Form 94196 00070 552 001000280000000200012000285919408500040 0002004340746 00004 94077sollte die für die Korrelationsfunktion
verwendete Zustandsgröße keinesfalls auf die direkt in
einfacher Weise mittels eines Sensors usw. gemessene
beschränkt werden und kann die interne Zustandsgröße sein,
welche gemeinsam mit der integrierten Störung w vom Stö
rungsbeobachter 32 ermittelt wird. Selbst wenn alle inter
nen Zustandsgrößen des Diagnoseobjekts 10 nicht direkt
gemessen werden, ist es daher möglich, den Fehler im Detail
festzustellen.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm des Störungsbeobachters 32,
welcher entsprechend dem dritten Mode verwendet wird, und
der Diagnosevorrichtung 30, welche zur Verwendung des Stö
rungsbeobachters 32 konzipiert ist.
Dieser Mode ist ähnlich dem zweiten Mode mit der Ausnahme,
daß der Störungsbeobachter 32 als ein voller Dimensionsbe
obachter aufgebaut ist.
Genauer ist der Störungsbeobachter 32 dieser Form so aufge
baut, daß er die integrierte Störung w und alle internen
Zustandsgrößen des Diagnoseobjekts 10 aus dem Steuereingang
f der Radaufhängung 10 und den internen Zustandsgrößen x2,
y ermittelt, welche direkt im Diagnoseobjekt gemessen wer
den.
Dieser Beobachter ist, basierend auf folgendem, von den
Formeln 8, 15 und 19 her aufgebaut.
Ebenfalls zu dieser Zeit sollte eine Differentialgleichung
ähnlich der Formel 66, die sich auf den Fehler zwischen dem
ermittelten Wert und einem wahren Wert bezieht, gebildet
werden. Weiter wird eine reale Matrix G derart definiert,
daß ein Eigenwert jedes Vektors dieser Gleichung negativ
ist. Je größer der absolute Wert des Eigenwertes umso bes
ser; es ist wünschenswert, sich auf einen Bereich von -300
bis -700 rad/s einzurichten.
Von dem Steuereingang u und den ermittelten Werten y, x2
kann der durch die folgende Formel ausgedrückte ermittelte
Wert erhalten werden:
Die ermittelte Störung wird durch Formel 18 ausgedrückt
und die Korrelation wird so in gleicher Weise wie im ersten
Mode berechnet. Die ermittelten Werte der relativen Ände
rung und relativen Gechwindigkeit werden zur Berechnung von
Korrelation verwendet, und nach Erhalt der Korrelations
funktion wird der Fehlerteil in gleicher Weise wie im
ersten Mode spezifiziert.
In dieser Form ist es möglich, den Fehlerteil durch eine
einfache Rechnung zu spezifizieren. Da der in dieser Form
verwendete Störungsbeobachter 32 als ein voller Dimensions
beobachter aufgebaut ist, ist er im Designvorgang einfacher
als der Minimumdimensionsbeobachter, der im zweiten Mode
verwendet wird.
Im folgenden werden die zweite bis sechste Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. In der zweiten und dritten Aus
führungsform wird die Erfindung auf das dynamische System
angewandt, welches aus einer aktiven Radaufhängung und
einem Rad zusammengesetzt ist. In der vierten bis sechsten
Ausführungsform wird die Erfindung auf das dynamische Sy
stem angewendet, welches aus einem Rad und einer herkömm
lichen Radaufhängung mit einer Feder und einem Dämpfer
zusammengesetzt ist.
Fig. 8 zeigt ein praktisches Beispiel des zu diagnostizie
renden dynamischen Systems 10. Die entsprechenden Teilen
oder Elementen des dynamischen Systems der Fig. 3 entspre
chenden Teile oder Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen und werden hier nicht beschrieben.
Das dynamische System 10 dieser Ausführungsform ist ein aus
einer aktiven Radaufhängung und einem Rad zusammengesetztes
System. Bei diesem dynamischen System 10 enthält ein Rad 41
einen Unterfedermassenteil, durch einen Parameter ml ange
zeigt, und einen Federteil des Reifens, der durch eine Fe
derkonstante k1 angezeigt ist. Bezugszeichen 42 bezeichnet
einen Fahrzeugaufbauteil mit einer Überfedermassengröße m2;
46 eine Gasfeder mit einer Federkonstanten k2; 56 eine
Straßenoberflächenänderung, durch eine Variable x0 ange
zeigt; 52 eine Unterfederänderung, durch eine Variable x1
angezeigt; 50 eine Überfederänderung, durch eine Variable
x2 angezeigt, und 54 eine relative Änderung (x1 - x2),
durch eine Variable y angezeigt. Des weiteren bezeichnet 44
einen Steuerkraftgenerator zum Erzeugen einer aktiven
Steuerkraft f, die zur Steuerung verwendet wird, aus einer
Betriebsgröße u, welche von einem Steuergerät 12 zur
Steuerung der Radaufhängung ausgegeben wird.
Im allgemeinen ist ein solches aktives Radaufhängungssystem
mit einem Drucksensor 60a ausgerüstet, der für eine aktive
Steuerung bzw. Regelung der Radaufhängung benötigt wird.
Der Drucksensor 60a ist in einem Steuerkraftgenerator 16
zur Messung einer aktiven Steuerkraft f untergebracht. Des
weiteren ist das System mit Beschleunigungssensoren 60b,
60c zum Feststellen einer Unnormalität im Reifenluftdruck
ausgerüstet. Diese Beschleunigungssensoren 60b, 60c sind an
dem Überfederteil bzw. Unterfederteil angebracht, um Be
schleunigungen von vertikalen Schwingungen festzustellen.
In einem solchen dynamischen System 10 wird die Zustands
gleichung der Formel 24 praktisch durch die folgende Glei
chung ausgedrückt:
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, welches das System dieser
Ausführungsform zeigt. Wie oben erwähnt, ist das zu diagno
stizierende Radaufhängungssystem 10 ein System, welches
derart aufgebaut ist, daß die vom Steuergerät 12 ausgege
bene Betriebsgröße u ein Eingang bzw. Eingangssignal ist,
und ein Vektor
der in Formel 34 enthalten ist, ist die interne Zustands
größe.
Von verschiedenen, im internen Zustandsvektor x enthaltenen
Elementen wird eine Überfederbeschleunigung direkt von dem
Beschleunigungssensor 60b der Fig. 8 festgestellt und die
Überfedergeschwindigkeit wird durch Integration der Überfe
derbeschleunigung erhalten. Die relative Beschleunigung
wird aus dem Unterschied zwischen der Unterfederbeschleuni
gung, welche vom Beschleunigungssensor 60c festgestellt
wird, und der Überfederbeschleunigung erhalten. Die Rela
tivgeschwindigkeit wird durch Integration der Relativbe
schleunigung erhalten. Die einzelnen Berechnungsteile zum
Durchführen der jeweiligen Berechnungen sind normalerweise
in dem Radaufhängungssystem 10 dieser Ausführungsform ent
halten. Der Ausgang des Radaufhängungssystems 10 ist daher
der interne Zustandsvektor
der in Formel 34 enthalten ist.
Das Steuergerät 12 dieser Ausführungsform empfängt als ein
Eingangssignal den auf diese Weise ausgegebenen internen
Zustandsvektor 10 und berechnet und gibt die Betriebsgröße
u als Eingangssignal für das aktive Radaufhängungssystem 10
aus.
Des weiteren enthält die Diagnosevorrichtung dieser Ausfüh
rungsform, in der das aktive Radaufhängungssystem 10 zu
diagnostizieren ist, den Störungsbeobachter 32, den Korre
lationsberechnungsteil 34 und den Diagnoseteil 36.
Der Störungsbeobachter 32 ist so aufgebaut, daß er als Ein
gangssignale den Ausgang u des Steuergerätes 12 und den
Ausgang x der aktiven Radaufhängung 10 empfängt und eine
Änderung der Reifenfederkonstante k1 als die interne Stö
rung ermittelt und berechnet, welche in dem Radaufhängungs
system 10 auftritt.
Der Zustandsfeststellteil 60 zieht aus dem Ausgang x des
aktiven Radaufhängungssystems 10 die Zustandsgröße (in
diesem Fall. Relativgeschwindigkeit) heraus, die durch eine
Reifendruckänderung das System 10 beeinflußt.
Der Korrelationsberechnungsteil 34 enthält einen Querkorre
lationsberechnungsteil 70, einen Normalisierungsteil 72 und
einen Autokorrelationsberechnungsteil 74.
Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet eine Quer
korrelation zwischen der vom Störungsbeobachter 32 ermit
telten integrierten Störung und der Relativgeschwindigkeit.
Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 berechnet eine Auto
korrelationsfunktion der Relativgeschwindigkeit.
Der Normalisierungsteil 72 normalisiert die Querkorrela
tionsfunktion, die vom Querkorrelationsberechnungsteil 70
berechnet ist, indem er sie durch die Autokorrelationsfunk
tion, berechnet mittels des Autokorrelationsberechnungs
teils 74, teilt, zieht nur die Änderungsgröße der Reifen
federkonstante heraus und gibt die herausgezogene Größen
änderung an den Diagnoseteil 36.
Der Diagnoseteil 36 enthält einen Speicher 76, in welchem
ein Standardwert gespeichert ist, und einen Unnormalitäts
diskriminierteil 78. Der Diagnoseteil 36 ist so aufgebaut,
daß die Änderungsgröße der vom Normalisierteil 72 erhalte
nen Reifenfederkonstanten mit dem Standardwert der Feder
konstantengrößenänderung verglichen wird, welche dem in dem
Speicher 76 gespeicherten Luftdruck entspricht, der als un
normal beurteilt wird, und das beurteilt wird und die Rei
fenluftdruckunnormalität ausgegeben wird.
Im folgenden wird die Betriebsweise der Einrichtung ent
sprechend der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Wenn sich der Luftdruck des Reifens ändert und sich daher
die Federkonstante des Reifens ändert, zeigt bei dem aus
einer aktiven Radaufhängung und einem Rad zusammengesetzten
System 10 gemäß Fig. 8 die individuelle Zustandsgröße x des
Systems 10 eine Antwort, die unterschiedlich von der bei
normalem Reifenluftdruck ist. Diese Antwort kann als eine
zusammengesetzte Antwort betrachtet werden, welche aus der
Antwort unter der Normalbedingung und der der Luftdruckän
derung entsprechenden internen Störung kombiniert ist. Der
Störungsbeobachter 32 empfängt als Eingangssignale das Aus
gangssignal x des Radaufhängungssystems 10 und die Be
triebsgröße u, welche zu dem Radaufhängungssystem 10
addiert wird, und ermittelt und berechnet die integrierte
Störung w, wie die interne Störung und die externe Störung
(externe Störung, wie eine Straßenoberflächenänderung, die
von außen her auf das System einwirkt), und gibt das
Ergebnis der Berechnung aus.
Unter der Annahme, daß die Reifenfederkonstante bei norma
lem Reifenluftdruck k1 beträgt, wird die durch die folgende
Gleichung ausgedrückte externe Störung daher von dem Stö
rungsbeobachter 32 berechnet und ausgegeben.
Die auf diese Weise ermittelte, berechnete und ausgegebene
externe Störung ist eine zufällige (Random) Störung, die
einem Differentialwert der Straßenoberflächenstörung äqui
valent und mit dem Zustand des Systems 10 völlig unkorre
liert ist.
Unter der Annahme, daß der Reifenluftdruck sich ändert und
seine Federkonstante sich um Δk1 auf (k1 + Δk1) ändert, gibt
der Störungsbeobachter 32 ein durch die folgende Gleichung
ausgedrücktes integriertes Störungssignal aus:
Es ist daher erforderlich, eine externe Störung, wie eine
Straßenoberflächenstörung, von , das von dem Störungsbeob
achter 32 ermittelt und berechnet ist, zu entfernen, und
auf diese Weise nur die auf die Reifenluftdruckänderung
zurückzuführende interne Störung festzustellen. Entspre
chend berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine
Querkorrelation zwischen der ermittelten Störung und
einem Element der internen Zustandsgröße, welches mit der
externen Störung nicht korreliert ist. Formel 36 enthält
eine Relativgeschwindigkeit und eine Überfedergeschwindig
keit als die entsprechenden Zustandsgrößen. Bei dieser Aus
führungsform wird eine Korrelation mit der aus dem Radauf
hängungssystem 10 erhaltenen Relativgeschwindigkeit be
rechnet. Unter der Annahme, daß diese Korrelationsfunktion
lautet:
kann diese folgendermaßen berechnet werden:
Durch Berechnung einer solchen Querkorrelation ist es mög
lich, die Reifenluftdruckänderungsgröße Δk herauszuziehen
und von dem Term der Straßenoberflächenstörung zu trennen.
Die ermittelte Störung und die auszugebende Relativge
schwindigkeit werden hintereinander an N Punkten genommen,
um durch das folgende dargestellte Mittelwerte zu erhalten:
Unter Verwendung dieser Mittelwerte wird die Berechnung der
Korrelation von Formel 37 durchgeführt. Wenn die Korrela
tionsfunktion
erhalten wird, werden die Terme der Überfedergeschwindig
keit und der Straßenoberflächenänderungsgeschwindigkeit
gestrichen, so daß dieser Wert folgendermaßen ausgedrückt
wird:
Die auf diese Weise berechnete Korrelationsfunktion kann
durch das Produkt des Terms (Δk1/m1), welcher eine Änderung
in der Reifenfederkonstante darstellt, und der Autokorrela
tionsfunktion (durch die Formel 40 weiter unten ausge
drückt) der Relativgeschwindigkeit der Radaufhängung aus
gedrückt werden, welche Geschwindigkeit für die Berechnung
der Korrelation verwendet wird. Durch Teilung der erhalte
nen Korrelationsfunktion durch die Autokorrelationsfunktion
der Zustandsgröße (Relativgeschwindigkeit) ist es daher
möglich, die Änderungsgröße der Federkonstanten quantitativ
festzustellen.
Nämlich, wie aus Formel 39 ersichtlich, von verschiedenen
Frequenzkomponenten der ermittelten Störung , hat die oben
genannte Korrelationsfunktion
einen zur Frequenzkomponenten der internen Störung äquiva
lenten Wert, welche interne Störung nur durch die Änderung
der Reifenfederkonstanten verursacht ist. Aus dieser Kor
relationsfunktion
ist es daher möglich, die Änderungsgröße der Federkonstan
ten festzustellen.
Die obengenannte Autokorrelationsfunktion der Relativge
schwindigkeit wird von dem Autokorrelationsberechnungsteil
44 berechnet und dem Normalisierungsteil 72 zugeführt. Der
Normalisierungsteil 72 stellt die Größenänderung der Feder
konstanten eines Reifens, wie durch die folgende Formel
ausgedrückt, fest und gibt sie aus, indem die Korrelations
funktion
die von dem Querkorrelationsberechnungsteil
70
ausgegeben
wird, durch die Autokorrelationsfunktion
geteilt wird, welche von dem
Autokorrelationsberechnungsteil
74
ausgegeben wird.
wobei der Parameter ml ein bereits bekannter Reifenmassen
wert ist, ist es möglich, die Änderungsqualität Δk1 der Rei
fenfederkonstanten genau aus dem Ausgang J des Normalisie
rungsteils
72
zu kennen.
Der Unnormalitätsdiskriminierteil 78 vergleicht die auf
diese Weise erhaltene Federkonstantenänderungsgröße Δk1 mit
dem Standardwert der Änderungsgröße, welche als Unnormali
tät beurteilt wird, und unterscheidet bzw. erkennt eine Un
normalität des Reifensdruckes.
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm im Reifenluftdruck, wie oben
beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform findet die Störungsermittlung
und Datensammlung jede 5 ms längs Fluß 100 und N = 400 mal
wiederholt statt.
Dann werden längs eines Flusses 110 unter Verwendung der
Daten, welche in der vorangegangenen 400-fach wiederholten
Sammlung (Sammlung in den vergangenen 2 Sekunden) erhalten
wurden, die Querkorrelation und Autokorrelation berechnet
und wird der normalisierte Wert j von Formel 41 erhalten,
um zu unterscheiden, ob der Reifenluftdruck normal oder un
normal ist.
Da der Störungsbeobachter 32 eine Antwort von 5 ms hat, ist
in dieser Ausführungsform eine Beziehung derart beschlos
sen, daß ein Differentialwert der integrierten Störung w
des dynamischen Systems 10 näherungsweise null beträgt.
Fig. 12 zeigt eine Korrelation zwischen dem ermittelten
Wert der Reifenfederkonstanten und dem aktuell gemessenen
Wert der Reifenkonstanten, entsprechend dem Unnormalitäts
feststellalgorithmus von Fig. 11.
Das Meßexperiment wurde in folgender Weise durchgeführt:
Zunächst wird die Änderungsgröße Δk1/k1 mit Bezug auf die
Federkonstante k1 voreingestellt, wenn der Reifenluftdruck
normal ist, und der Reifendruck wird vorher vermindert, um
dem voreingestellten Wert zu entsprechen.
Während ein Auto fährt, wird ein ermittelter Wert der Fe
derkonstantengrößenänderung nach Ablauf von 2 Sekunden nach
Start einer Ermittlung aufgezeichnet. Ein nachfolgend er
mittelter Wert wird mit dem zu diesem Zeitpunkt ermittelten
Wert identisch sein.
Dann wird der Versuch wiederholt, wobei der Wert von Δk1/k1
schrittweise mit einer Weite von 0,1 verändert wird. Die
resultierenden Daten sind in Fig. 12 gezeigt. Aus dem Er
gebnis des Versuches ist verständlich, daß mit der erfin
dungsgemäßen Diagnosevorrichtung 35 die Federkonstantengrö
ßenänderung mit einer hohen Genauigkeit von weniger als
plus/minus 30% ermittelt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform wird die Relativgeschwindigkeit
beim Berechnen der Querkorrelation verwendet. Alternativ
kann zum Berechnen der Korrelation die Überfedergeschwin
digkeit verwendet werden. In diesem Fall sollte der Quer
korrelationsberechnungsteil 70 so aufgebaut sein, daß eine
Querkorrelation zwischen der ermittelten Störung und der
Überfedergeschwindigkeit basierend auf der folgenden Glei
chung berechnet wird. Und der Autokorrelationsberechnungs
teil 74 sollte so aufgebaut sein, daß eine Autokorrelation
der Überfedergeschwindigkeit berechnet wird. Und der Norma
lisierungsteil
72
sollte so aufgebaut sein, daß die Quer
korrelation durch die Autokorrelation geteilt wird, so daß
eine Unnormalität im Reifenluftdruck festgestellt wird.
Da es ungleich zum Stand der Technik nicht notwendig ist,
einen Drucksensor, eine drahtlose Einheit usw. direkt im
Reifen unterzubringen, wird bei der zweiten Ausführungsform
jegliches Problem hinsichtlich Verläßlichkeit, Dauerhalt
barkeit usw., welches sich auf diese unnötigen Einheiten
bezieht, nicht auftreten.
Da des weiteren die herkömmlicherweise zum Steuern der
aktiven Radaufhängung verwendeten Sensoren 60a, 60b, 60c
auch als Sensor in der zweiten Ausführungsform verwendet
werden können, ist es nicht nötig, einen neuen Sensor zum
Feststellen einer Luftdruckunnormalität anzubringen.
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Reifenluftdruckun
normalität durch Einstellen des Standardwertes der Luft
druckgrößenänderung des Reifens, welche als unnormal beur
teilt wird, und durch Vergleichen der mittels des Störungs
beobachters 12 erhaltenen Größenänderung mit dem Standard
wert diskriminiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sollte
keinesfalls auf die dargestellten Beispiele beschränkt sein
und kann zusätzlich zu diesen für unterschiedlichste Anwen
dungsarten verwendet werden. Da die Größenänderung der Rei
fenfederkonstante genau mit Wiedergabetreue festgestellt
werden kann, ist es beispielsweise möglich, die Einrichtung
als einen Luftdruckmonitor zu verwenden, so daß der Fahrer
den Zustand des festgestellten Luftdruckes jederzeit prüfen
kann. Wenn die Information bezüglich des festgestellten
Luftdrucks zur Steuerung von Regeln für die aktive Radauf
hängung verwendet wird, ist es des weiteren möglich, eine
komfortable Fahranpassung an Änderungen im Luftdruck zu
verwirklichen. Durch Verwendung dieser Luftdruckinformation
für die Radaufhängungssteuerung, welche die Dämpferkon
stante verändern kann, ist es möglich, eine komfortablere
Fahranpassung an die Luftdruckänderungen zu verwirklichen.
In der zweiten Ausführungsform ist das aus einer Radaufhän
gung und einem Rad zusammengesetzte System 10 durch die Zu
standsgleichung von Formel 34 modelliert, so daß nur die
Überfeder- und Unterfederbeschleunigungen der Radaufhängung
gemessen werden können, während die restlichen Zustandsgrö
ßen durch Integration dieser Signale erhalten werden. Wenn
der Sensor zum Messen der Radaufhängung kein Beschleuni
gungssensor ist, wird das Modell in Anpassung an die von
dem Sensor zu messende Zustandsgröße verändert, so daß die
Reifenluftdruckunnormalität auf gleiche Weise diskriminiert
werden kann.
Beispielsweise, wenn angenommen wird, daß die von dem Sen
sor gemessenen Zustandsgrößen nicht Beschleunigungssignale
sondern eine Überfederänderung x2 und eine Relativänderung
y sind, wird durch die folgende Gleichung ein Modell ent
sprechend Formel 34 definiert:
In Formel 43 sollten vom Zustand
der Radaufhängung die Überfedergeschwindigkeit und eine Re
lativgeschwindigkeit aus der Differenz zwischen der Über
federänderung x2 und der Relativänderung y erhalten werden.
Fig. 10 zeigt eine Diagnoseeinrichtung 30 entsprechend
einer dritten Ausführungsform, bei welchem ein solches Rad
aufhängungsmodell 10 das Diagnoseobjekt ist.
Der Störungsbeobachter 32 ist derart aufgebaut, daß er die
integrierte Störung ermittelt und berechnet, welche durch
die folgende Gleichung ausgedrückt ist, wenn der Reifen
luftdruck und entsprechend die Reifenfederkonstante sich
ändern.
Durch Teilen der Querkorrelation zwischen der ermittelten
Störung und der Relativänderung y durch die Autokorrelation
der Relativänderung ist es möglich, die Reifenluftdruckun
normalität wie bei der vorhergehenden Ausführungsform zu
beurteilen. Durch Teilen der Querkorrelation zwischen der
ermittelten Störung und der Überfederänderung x2 durch
die Autokorrelationsfunktion der Überfederänderung x2 ist
es alternativ ebenfalls möglich, die Reifenluftdruckunnor
malität in gleicher Weise zu beurteilen.
Entsprechend kann in der zweiten und dritten Ausführungs
form die Zustandsgröße, die zum Berechnen der Querkorrela
tion mit der ermittelten Störung verwendet wird, eine
Zustandsgröße sein, die das System entsprechend der Luft
druckänderung beeinflußt.
Fig. 13 zeigt ein Radaufhängungssystem 10, welches aus
einem Rad und einer nicht aktiven sondern herkömmlichen
Radaufhängung zusammengesetzt ist. Bei diesem Radaufhän
gungssystem 10 enthält ein Rad 41 einen Unterfedermassen
teil, durch einen Parameter ml angezeigt, und einen Feder
teil des Reifens, durch eine Federkonstante k1 angezeigt.
Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Fahrzeugkörperteil mit
einer Überfedermassengröße m2; 46 eine Feder mit einer
Federkonstanten k2; 48 einen Dämpfer mit einer Dämpferkon
stanten Dm; 56 eine Straßenoberflächenänderung, angezeigt
durch eine Variable x0; 52 eine Unterfederänderung, ange
zeigt durch eine Variable x1; 50 eine Oberfederänderung,
angezeigt durch eine Variable x2; und 54 eine relative
Änderung (x1 - x2), angezeigt durch eine Variable y. Das
dynamische System 10 ist wie die vorhergehenden Ausfüh
rungsformen mit Beschleunigungssensoren 60b, 60c ausgerüstet,
welche an dem Überfederteil bzw. Unterfederteil zum
Feststellen vertikaler Schwingungen des Rades angebracht
sind.
Das Radaufhängungssystem 10 kann mit folgender Zustands
gleichung beschrieben werden:
Fig. 14 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei der das Rad
aufhängungssystem 10 der Fig. 13 das Diagnoseobjekt ist. In
einigen der existierenden Aufhängungssysteme 10 wird die
Dämpfungskraft der Radaufhängung entsprechend der Straßen
oberflächenbedingung und der Fahrerbeurteilung verändert;
dies kann durch die Annahme modelliert werden, daß die
Dämpferkonstante Dm sich ändert. Dm in Fig. 13 steht für
einen typischen Wert der Dm Änderung.
Jedes Element der in Formel 45 enthaltenen Zustandsgröße x
wird wie bei der vorhergehenden Ausführungsform von dem
Berechnungsteil, welcher an dem Radaufhängungssystem 10
angebracht ist, berechnet und ausgegeben. Die Überfederbe
schleunigung wird direkt von dem Sensor 62b ausgegeben, und
die Überfedergeschwindigkeit wird durch Integration des
Wertes der Überfederbeschleunigung erhalten. Die Relativbe
schleunigung wird aus der Differenz zwischen der Unterfe
derbeschleunigung und der Überfederbeschleunigung erhalten,
und die relative Geschwindigkeit wird durch Integration der
relativen Beschleunigung usw. erhalten. Entsprechend ist
der Ausgang des Radaufhängungssystems 10 der interne Zu
standsvektor x von Formel 45.
Eine dynamisches System 30, in welchem das geschilderte
Radaufhängungssystem 10 das Diagnoseobjekt ist, wird im
folgenden genauer beschrieben.
Wenn die Reifenfederkonstante bei normalem Reifenluftdruck
k1 ist, ermittelt und berechnet der Störungsbeobachter 32
eine integrierte Störung, die durch die folgende Gleichung
beschrieben ist:
Die Dämpfungskonstante Dm der Radaufhängung wird als varia
bel angenommen und eine Größenänderung von dem typischen
Wert wird durch ΔDm ausgedrückt.
Unter der Annahme, daß der Reifenluftdruck sich ändert und
seine Federkonstante sich um Δk1 ändert und dann (k1 + Δk1)
ist, gibt der Störungsbeobachter 32 ein Störungssignal aus,
welches durch die folgende Gleichung beschrieben wird:
Die vom Störungsbeobachter 32 ermittelte Größe enthält
somit eine aufgrund der Änderung der Dämpferkonstanten auf
tretende Störung, eine aufgrund der Änderung im Reifenluft
druck auftretende interne Störung und eine von der Straßen
oberfläche her aufgenommene externe Störung.
Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet eine Quer
korrelation zwischen dem ermittelten zweiten Element der
integrierten Störung 2, welche die durch die Reifenluft
druckänderung verursachte interne Störung und die Relativ
geschwindigkeit enthält. Der Autokorrelationsberechnungs
teil 74 berechnet nach dem gleichen Verfahren wie bei dem
vorhergegangenen Ausführungsbeispiel eine Autokorrelation
der Relativgeschwindigkeit und gibt diese aus.
Der Normalisierungsteil 72 teilt den Ausgang des Querkorre
lationsberechnungsteils 70 durch den Ausgang des Autokor
relationsberechnungsteils 74, um die Federkonstantengrö
ßenänderung festzustellen und gibt diese an den Unnormali
tätsdiskriminierteil 78.
Der Unnormalitätsdiskriminator 78 vergleicht die eingegebe
ne Federkonstantengrößenänderung mit einem vorbestimmten
Standardwert, um die Luftdruckunnormalität zu diskriminie
ren.
Wie oben erwähnt, ist es erfindungsgemäß selbst im Falle
eines Rades, das in eine nicht aktive, herkömmliche Radauf
hängung eingebaut ist, möglich, eine Unnormalität des Rei
fenluftdrucks nur durch Anbringen der Beschleunigungssen
soren 60b, 60c zum Feststellen der Überfeder- und Unterfe
derbeschleunigungen der Radaufhängung festzustellen.
Bei der vierten Ausführungsform wird das aus einer Radauf
hängung und einem Rad zusammengesetzte System 10 durch die
Zustandsgleichung von Formel 43 modelliert, so daß nur die
Überfeder- und Unterfederbeschleunigungen der Radaufhängung
von den Sensoren gemessen werden können, während die rest
lichen Zustandsgrößen durch Integration dieser Signale er
halten werden. In dem Fall, in dem der Sensor zum Messen
der Radaufhängung kein Beschleunigungssensor ist, wird das
Modell zur Anpassung an die von dem Sensor gemessene Zu
standsgröße variiert, so daß die Reifenluftdruckunnormali
tät in gleicher Weise diskriminiert werden kann.
Die fünfte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß
die mittels Sensoren gemessenen Zustandsgrößen nicht Beschleunigungssignale
sind sondern eine Überfederänderung x2
und eine Relativänderung y. In der fünften Ausführungsform
ist ein der Formel 43 entsprechendes Modell durch folgende
Gleichung definiert:
In Formel 48 werden von den Zustandsgrößen x der Radaufhän
gung die Überfedergeschwindigkeit und die Relativgeschwin
digkeit aus der Differenz der Überfederänderung x2 und der
Relativänderung y erhalten.
Fig. 15 zeigt eine Diagnoseeinrichtung der fünften Ausfüh
rungsform, bei welcher das Radaufhängungssystem 10 das
Diagnoseobjekt ist.
Wenn der Reifenluftdruck sich ändert und sich folglich die
Reifenfederkonstante ändert, ermittelt und berechnet der
Störungsbeobachter 32 die durch die folgende Formel be
schriebene integrierte Störung:
Unter Verwendung des Korrelationsberechnungsteils 70 und
des Autokorrelationsberechnungsteils 74 werden eine Quer
korrelation zwischen der ermittelten Störung 2 und der
Relativänderung y und eine Autokorrelation der Relativän
derung y berechnet. Durch Teilen der Werte der so erhalte
nen Querkorrelation und Autokorrelation im Normalisierungs
teil 72 ist es möglich, wie bei der vorhergehenden Ausfüh
rungsform die Reifenluftdruckunnormalität zu diskriminie
ren. Alternativ kann eine Querkorrelationsfunktion zwischen
der ermittelten Störung 2 und der Überfederänderung x2
durch eine Autokorrelationsfunktion der Überfederänderung
geteilt werden, so daß die Reifenluftdruckunnormalität dis
kriminiert werden kann.
In der fünften Ausführungsform wird durch Berechnung der
Querkorrelation eine Störung
(interne Störung aufgrund der Änderung in der Dämpferkon
stantenänderung), welche in der ermittelten Störung 2
ent
halten ist, wie die externe Störung entfernt. Alternativ
kann der Term dieser internen Störung vorher vor dem Be
rechnen der Korrelation von der ermittelten Störung 2
ge
strichen werden.
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer Diagnoseeinrichtung
entsprechend einer sechsten Ausführungsform, bei der dieses
Verfahren enthalten ist. In Fig. 16 verwendet ein Dämp
ferkonstantenkompensationsteil 80 die vom Störungsbeob
achter 32 ermittelte Störung , um das folgende zu berech
nen:
Da diese Gleichung die folgende Gleichung ergibt:
aus Formel 47 ist verständlich, daß der aus der Änderung
der Dämpferkonstanten resultierende Term gestrichen wurde.
Wie bei Berechnung einer Querkorrelation zwischen w12
und
der Relativgeschwindigkeit oder Überfedergeschwindigkeit
ist es möglich, eine Luftdruckunnormalität festzustellen.
Auch bei der fünften Ausführungsform der Fig. 15 wird durch
das Vorhandensein des Dämpferkonstantenkompensationsteils
80 die auf die Änderung der Dämpferkonstanten zurückzufüh
rende Störung vor Berechnung der Querkorrelation gestri
chen. Wenn die Erfindung auf eine Radaufhängung angewendet
wird, bei der die Dämpferkonstantenänderung extrem groß
ist, ist es daher möglich, die Genauigkeit beim Feststellen
der Luftdruckunnormalität zu verbessern.
Bei der ersten Ausführungsform ist angenommen, daß die in
terne Zustandsgröße des dynamischen Systems 10 nicht mit
der externen Störung korreliert ist. Alternativ kann zwi
schen der internen Zustandsgröße und der externen Störung
eine Korrelation bestehen, abhängig von der Struktur eines
dynamischen Systems und den Steuergesetzen eines Steuerge
rätes.
Diese Ausführungsform wird nun als eine siebte Ausführungs
form in Entsprechung mit dem ersten bis dritten Mode der
ersten Ausführungsform beschrieben. Denen der ersten Aus
führungsform entsprechende Teile oder Elemente sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen, so daß ihre Beschreibung
hier fehlt.
Im ersten Mode dieser Ausführungsform können alle internen
Zustandsgrößen x(t) des Diagnoseobjekts 10 unter Verwendung
von Sensoren usw. gemessen werden und die Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 ist so aufgebaut, daß nur der inte
grierte Störungsvektor w(t) ermittelt wird.
Das Blockdiagramm der Diagnoseeinrichtung 30 ist ähnlich
der Fig. 21.
Die Diagnoseeinrichtung 30 des ersten Mode ist so aufge
baut, daß sie einen Korrelationskompensationsteil 35 und
einen Kompensationswertspeicher 37 enthält.
Der Korrelationsberechnungsteil 34 berechnet eine Querkor
relation zwischen der internen Zustandsgröße und dem ermit
telten Wert des integrierten Störungsvektors. Wenn eine
leichte Korrelation zwischen der internen Zustandsgröße und
der als externe Störung erzeugten Straßenoberflächenstörung
besteht, ist es unmöglich, wirksam jedwelchen Einfluß der
Straßenflächenstörung zu eliminieren, die als die externe
Störung eindringt.
Im Korrelationskompensationsteil 35 wird daher durch das
Ergebnis der Korrelationsberechnung, die interne Zustands
größe und den im Kompensationswertspeicher 37 vorher einge
stellten Kompensationswert das Ergebnis der Korrelations
rechnung kompensiert, um jedwelchen Einfluß der Straßenstö
rung auszuschalten.
Der Diagnoseteil 36 kann das kompensierte Ergebnis der Kor
relationsrechnung kompensieren, kann das Auftreten eines
Fehlers feststellen und einen definierten Fehlerteil spezi
fizieren.
Die Konstruktion und Arbeitsweise des Korrelationskompensa
tionsteils 35 werden nun beschrieben.
Von Formel 18 wird, da von der integrierten Störung, welche
die Straßenoberflächenstörung enthält, x0 das zweite Element
der integrierten Störung w2 ist, eine Korrelationsfunktion
C21 zwischen dem ermittelten Wert 2 und dem
gemessenen Wert y w2 kompensiert.
Zuerst wird ein im Speicher 37 voreinzustellender Kompen
sationswert folgendermaßen erhalten.
Während dass dynamische System im Standardzustand (d. h. feh
lerfreiem Zustand) arbeitet, wird vom Störungsbeobachter 32
eine Störung ermittelt. Dieser ermittelte Wert ist gleich
dem aus Formel 18 unter der folgenden Bedingung erhaltenen
Wert:
nämlich der Wert ergibt sich wie folgt:
Eine Korrelation zwischen dem ermittelten Wert und dem ge
messenen Wert y von diesem w2 ist äquivalent zu einer Kor
relation zwischen der Straßenoberflächenstörung x0 und dem
gemessenen Wert y und kann daher folgendermaßen umgeschrie
ben werden:
In dem Standardzustand wird diese Korrelation berechnet.
Und dieser Wert wird durch eine Autokorrelation C(y, y) des
gemessenen Wertes y geteilt, um einen normalisierten Wert
zu erhalten, der als Kompensationswert h in dem Speicher 37
gespeichert wird. Dieser Kompensationswert wird folgender
maßen erhalten:
Der Kompensationswert h hat einen im wesentlichen konstan
ten Wert, unabhängig von der Straßenoberflächenstörung. Die
Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung x0 und
dem im anderen Betriebszustand gemessenen Wert y kann durch
Multiplikation des Kompensationswertes h mit der Autokorre
lation des gemessenen Wertes y erhalten werden. Die Korre
lation C21 zwischen den ermittelten Wert und dem gemessenen
Wert y von w2 bei Vorhandensein eines Fehlers kann folgen
dermaßen angenähert werden:
Während der Fehlerdiagnose berechnet entsprechend der Kor
relationskompensationsteil 35 die Autokorrelation C(y, y)
des gemessenen Wertes y. Unter Verwendung des Wertes
C(y, y) und des vorher im Speicher 37 gespeicherten Kompen
sationswertes h wird der Ausgang C21 des Korrelationsbe
rechnungsteils 34 folgendermaßen kompensiert:
um dieses Ergebnis als neuen Wert C21
zum Diagnoseteil
36
zu geben.
Die kompensierte Funktion C21 kann folgendermaßen ausge
drückt werden:
Der Diagnoseteil 36 stellt wie bei der ersten Ausführungs
form das Auftreten eines Fehlers fest und spezifiziert
einen definierten Fehlerteil, basierend auf dem Berech
nungsergebnis der kompensierten Korrelation. Da in der
Korrelation C41 zwischen
und y nur die Gasfederänderung erscheint, ist es beispiels
weise möglich, den Gasfederfehler auf einfache Weise zu
spezifizieren, wenn dieser Wert eine Unnormalität hat. Ähn
lich wird der Dämpfer als fehlerhaft beurteilt, wenn eine
Unnormalität in der Korrelation C42
zwischen
und dem gemessenen Wert [Symbol 57] auftritt. Die Reifen
druckunnormalität wird aus der Korrelationsfunktion C21
diskriminiert. C21
hat einen Wert aufgrund des Gasfeder
fehlers oder der Reifenluftdruckunnormalität; da der Gas
federfehler mittels der oben beschriebenen Diskriminierung
aus C41
festgestellt wird, wird der Reifen als unnormal be
urteilt, wenn die Gasfeder nicht fehlerhaft ist und der
Wert von C21
eine Unnormalität aufweist.
Selbst wenn die interne Zustandsgröße des dynamischen Sy
stems 10 mit der externen Störung korreliert ist, ist es
auf diese Weise im ersten Mode möglich, die externe Störung
von außen in einfacher Weise von der internen Störung zu
trennen, die aufgrund eines Fehlers verursacht ist, und den
Fehlerteil zu spezifizieren.
Der erste Mode stellt des weiteren den Fall dar, bei dem
der Kompensationswert h im wesentlichen konstant ist, unab
hängig von der Straßenoberflächenstörung. Wenn der Kompen
sationswert h sich in Abhängigkeit von der Straßenoberflä
chenstörung x0 verändert, wird alternativ eine Korrelation
zwischen dem gemessenen Wert y und der Straßenoberflächen
störung x0 berechnet. Durch Speichern des Ergebnisses die
ser Berechnung als Kompensationswert h im Speicher 37 ist
es auch möglich, die Korrelation durch den Kompensations
wert h entsprechend dem gemessenen Wert y im Korrelations
kompensationsteil 35 zu kompensieren.
In dem zweiten Mode der siebten Ausführungsform kann ein
Teil der internen Zustandsgröße x(t) des Diagnoseobjekts 10
nicht gemessen werden oder kann mittels der Störungsermitt
lungsvorrichtung 32 ermittelt werden, obwohl er nicht ge
messen wird. In jedem Fall ist die Störungsermittlungsvor
richtung so aufgebaut, daß der integrierte Störungsvektor
w(t) und die nicht meßbare oder nicht zu messende interne
Zustandsgröße ermittelt werden.
Das Blockdiagramm der Diagnoseeinrichtung ist in Fig. 22
gezeigt. Der Korrelationskompensationsteil 35 und der
Kompensationswertspeicher 37 der Fig. 22 sind im Aufbau und
Betrieb identisch mit denen der Ausführungsform gemäß Fig.
21, so daß ihre Beschreibung hier fehlt.
In dem dritten Mode der siebten Ausführungsform ist die
Störungsermittlungsvorrichtung 32 so aufgebaut, daß der
integrierte Störungsvektor w(t) und alle interne Zustands
größen x(t), die die unmeßbare Größe des internen Zustandes
enthalten, falls Teil der Größen des internen Zustands x(t)
des Diagnoseobjektes 10, ermittelt und berechnet werden.
Das Blockdiagramm der Diagnoseeinrichtung ist in Fig. 23
gezeigt. Der Korrelationskompensationsteil 35 und der Kom
pensationswertspeicher 37 der Fig. 23 sind in Aufbau und
Betrieb identisch mit denen der Ausführungsform gemäß Fig.
21, so daß ihre Beschreibung hier fehlt.
In der zweiten bis sechsten Ausführungsform ist die Diagnoseeinrichtung
30 unter der Annahme aufgebaut, daß zwischen
der Straßenoberflächenstörung und der internen Zustands
größe keine Korrelation besteht. Abhängig von der Konstruk
tion der Radaufhängung 10 und des Steueralgorithmus des
Steuergerätes 12 kann jedoch eine Korrelation zwischen der
Straßenoberflächenstörung und der internen Zustandsgröße
erzeugt werden. Für einen solchen Fall wird als achte bis
zwölfte Ausführungsform eine Luftdruckdiagnoseeinrichtung
beschrieben.
Zunächst wird die achte Ausführungsform, bei welcher eine
Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und der
internen Zustandsgröße der Radaufhängung 10 in der zweiten
Ausführungsform gemäß Fig. 9 besteht, beschrieben.
Fig. 24 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform.
In Fig. 24 berechnet der Querkorrelationsberechnungsteil 70
eine Querkorrelation zwischen der Relativgeschwindigkeit
oder der internen Zustandsgröße der Radaufhängung und dem
ermittelten Wert der integrierten Störung, welche von dem
Störungsbeobachter 32 ermittelt ist. Wenn zwischen den
beiden Werten eine Korrelation besteht, ist es in diesem
Fall unmöglich, den Einfluß der Straßenoberflächenstörung
zu eliminieren, die als externe Störung eindringt.
Durch das Ergebnis der Berechnung der Korrelation, die
interne Zustandsgröße und den im Speicher 37 voreingestell
ten Kompensationswert, kompensiert der Korrelationskompen
sationsteil 35 entsprechend das Ergebnis der Berechnung der
Korrelation und entfernt den Einfluß der Straßenoberflä
chenstörung.
Der Diagnoseteil 36 stellt die Reifenluftdruckunnormalität
in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 9
aufgrund des Ergebnisses der Berechnung der kompensierten
Korrelation fest.
Im folgenden wird der Betrieb des Korrelationskompensa
tionsteils 35 beschrieben.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der Störungsbeob
achter 32 die durch Formel 36 ausgedrückte Störung ermit
telt, wenn der Reifenluftdruck sich ändert und die Feder
konstante sich ändert. Der Korrelationsberechnungsteil 70
berechnet, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, eine
Querkorrelation zwischen dem gemessenen Wert und der Rela
tivgeschwindigkeit der Störung, und der Normalisierteil 72
dividiert das Ergebnis der Berechnung durch eine Autokorre
lationsfunktion der Relativgeschwindigkeit. Der Ausgang des
Normalisierteils 72 ist folgender:
ist durch folgende Gleichung beschrieben:
wobei [Formel 78].
Wenn zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Rela
tivgeschwindigkeit eine Korrelation besteht, übt, wie dar
gestellt, der zweite Term der rechten Seite von Formel 76
einen Einfluß auf das Ergebnis der Korrelationsberechnung
aus.
Während der Luftdruck normal ist, ist andererseits der Ausgang
J des Normalisierteils 72 gleich dem Wert, der aus
Formel 76 unter der im folgenden ausgedrückten Bedingung
erhalten wird:
Dieser Wert kann folgendermaßen beschrieben werden:
Der folgende Wert
welcher durch Teilen des Ausgangsergebnisses J durch k1/m1
erhalten wird, wird vorher als Kompensationswert h im Spei
cher
37
gespeichert.
Der Kompensationswert h ist im wesentlichen konstant, unab
hängig von der Größe der Straßenoberflächenstörung. Wenn
der Luftdruck vorher normal ist, werden der Ausgang J des
Normalisierteils 72 und das Ergebnis der Berechnung, basie
rend auf Formel 81, in dem Speicher zueinander entsprechend
in einem geeigneten operativen Zustand der Radaufhängung
gespeichert. Jeder der gespeicherten Werte kann als ein
Kompensationswert benutzt werden.
Aus Formeln 76 und 81 kann der Ausgang des Normalisierteils
72 folgendermaßen beschrieben werden:
Die Änderungsgröße der Federkonstanten kann folgendermaßen
erhalten werden:
Der Korrelationskompensationsteil 35 liest den Kompensa
tionswert j unter Verwendung von vom Normalisierteil 72
ausgegebenen J, berechnet Formel 83 unter Verwendung des
Kompensationswertes h und gibt das Ergebnis der Berechnung
an den Diagnoseteil 36 als neues J.
Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 diskriminiert der
Diagnoseteil 36 eine Luftdruckunnormalität.
Selbst wenn die interne Zustandsgröße der Radaufhängung mit
der Straßenoberflächenstörung korreliert ist, ist es bei
dieser Ausführungsform möglich, die externe Störung von
außen her in einfacher Weise von der internen Störung auf
grund einer Luftdruckunnormalität zu trennen und die Luft
druckunnormalität zu diskriminieren.
Fig. 29 ist ein Flußdiagramm eines Algorithmus zur Fest
stellung einer Reifenluftdruckunnormalität entsprechen dem
Vorstehenden. Längs Fluß 120 werden die Querkorrelation und
Autokorrelation berechnet, Formel 83 wird unter Verwendung
des normalisierten Wertes J von Formel 76 und des Kompensa
tionswertes h berechnet, und unter Verwendung des berechne
ten Wertes als neues J wird eine Diskriminierung durchge
führt, ob der Reifen normal oder unnormal ist.
Fig. 30a zeigt zeitbezogene Änderungen, die als Ergebnisse
von Berechnungen der Formel 81 erhalten wurden, während das
Auto unter der Bedingung fährt, daß das Steuergerät derart
eingestellt ist, daß eine Korrelation zwischen der Relativ
geschwindigkeit der Radaufhängung und der Straßenoberflä
chenstörung erzeugt wird und unter einem Zustand, bei dem
der Luftdruck 2,0 kg/cm2 (≈ 20 daN/cm2) (ein Beispiel von
Standardzustand) beträgt. Fig. 30b zeigt die Ergebnisse
der gleichen Berechnung, erhalten während das Auto auf
einer rauheren Straßenoberfläche als im Fall von Fig. 30a
fährt. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß das Be
rechnungsergebnis von Formel 81 nur wenige zeitbezogene
Änderungen hat und sich kaum ändert, selbst wenn sich der
Zustand der Straßenoberfläche ändert. Daraus ist verständ
lich, daß ein typischer Wert dieser Werte als Kompensa
tionswert h verwendet werden kann.
Fig. 31a zeigt die Korrelation zwischen dem ermittelten
Wert der Reifenfederkonstante und dem aktuell gemessenen
Wert der Federkonstante entsprechend dem Unnormalitätfest
stellalgorithmus von Fig. 11, während zwischen der Relativ
geschwindigkeit der Radaufhängung und der Straßenoberflä
chenstörung eine Korrelation besteht. Aus Fig. 31a ist
verständlich, daß bei Vorhandensein einer Korrelation zwi
schen der Relativgeschwindigkeit und der Straßenoberflä
chenänderung die Größe der Federkonstantenänderung nicht
genau ermittelt werden kann.
Fig. 31b zeigt die Korrelation zwischen dem ermittelten
Wert der Reifenfederkonstanten und dem aktuell gemessenen
Wert der Federkonstanten entsprechend dem Unnormalitäts
feststellalgorithmus der Fig. 29. Bei diesem Algorithmus
wird ein mittlerer Wert der in Fig. 30a dargestellten
Werte als Kompensationswert verwendet. Aus Fig. 31b, ist
verständlich, daß mittels Durchführen der Kompensationsbe
rechnung entsprechend Formel 83 die Größe der Federkonstan
tenänderung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.
Eine neunte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation
zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativände
rung der Radaufhängung 10 in der dritten Ausführungsform
von Fig. 10 besteht, wird nun beschrieben.
Fig. 25 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. Der
Korrelationskompensationsteil 35 kann das Ergebnis der Be
rechnung der Korrelation durch das Ergebnis der Berechnung
der Korrelation, die Relativänderung und den Kompensations
wert h, der im Speicher 37 voreingestellt ist, kompensieren
und eliminiert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.
In diesem Fall wird ein Wert, der basierend auf dem Ausgang
des Normalisierteils 72 bei normalem Reifenluftdruck be
rechnet wird, als der Kompensationswert h verwendet.
Eine zehnte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation
zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativge
schwindigkeit der Radaufhängung 10 in der vierten Ausfüh
rungsform der Fig. 14 besteht, wird nun beschrieben.
Fig. 26 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. In
Fig. 26 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine
Querkorrelation zwischen der Relativgeschwindigkeit der
Radaufhängung und dem zweiten Element der integrierten Stö
rung 2, welche vom Störungsbeobachter 32 ermittelt ist.
Der Korrelationskompensationsteil 90 kompensiert das Ergeb
nis der Berechnung der Korrelation mit dem Ergebnis der Be
rechnung der Korrelation, der Relativgeschwindigkeit und
dem im Speicher 37 voreingestellten Kompensationswert h und
eliminiert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.
Der Diagnoseteil 36 stellt eine Unnormalität im Luftdruck,
basierend auf dem kompensierten Ergebnis der Berechnung der
Korrelation wie bei der Ausführungsform der Fig. 9 fest.
Ein Wert, welcher basierend auf dem Ausgang des Normali
sierteils 72 bei normalem Luftdruck berechnet ist, wird als
der Kompensationswert h verwendet.
Eine elfte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation
zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativände
rung der Radaufhängung 10 in der fünften Ausführungsform
der Fig. 15 besteht, wird nun beschrieben.
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. In
Fig. 27 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine
Querkorrelation zwischen der Relativänderung der Radauf
hängung und dem ermittelten Wert der integrierten externen
Störung w2, welche vom Störungsbeobachter 32 ermittelt ist.
Der Korrelationskompensationsteil 90 kompensiert das Ergeb
nis der Berechnung der Korrelation durch das Ergebnis der
Berechnung der Korrelation, die Relativänderung und den im
Speicher 37 voreingestellten Kompensationswert h und elimi
niert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.
Der Diagnoseteil 36 stellt eine Unnormalität im Luftdruck
ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 fest, ba
sierend auf dem kompensierten Ergebnis der Berechnung der
Korrelation. Ein Wert, welcher basierend auf dem Ausgang
des Normalisierteils 72 bei normalem Luftdruck berechnet
ist, wird als Kompensationswert h verwendet.
Eine zwölfte Ausführungsform, bei welcher eine Korrelation
zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Relativgeschwindigkeit
der Radaufhängung 10 in der sechsten Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 16 besteht, wird nun beschrieben.
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. In
Fig. 28 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine
Querkorrelation zwischen der Relativgeschwindigkeit der
Radaufhängung und dem Ausgang w12 des Dämpferkonstanten
kompensationsteils 80, welcher vom Störungsbeobachter 32
ermittelt ist.
Der Korrelationskompensationsteil 35 kompensiert das Ergeb
nis der Berechnung der Korrelation durch das Ergebnis der
Berechnung der Korrelation, die Relativgeschwindigkeit und
den im Speicher 37 voreingestellten Kompensationswert h und
eliminiert den Einfluß der Straßenoberflächenstörung.
Der Diagnoseteil 36 stellt eine Unnormalität im Reifenluft
druck wie bei der Ausführungsform der Fig. 9 fest, basie
rend auf dem kompensierten Ergebnis der Berechnung der Kor
relation. Ein Wert, welcher basierend auf dem Ausgang des
Normalisierteils 72 bei normalem Luftdruck berechnet ist,
wird als Kompensationswert h verwendet.
Selbst wenn die interne Zustandsgröße der Radaufhängung mit
der externen Störung korreliert ist, ist es mit der Erfin
dung möglich, die Straßenoberflächenstörung in einfacher
Weise von der internen Störung zu trennen, welche durch die
Luftdruckunnormalität verursacht ist, und eine Unnormalität
im Reifenluftdruck festzustellen.
Eine Fahrzeugaufbaugewichtsfeststelleinrichtung zum Fest
stellen einer Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht unter Verwendung
der Grundlagen der Diagnoseeinrichtung für ein dy
namisches System gemäß der Erfindung wird nun genauer be
schrieben. Denen der vorhergehenden Ausführungsform ent
sprechende Teile oder Elemente sind mit gleichen Bezugszei
chen versehen und ihre Beschreibung fehlt.
Diese Ausführungsform wird nun in den folgenden beiden ge
trennten Fällen beschrieben: Ein Fall, bei welchem die Er
findung für eine aktive Radaufhängung angewendet wird, und
der andere Fall, bei welchem die Erfindung auf eine konven
tionelle und daher passive Radaufhängung angewendet wird.
Fig. 32 zeigt ein Radaufhängungssystem als Diagnoseobjekt
in dieser Ausführungsform. Da das System identisch mit dem
Diagnoseobjekt der Fig. 3 ist, sind in Fig. 32 Teile oder
Elemente, die denen der Fig. 3 entsprechen, mit gleichen
Bezugszeichen versehen und fehlt hier ihre Beschreibung. In
dem dynamischen System 10 sind, wie bei der zweiten und
dritten Ausführungsform, Beschleunigungssensoren 60b, 60c
zum Feststellen senkrechter Schwingungen eines Rades an
Überfeder- und Unterfederteilen angebracht. Dieses Radauf
hängungssystem 10 kann mit folgender Zustandsgleichung be
schrieben werden:
wobei a = k1/m1 + k2/m1 + k2/m2, b = 1/m1 + 1/m2, und T
eine Verzögerungszeit zwischen der Betriebsgröße u und der
aktiven Steuerkraft f ist.
In Fig. 32 stellt die Überfedermasse m2 ein Fahrzeugaufbau
gewicht dar. Entsprechend wird bei dieser Ausführungsform
die Fahrzeugkörpergewichtsänderung durch die Änderung des
Parameters m2 dargestellt und werden die Luftdruckunnorma
lität des Reifens 40, die Unnormalität der Gasfeder 46 und
die Unnormalität des Dämpfers 48 angenommen und behandelt
wie die entsprechenden Änderungen der Parameter k1, k2 und
Dm.
Fig. 33 ist ein Blockdiagramm des Systems dieser Ausfüh
rungsform. Das Radaufhängungssystem 10 als Diagnoseobjekt
ist ein System, welches so aufgebaut ist, daß es als einen
Eingang die vom Steuergerät ausgegebene Betriebsgröße u als
einen Eingang empfängt und derart, daß ein Vektor
der in Formel 84 enthalten ist, eine interne Zustandsgröße
ist.
Von verschiedenen in dem internen Zustandsvektor x enthal
tenen Elementen wird die Überfederbeschleunigung direkt von
dem Beschleunigungssensor 60b der Fig. 32 festgestellt und
eine Überfedergeschwindigkeit wird durch Integration der
Überfederbeschleunigung erhalten. Die Relativbeschleunigung
wird aus der Differenz zwischen der von dem Beschleuni
gungssensor 60c festgestellten Unterfederbeschleunigung und
der Überfederbeschleunigung erhalten. Die Relativgeschwin
digkeit wird durch Integration der Relativbeschleunigung
erhalten. Zum Durchführen dieser Berechnungen sind ver
schiedene Berechnungsteile in dem Radaufhängungssystem 10
dieser Ausführungsform eingebaut. Entsprechend ist der
Ausgang der Radaufhängung 10 ein interner Zustandsvektor
welcher in Formel 84 enthalten ist.
Das Steuergerät 12 dieser Ausführungsform empfängt als
einen Eingang den internen Zustandsvektor x, welcher wie
oben erwähnt ausgegeben wird, und berechnet und gibt die
Betriebsgröße u aus, welche einen Eingang des aktiven
Fehlersystems 10 bildet.
Des weiteren enthält die Diagnosevorrichtung 30 dieser Aus
führungsform, bei welcher das aktive Radaufhängungssystem
10 das Diagnoseobjekt ist, einen Störungsbeobachter 32,
einen Korrelationsberechnungsteil 34 und einen Größenände
rungsfeststellteil 90.
Der Störungsbeobachter 32 ist so aufgebaut, daß er als Ein
gänge den Ausgang u des Steuergerätes 12 und den Ausgang x
des aktiven Radaufhängungssystems 10 empfängt und die oben
angenommene Parameteränderung als eine interne Störung er
mittelt, welche in dem aktiven Radaufhängungssystem 10 ver
ursacht ist.
Der Zustandsfeststellteil 60 zieht die Zustandsgröße (in
diesem Fall f - u), welche einen Einfluß auf das System 10
entsprechend der Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2
ausübt, aus dem Ausgang x des aktiven Radaufhängungssystems
10 heraus. Der Grund, warum (f - u) als Zustandsgröße aus
gewählt ist, wird weiter unten in Verbindung mit der Be
triebsweise beschrieben.
Der Korrelationsberechnungsteil 34 enthält einen Querkorre
lationsberechnungsteil 70, einen Normalisierungsteil 72 und
einen Autokorrelationsberechnungsteil 74.
Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet eine Quer
korrelation zwischen der vom Störungsbeobachter 32 ermit
telten integrierten Störung und (f - u) und gibt sie als
Ausgang aus.
Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 berechnet eine Auto
korrelationsfunktion der Zustandsgröße (f - u).
Des weiteren normalisiert der Normalisierungsteil 72 die
vom Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnete Querkor
relationsfunktion mittels Division der Querkorrelation
durch die Autokorrelationsfunktion, welche vom Autokorrela
tionsberechnungsteil 74 berechnet ist, und der Größenände
rungsfeststellteil 90 stellt eine Änderung im Fahrzeugauf
baugewicht fest.
Die Betriebsweise dieser Ausführungsform wird nun beschrie
ben.
Die angenommenen Parameteränderungen sind folgendermaßen
definiert:
Wenn die oben erwähnten Parameteränderungen verursacht wer
den, kann eine Antwort des aufgrund der Änderung veränder
ten Systems 10 als eine zusammengesetzte Antwort betrachtet
werden, welche aus einer normalen Antwort und einer inter
nen Störung zusammengesetzt ist, die der Parameteränderung
entspricht.
Der Störungsbeobachter 32 empfängt als Eingänge das
Ausgangs- und Eingangssignal x und u des Radaufhängungs
systems 10 und ermittelt und berechnet einen integrierten
Störungsvektor w, der die innere und externe Störung ent
hält, und gibt den integrierten Störungsvektor w aus. Der
zu dieser Zeit ermittelte Wert ist folgender:
In Formel 86 sind die nur durch Änderung des Fahrzeugauf
baugewichts m2 angezeigten Terme Δa25f des dritten Terms und
Δb2u des vierten Terms des Störungselements:
sowie Δa45f des vierten Terms und Δb4u des fünften Terms des
Störungselements:
Um die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 von der durch
[Symbol 14] und [Symbol 15] angezeigten integrierten Ände
rung herauszuziehen, ist es zweckmäßig, das Störungselement
zu verwenden, welches frei von der Straßenoberflächenstö
rung ist,
welche eine externe Störung ist.
kann folgendermaßen umgeschrieben werden:
Die Größe Δ25, welche die Änderung des Fahrzeugaufbauge
wichts m2 darstellt, wird aus Formel 87 herausgezogen. Ent
sprechend berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70 eine
Querkorrelation zwischen der ermittelten integrierten Stö
rung
und (f - u). Unter der Annahme, daß diese Korrelation folgende
ist:
wird diese Formel 88 folgendermaßen berechnet:
Durch Berechnung einer solchen Querkorrelation werden der
Term von Δa25 und die restlichen Terme voneinander getrennt,
so daß nur die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 her
ausgezogen werden kann. Der ermittelte Wert der integrier
ten Störung
welche ausgegeben wird, wird erhalten, und ein mittlerer
Wert, ausgedrückt durch die folgende Gleichung, durch Auf
nehmen von (f - u) aufeinanderfolgend an einer Anzahl von N
Punkten.
Unter Verwendung dieser Mittelwerte wird die Korrelation
von Formel 89 berechnet. Da deren Korrelationsfunktion be
rechnet wird, werden die Terme mit Ausnahme des Terms von
Δa25 gestrichen, so daß der Wert folgender ist:
Die resultierende Korrelationsfunktion wird als das Produkt
des Terms, welcher die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts
m2 darstellt, und der Autokorrelationsfunktion der Zu
standsgröße (f - u) der Radaufhängung ausgedrückt, wobei
die Zustandsgröße bei der Berechnung der Korrelation be
nutzt wurde. Durch Division der erhaltenen Korrelations
funktion durch die Autokorrelationsfunktion der Zustandsgröße
(f - u) ist es daher möglich, die Änderung des Fahr
zeugaufbaugewichts m2 quantitativ festzustellen.
Die Autokorrelationsfunktion dieser Zustandsgröße (f - u)
wird vom Autokorrelationsberechnungsteil 74 berechnet und
dem Normalisierungsteil 72 zugeführt. Der Normalisierungs
teil 72 stellt die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2,
wie durch die folgende Gleichung gezeigt, fest und gibt sie
aus, indem die Korrelationsfunktion, die von dem Querkorre
lationsberechnungsteil 70 ausgegeben wird, durch die Auto
korrelationsfunktion geteilt wird, welche von dem Autokor
relationsberechnungsteil 74 ausgegeben wird.
In Formel 92 sind die Parameter m2 und T gegebene Werte.
Der Größenänderungsfeststellteil 90 berechnet daher die
folgende Gleichung unter Verwendung des Ausgangs J des Nor
malisierteils 72, so daß die Größenänderung Δm2 des Fahr
zeugaufgewichts m2 genau erhalten werden kann.
Bei dieser Ausführungsform wird (f - u) für die Zustands
größe ausgewählt, die bei der Berechnung der Korrelation
verwendet wird. Alternativ kann f ausgewählt werden. Dabei
berechnet der Querkorrelationsberechnungsteil 70 eine Kor
relation zwischen dem ermittelten Wert des ersten Elements
der integrierten Störung w1 und dem Zustand f und gibt
einen Wert aus, der durch die folgende Gleichung ausge
drückt wird:
Da der Zustand f derart ist, daß die Betriebsgröße u um
eine Zeit T verzögert ist, könnte die Korrelation C(u, f)
zwischen der Betriebsgröße u und dem Zustand f nicht null
sein. Um die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 zu er
halten, wird zuerst die Autokorrelation des Zustandes f be
rechnet und gleichzeitig wird eine Querkorrelation C(u, f)
zwischen der Betriebsgröße u und dem Zustand f erhalten.
Dann wird die Differenz C(f, f) - C(u, f) zwischen diesem
Wert und der Autokorrelationsfunktion C(f, f) des Zustandes
f erhalten. Der Normalisierteil 72 kann die Änderung des
Fahrzeugaufbaugewichts m2 feststellen, indem der Ausgang
des Querkorrelationsberechnungsteils 70 durch den Wert der
erhaltenen Differenz geteilt wird. Der Ausgang J des Norma
lisierteils 72 ist dabei folgender:
In gleicher Weise erhält der Querkorrelationsberechnungs
teil 70 eine Korrelationsfunktion
zwischen dem ermittelten Wert der Störung
und der Relativgeschwindigkeit
Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 erhält eine
Autokorrelationsfunktion
der Relativgeschwindigkeit
Der Normalisierungsteil 72 teilt die Korrelationsfunktion
durch die Relativgeschwindigkeit
der Autokorrelationsfunktion
Als Ausgang J des Normalisierungsteils 72 wird die Größe
ausgedrückt in Termen der Änderung der Gasfederkonstanten
k2 und der Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 erhalten.
Da die Größenänderung Δm2 des Fahrzeugaufbaugewichts m2 mit
dem Verfahren, welches in der oben beschriebenen Ausfüh
rungsform beschrieben wurde, unter Verwendung von Δm2 erhal
ten werden kann, ist es möglich, auch die Größenänderung Δk2
der Gasfederkonstanten k2 zu erhalten.
Des weiteren erhält der Querkorrelationsberechnungsteil 70
eine Korrelation
zwischen dem geschätzten Wert der Störung
und der Relativbeschleunigung
Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 erhält eine Auto
korrelationsfunktion
der Relativbeschleunigung
Der Normalisierteil 72 teilt die Korrelationsfunktion
durch die relative Beschleunigung
der Autokorrelationsfunktion
Als der Ausgang J des Normalisierungsteils 72 wird die
Größe
erhalten, ausgedrückt in Termen der Änderung der Dämpfer
konstanten Dm und der Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts
m2. Unter Verwendung der Größenänderung Δm2 des Fahrzeug
aufbaugewichts m2, welche in der obigen Ausführungsform er
halten wurde, wird die Größenänderung ΔDm der Dämpferkon
stanten Dm erhalten.
Ebenso erhält der Querkorrelationsberechnungsteil 70 eine
Korrelationsfunktion
zwischen dem ermittelten Wert der integrierten Störung
und der Relativgeschwindigkeit
Der Autokorrelationsberechnungsteil 74 erhält die Autokor
relationsfunktion
einer Relativbeschleunigung
Der Normalisierteil 72 teilt die Korrelationsfunktion
durch die Autokorrelationsfunktion
der Relativgeschwindigkeit
um die Größenänderung Δk1 der Reifenfederkonstanten k1 und
die Größe
ausgedrückt in Termen der Änderung Δk2 der Gasfederkonstan
ten k2 und der Änderung Δm2 des Fahrzeugaufbaugewichtes als
den Ausgang J des Normierteils
72
zu erhalten. Da die
Größenänderung der Gasfederkonstanten k2 und der Größen
änderung Δm des Fahrzeugaufbaugewichts m2 bereits nach dem
oben erwähnten Verfahren erhalten wurden, ist es möglich,
die Größenänderung Δk1 der Reifenfederkonstanten k1 zu
kennen.
Entsprechend dieser Ausführungsform kann die Größenänderung
des Fahrzeugaufbaugewichts m2 in einfacher Weise festge
stellt werden und, unter Verwendung des erhaltenen Wertes,
können die restlichen Parameter Größenänderungen ebenfalls
erhalten werden.
Unter Verwendung der Größenänderung des Fahrzeuggewichts
und der Größenänderungen der verschiedenen Parameter in den
Steuergesetzen der aktiven Radaufhängung ist es möglich,
ein optimal komfortables Fahren zu erreichen, welches die
sen Änderungen angepaßt ist.
Fig. 36 zeigt das Ergebnis einer basierend auf dem Block
diagramm der Fig. 33 durchgeführten Simulation. Bei dieser
Simulation geschieht die Ermittlung der Störung und die
Aufnahme von Daten jede 5 ms, um die Querkorrelation und
Autokorrelation unter Verwendung der in den vergangenen
zwei Sekunden erhaltenen Information zu berechnen. Gemäß
Fig. 36 kann durch Änderung der Fahrzeugaufbaugewichtsände
rung relativ zum Standardgewicht in einer Größenordnung von
0% bis 40% die Änderungsrate aus dem ermittelten Wert der
jeweiligen Größenänderung des Fahrzeuggewichts berechnet
werden. Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, daß die Ände
rungsrate des Fahrzeuggewichts mit einer Genauigkeit inner
halb einer Fehlerrate von plus/minus 10% ermittelt werden
kann.
Das Radaufhängungssystem, das das Diagnoseobjekt dieser
Ausführungsform ist, ist identisch mit dem Diagnoseobjekt
der Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung gemäß Fig. 13, so
daß seine Beschreibung hier fehlt. Wie oben erwähnt, ist
die Zustandsgleichung des Radaufhängungssystems 10 wie in
Formel 45.
In Fig. 13 stellt die Überfedermasse m2 ein Fahrzeugaufbau
gewicht dar. Entsprechend wird bei dieser Ausführungsform
die Fahrzeugaufbaugewichtsänderung durch die Änderung des
Parameters m2 dargestellt und die Luftdruckunnormalität des
Reifens 40, die Unnormalität der Gasfeder 46 und die Unnor
malität des Dämpfers 48 werden angenommen und behandelt wie
die entsprechenden Änderungen der Parameter k1, k2 und Dm.
Fig. 34 ist ein Blockdiagramm des Systems dieser Ausfüh
rungsform. Wie erwähnt, ist der Ausgang des Radaufhängungs
systems 10 oder des Diagnoseobjekts der interne Zustands
vektor x von Formel 45.
Die Diagnoseeinrichtung 30 dieser Ausführungsform, bei wel
cher das Radaufhängungssystem 10 das Diagnoseobjekt ist,
enthält einen Störungsbeobachter 32, einen Korrelationsbe
rechnungsteil 34, einen Zustandsfeststellteil 60 und einen
Größenänderungsfeststellteil 90. Der Störungsbeobachter 32
ist so aufgebaut, daß er als einen Eingang den Ausgang x
des passiven Radaufhängungssystems 10 empfängt und die Än
derung des oben angenommenen Parameters als die interne
Störung ermittelt, die im passiven Radaufhängungssystem 10
verursacht ist.
Der Zustandsfeststellteil 60 zieht vom Ausgang x des
passiven Radaufhängungssystems die Zustandsgrößen (hier die
Relativgeschwindigkeit und die Relativbeschleunigung)
heraus, welche aufgrund der Änderung des Fahrzeugaufbauge
wichts m2 einen Einfluß auf das System 10 ausüben.
Der Querkorrelationsberechnungsteil 34 enthält einen Quer
korrelationsberechnungsteil 70, einen Normalisierungsteil
72 und einen Autokorrelationsberechnungsteil 74.
Der Querkorrelationsberechnungsteil 70 berechnet und gibt
aus eine Querkorrelation zwischen der Störung, die vom Stö
rungsbeobachter 32 ermittelt ist, und der Relativgeschwin
digkeit und. Relativbeschleunigung.
Des weiteren berechnet der Autokorrelationsberechnungsteil
74 entsprechende Autokorrelationsfunktionen der Relativge
schwindigkeit und Relativbeschleunigung.
Der Normalisierungsteil 72 teilt die vom Querkorrelations
berechnungsteil 70 berechnete Querkorrelationsfunktion
durch die von dem Autokorrelationsberechnungsteil 74 be
rechnete Autokorrelationsfunktion, um die Querkorrelations
funktion zu normalisieren. Der Größenänderungsfeststellteil
90 stellt die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts fest.
Im folgenden wird die Betriebsweise der Einrichtung gemäß
dieser Ausführungsform beschrieben.
Die angenommenen Parameter sind wie folgt definiert:
Wenn die vorgenannte Parameteränderung auftritt, kann eine
Antwort des aufgrund der Änderung veränderten Radaufhän
gungssystems 10 als eine zusammengesetzte Anwort betrachtet
werden, welche die normale Antwort und eine interne Störung
enthält, die der Parameteränderung entspricht.
Der Störungsbeobachter 32 empfängt als Eingänge das Aus
gangssignal x und Eingangssignal u des Radaufhängungssy
stems 10 und ermittelt und berechnet den integrierten Stö
rungsvektor w, der die interne Störung enthält. Die ermittelte
Störung lautet dabei:
Da in Formel 100 kein Term vorhanden ist, der nur durch die
Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 dargestellt ist,
wird die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts m2 unter Ver
wendung einiger Änderungsterme festgestellt.
Zuerst berechnet der Querkorrelationsberechnungsteil 70
eine Querkorrelation zwischen dem ermittelten ersten und
zweiten Element der integrierten Störung
und der Relativgeschwindigkeit und der Relativbeschleuni
gung.
Unter der Annahme, daß die Querkorrelationsfunktion zwi
schen
und der Relativgeschwindigkeit beträgt
daß die Querkorrelationsfunktion zwischen
und der Relativbeschleunigung beträgt
und daß eine Querkorrelationsfunktion zwischen
und der Relativgeschwindigkeit beträgt
und daß die Querkorrelationsfunktion zwischen
und der Relativbeschleunigung beträgt
sind diese Werte wie folgt:
Durch Berechnung dieser Querkorrelationen werden die indi
viduellen Änderungsterme und die ermittelte integrierte
Störung von den restlichen Termen getrennt.
Durch Division der auf diese Weise berechneten Korrela
tionsfunktion durch die Autokorrelationsfunktion zwischen
der Relativgeschwindigkeit und Relativbeschleunigung können
die Änderungsterme herausgezogen werden. Der Normalisie
rungsteil 72 teilt die von dem Querkorrelationsberechnungs
teil 70 ausgegebene Korrelationsfunktion durch die von dem
Autokorrelationsberechnungsteil 74 ausgegebene Autokorrela
tionsfunktion, um vier Werte wie folgt auszugeben:
Aus dem so ermittelten (Jij (i, j = 1, 2)) stellt der Größenänderungsfest
stellteil 90 die Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts fest.
Da die angenommenen Parameteränderungen vier Arten von Änderungen
Δm, Δk1, ΔDm und der Ausgang des Normalisierteils
72 vier Arien von Ausgängen J11, J12, J21, J22 sind, können
die Größenänderungen unter Verwendung des Verfahrens, wie
simultane Gleichungen, ermittelt werden.
Wenn beispielsweise J12 zu J22 addiert wird, ist das Ergeb
nis folgendes:
Da m1 und Dm bereits bekannt sind, kann die Größenänderung
ΔDm der Dämpferkonstante aus der vorhergehenden Gleichung
erhalten werden.
Mittels der so erhaltenen Größe ΔDm und J12 kann die Größen
änderung Δm2 des Fahrzeugaufbaugewichts erhalten werden.
Aus den so erhaltenen Größen Δm2 und J11 kann weiter die
Größenänderung Δk2 der Gasfederkonstanten erhalten werden. Da
Δm2 und Δk2 nun bekannt sind, ist es möglich, die Größen
änderung Δk1 der Reifenfederkonstante aus diesen Werten und
J21 zu erhalten.
Selbst wenn die Größenänderung des Fahrzeugaufbaugewichts
nicht direkt durch den Ausgang des Normalisierteils 72
erhalten wird, ist es auf diese Weise bei dieser Ausfüh
rungsform möglich, die Größenänderung des Fahrzeugaufbau
gewichts durch Verwendung einer Anzahl von Ausgängen des
Normalisierteils 72 festzustellen. Ebenso können die rest
lichen Parametergrößenänderungen erhalten werden.
Diese Ausführungsform, die auf die passive Radaufhängung
angewandt wurde, kann ebenso auf eine aktive Radaufhängung
angewendet werden.
Bei dieser Ausführungsform ist die Diagnoseeinrichtung 30
mit der Annahme aufgebaut, daß zwischen der Straßenober
flächenstörung und der internen Zustandsgröße keine Korre
lation besteht. Je nach Konstruktion der Radaufhängung und
des Steueralgorithmus des Steuergerätes 12 könnte jedoch
eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und
der internen Zustandsgröße bestehen. Als die folgende Aus
führungsform wird nun eine Fahrzeugaufbaugewichtsänderungs
feststelleinrichtung in Anwendung auf einen solchen Fall
beschrieben:
Fig. 35 zeigt eine vierzehnte Ausführungsform, bei welcher
eine Korrelation zwischen der Straßenoberflächenstörung und
der internen Zustandsgröße der Radaufhängung 10 besteht.
In Fig. 35 berechnet der Korrelationsberechnungsteil 70
eine Querkorrelation zwischen den internen Zustandsgrößen,
die die Relativgeschwindigkeit und Relativbeschleunigung
der Radaufhängung sind, und dem ermittelten Wert der inte
grierten Störung, ermittelt vom Störungsbeobachter 32. Wenn
zwischen diesen eine Korrelation besteht, ist es unmöglich,
jeglichen Einfluß der Straßenoberflächenstörung zu
eliminieren, welche als die externe Störung eindringt.
Daher kompensiert der Korrelationskompensationsteil 35 das
Ergebnis der Berechnung der Korrelation durch das Ergebnis
der Berechnung der Korrelation, die internen Zustandsgrößen
und den Kompensationswert h, der vorher in dem Speicher 37
gespeichert wurde, und eliminiert dadurch den Einfluß der
Straßenoberflächenstörung.
Der Größenänderungsfeststellteil 90 stellt die Größenänderung
des Fahrzeugaufbaugewichts, basierend auf dem kompen
sierten Ergebnis der Berechnung der Korrelation in gleicher
Betriebsweise wie bei der vorhergehenden Ausführungsform
der Fig. 34 fest.
Im folgenden wird die Betriebsweise des Korrelationskompen
sationsteils 35 beschrieben.
Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform werden die ange
nommenen Parameter wie folgt definiert:
Wenn die obengenannte Änderung verursacht wird, ermittelt,
wie oben erwähnt, der Störungsbeobachter 32 die durch die
Formel 100 ausgedrückte Störung. Wie bei der vorhergehenden
Ausführungsform berechnet der Korrelationsberechnungsteil
70 eine Korrelation zwischen dem ermittelten Wert der inte
grierten Störung und der Relativgeschwindigkeit, und der
Normalisierungsteil 72 teilt dieses Ergebnis durch eine
Autokorrelationsfunktion der Relativgeschwindigkeit. Als
ein Ergebnis ist der Ausgang des Normalisierteils 73 fol
gender:
Wenn zwischen der Straßenoberflächenstörung und der Rela
tivgeschwindigkeit und Relativbeschleunigung eine Korrela
tion besteht, üben somit der zweite Term der rechten Seite
von J21 und der dritte Term der rechten Seite von J22 von
Formel 106 einen Einfluß auf das Ergebnis der Korrelations
berechnung aus.
Unter dem Normalzustand frei von Parameteränderungen ist
der Ausgang des Normalisierungsteils 72 gleich der Formel
106, wobei:
Dieser Wert kann wie folgt ausgedrückt werden:
Von diesen Ausgangsergebnissen wird der folgende Wert:
welcher durch Division von J21 und J22 durch k1/m1 erhalten
wird, vorher im Speicher
37
als der Kompensationswert h ge
speichert.
Der Kompensationswert h1, h2 ist nämlich im wesentlichen
konstant, unabhängig von der Größe der Straßenoberflächen
störung. Deshalb werden J21 und J22 des Ausgangs des Norma
lisierungsteils 72, wenn der Parameterwert normal ist und
unter einem geeigneten Betriebszustand der Radaufhängung
10, und ein auf Formel 109 basierendes Berechnungsergebnis
in dem Speicher 37 gespeichert und werden als die Kompensa
tionswerte verwendet.
Unter Verwendung dieses Kompensationswertes führt der Kor
relationskompensationsteil 35 die folgende Kompensation
durch:
Als ein Ergebnis gibt der Korrelationsberechnungsteil 35
die folgenden Werte aus:
Der Größenänderungsfeststellteil 90 stellt die Größenänderung
des Fahrzeugaufbaugewichts, basierend auf Formel 111,
fest. In Formel 111 sind nämlich die erhaltenden Variablen
vier Variable Δk1, Δk2, Δm2, ΔDm. Da Formel 111 vier Glei
chungen enthält, ist es möglich, die Parametergrößenände
rungen Δk1, Δk2, Δm2, ΔDm. Zu erhalten, indem beispielsweise
simultane Gleichungen verwendet werden. Die Parametergrö
ßenänderungen enthalten die Größenänderung Δm2 des Fahr
zeugaufbaugewichts.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Standardzustand des
Fahrzeugaufbaugewichts als Fahrzeugaufbaugewicht angenom
men, wenn die Kompensationswerte h im Experiment aufge
zeichnet werden.
Die Korrelation zwischen der aktuellen Änderung des Fahr
zeugaufbaugewichts und dem entsprechend dieser Ausführungs
form ermittelten Wert ist in Fig. 36 dargestellt. Entspre
chend dieser Ausführungsform ist es möglich, die Änderung
des Fahrzeugaufbaugewichts genau zu ermitteln.
Im folgenden wird eine fünfzehnte Ausführungsform der Er
findung beschrieben.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird ein Fehler
des Systems aus der integrierten Störung diagnostiziert,
wenn zwischen den Zuständen des dynamischen Systems keine
Korrelation besteht. Alternativ kann, abhängig vom System,
eine Korrelation zwischen den Zuständen bestehen. In dem
alternativen Fall bei dem Verfahren der Normalisierung der
Korrelation zwischen der integrierten Störung und dem Zu
stand durch die Autokorrelation des Zustandes, wie durch
den Korrelationsberechnungsteil 34 angezeigt, könnte bei
einer Diagnose ein Fehler auftreten.
In einem solchen Fall wird die Korrelation zwischen Zustän
den unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate
kompensiert. Fig. 37 ist ein Blockdiagramm, welches dieses
Verfahren zeigt. In Fig. 37 ist die Änderung, beispielswei
se des Reifenluftdrucks, durch die Änderung in physikali
schen Parametern des Systems 10 ersetzt. Diese Änderung
wird als die interne Störung von dem Störungsbeobachter 32
ermittelt; das heißt, der Störungsbeobachter ermittelt den
internen Störungsvektor, der durch die Summe der externen
Störung d und der internen Störung ΔAx dargestellt ist, wie
bereits erwähnt. Das erste Element des integrierten Stö
rungsvektors kann als Formel 26 geschrieben werden.
In Formel 26 ist angenommen, daß Δa11 ein Element ist,
welches auf die Reifenluftdruckänderung zurückgeht, und daß
die restlichen Elemente durch die Änderung mit Ausnahme des
Reifenluftdruckes verursacht sind. Nun sei angenommen, daß
eine Korrelation beispielsweise zwischen den Zuständen x1
und x2 besteht. In diesem Fall wird, um Δa11 festzustellen,
eine Korrelation C([Dw]1, x1) zwischen [Dw]1 und x1 folgen
dermaßen berechnet:
Wenn Formel 117 durch die Autokorrelation C(x1, x1) des
Zustandes x1 geteilt wird, ergibt sich folgendes:
Da eine Korrelation zwischen den Zuständen x1 und x2 be
steht, ist der zweite Term der rechten Seite der vorher
gehenden Formel jedoch nicht null.
Selbst wenn die Korrelation C(x1, x2) zwischen den Zuständen
x1 und x2 vorher ermittelt würde, könnte in diesem Fall die
Kompensation nicht durchgeführt werden, da Δa12 nicht be
kannt sein kann. Mit anderen Worten, solange Δa12 nicht null
ist, ist es unmöglich, Δa11 genau zu erhalten.
Folglich wird Formel 26 folgendermaßen umgeschrieben:
Δa wird derart, daß ein quadrierter Fehlerindex minimiert
wird, ausgedrückt durch die folgende Formel erhalten:
Die vorhergehende Gleichung wird partiell nach Δa differen
ziert und das Ergebnis zu null gesetzt.
Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß nicht nur
Δa11 sondern auch die andere Änderung des Systems gleich
zeitig als der Änderungsvektor Δa erhalten werden.
Formeln 119, 120, 121 entsprechen den Formeln 112, 113,
114.
Ein anderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß
die Korrelation zwischen den Zuständen automatisch gestri
chen wird.
Beispielsweise wenn:
wird jeder Term der rechten Seite von Formel 121 folgender
maßen ausgedrückt:
Wenn die rechte Seite von Formel 121 berechnet wird,
werden die Terme, die die Korrelation C(x1, x2) zwischen den
Zuständen enthalten, gestrichen, so daß die Änderungen Δa11,
Δa12 des Systems gleichzeitig erhalten werden.
Mittels einer solchen Operation ermittelt ein nach dem Ver
fahren der kleinsten Quadrate arbeitender Berechnungsteil
134 basierend auf der rechten Seite von Formel 121 die Än
derung des Systems und gibt das Ergebnis an den Diagnose
teil.
Des weiteren muß in Formel 121 eine inverse Matrix berech
net werden; wenn die Ordnung der Matrix hoch ist, wird ein
großer Speicher und eine lange Berechnungszeit benötigt, um
die inverse Matrix zu berechnen. Dies kann jedoch vermieden
werden, indem eine asymptotische Gleichung entsprechend
folgendem verwendet wird:
Aus der vorhergehenden Gleichung kann Formel 121 wie folgt
umgeschrieben werden:
Formel 126 entspricht Formel 115.
Bei dem Verfahren von Formel 126 wird die asymptotische
Gleichung wie folgt initialisiert:
und die Berechnung beginnt von N = 0. Da es unnötig ist, die
inverse Matrix zu berechnen, ist es bei diesem Verfahren
möglich, die Berechnungszeit und die Speichergröße bei
einer Matrix von hoher Ordnung im Vergleich mit dem Verfah
ren, Formel 121 direkt zu berechnen, zu verringern.
Formel 120 als Fehlerindex wird durch das folgende ersetzt:
die folgende asymptotische Gleichung kann erhalten werden:
In Formel 129 wird λ als "Vergeß"-Faktor bezeichnet. Dieses
Verfahren besteht darin, die Änderung des Systems zu erhal
ten, wobei alten Daten ein geringes Gewicht gegeben wird.
Dieses Verfahren konvergiert schnell im Vergleich zur For
mel 126 und ist effektiv, wenn die Änderung des Systems
sich mit der Zeit deutlich ändert.
Im folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, bei
welcher die Erfindung auf das dynamische System von Fig. 3
angewendet wird. Fig. 38 ist ein Blockdiagramm dieser Aus
führungsform. Bei dieser Ausführungsform werden, wie bei
der ersten Ausführungsform, eine Unnormalität des Reifen
luftdrucks, eine Druckunnormalität der Gasfeder 46, ein
Fehler des Dämpfers 38 als Fehler angenommen. Dabei wird,
wie bereits erwähnt, die Zustandsgleichung des dynamischen
Systems durch Formel 15 ausgedrückt; die von dem Störungs
beobachter 32 bei Auftreten eines Fehlers ermittelte inte
grierte Störung wird durch die Formel 18 beschrieben.
In dem nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate arbeiten
den Berechnungsteil 134, der
oder eine asymptotische Gleichung entsprechend Formel 131
verwendet, kann die durch die folgende Gleichung:
ausgedrückte Größenänderung, basierend auf folgendem, er
halten werden:
Unter Verwendung von
oder einer asymptotischen Gleichung entsprechend Formel
134, kann des weiteren die Größenänderung, ausgedrückt
durch die folgende Formel:
basierend auf dem folgenden erhalten werden:
Aus diesem Δa ist es möglich, Δk1, Δk2, ΔDm zu erhalten.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Beschreibung in Ver
bindung mit einer aktiven Radaufhängung, wenn u nicht null
beträgt. Die Erfindung kann auch auf eine passive Radauf
hängung angewendet werden, wenn u null ist.
Claims (12)
1. Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems
(10) durch Feststellen eines Fehlers des dynamischen Systems, enthaltend:
- a) eine Störungsermittlungsvorrichtung (32) zum Abschätzen eines inte grierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Stö rungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
- b) eine Korrelationsberechnungsvorrichtung (34) zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem inter nen Zustandsvektor und zum Abtrennen einer in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente von dem integrierten Störungsvektor; und
- c) eine Diagnosevorrichtung (36) zum Spezifizieren und Diagnostizieren eines entsprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente.
2. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Korrelationsbe
rechnungsvorrichtung (34) so aufgebaut ist, daß eine Korrelation zwischen einem Ele
ment des integrierten Störungsvektors und einem nicht mit der externen Störung korre
lierten Element des internen Zustandsvektors berechnet wird und daß von dem Element
des integrierten Störungsvektors eine in Beziehung zu der internen Störung stehenden
Komponente abgetrennt wird.
3. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Korrelati
onsberechnungsvorrichtung (34) so aufgebaut ist, daß eine Querkorrelation zwischen
einer Mehrzahl von Elementen des abgeschätzten integrierten Störungsvektors und einem
nicht mit der internen Störung korrelierten Element des internen Zustandvektors berech
net wird und daß von den Elementen des integrierten Störungsvektors Elemente, die in
Beziehung zu der internen Störung stehen, abgetrennt werden, und daß die Diagnosevor
richtung so aufgebaut ist, daß der Fehlerteil des dynamischen Systems aus den abge
trennten Elementen, die mit der internen Störung in Beziehung stehen, spezifiziert wird.
4. Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Diagnosti
zieren des Reifenluftdrucks, wobei das dynamische System eine Radaufhängung und ein
Rad enthält,
der interne Störungsvektor aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynami schen System erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
die Diagnosevorrichtung den Zustand des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente spezifi ziert.
der interne Störungsvektor aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynami schen System erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
die Diagnosevorrichtung den Zustand des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente spezifi ziert.
5. Reifenluftdruckdiagnoseeinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die
Diagnosevorrichtung einen Autokorrelationsberechnungsteil zum Berechnen einer Auto
korrelation eines nicht mit der externen Störung korrelierten Elements des internen
Störungsvektors enthält und den Zustand des Reifenluftdruckes, basierend auf dem
Querkorrelationswert und dem Autokorrelationswert, diagnostiziert.
6. Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems
(10) durch Feststellen eines Fehlers des dynamischen Systems, enthaltend:
- a) eine Störungsermittlungsvorrichtung (32) zum Abschätzen eines inte grierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Stö rungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems;
- b) eine Kompensationswertspeichervorrichtung (37) zum Speichern einer Korrelation zwischen dem internen Zustandsvektor in einem vorbestimmten Standardzu stand und dem externen Störungsvektor als ein Kompensationswert;
- c) eine Korrelationsberechnungsvorrichtung (34) zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor;
- d) eine Korrelationskompensationsvorrichtung (35) zum Abtrennen einer in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente von dem integrierten Stö rungsvektor, durch Kompensation der von der Korrelationsberechnungsvorrichtung berechneten Querkorrelation, basierend auf dem internen Zustandsvektor und dem Kompensationswert, um jeden Einfluß durch die externe Störung auszuschalten; und
- e) eine Diagnosevorrichtung (36) zum Spezifizieren und Diagnostizieren eines entsprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten Kom ponente, welche in Beziehung zu der internen Störung steht.
7. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 6 zum Diagnostizieren des Reifen
luftdrucks, wobei das dynamische System eine Radaufhängung und ein Rad enthält,
der interne Störungsvektor aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynami schen Systems erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
die Diagnosevorrichtung den Zustandes des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der in Beziehung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Komponente diagnostiziert.
der interne Störungsvektor aufgrund einer Änderung des Reifenluftdrucks im dynami schen Systems erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
die Diagnosevorrichtung den Zustandes des Reifenluftdrucks des dynamischen Systems aus der in Beziehung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Komponente diagnostiziert.
8. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zum Diagnostizieren einer
Änderung des Fahrzeugaufbaugewichts eines dynamischen Systems, welches eine Rad
aufhängung und ein Rad aufweist, wobei
der interne Störungsvektor aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dy namischen Systems erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
eine Feststellvorrichtung eine Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht in dem dynamischen System aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente, feststellt.
der interne Störungsvektor aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dy namischen Systems erzeugt wird, der externe Störungsvektor aufgrund einer Einwirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
eine Feststellvorrichtung eine Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht in dem dynamischen System aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente, feststellt.
9. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 6 zum Diagnostizieren einer Ände
rung im Fahrzeugaufbaugewicht eines dynamischen Systems, welches eine Radaufhängung
und ein Rad enthält, wobei
der interne Störungsvektor aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dy namischen Systems erzeugt wird, der externen Störungsvektor aufgrund einer Ein wirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
eine Feststellvorrichtung die Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht in dem dynamischen System aus der in Beziehung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Kompo nente feststellt.
der interne Störungsvektor aufgrund der Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht des dy namischen Systems erzeugt wird, der externen Störungsvektor aufgrund einer Ein wirkung auf das dynamische System von der Straßenoberfläche aus erzeugt wird, und
eine Feststellvorrichtung die Änderung im Fahrzeugaufbaugewicht in dem dynamischen System aus der in Beziehung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Kompo nente feststellt.
10. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 6, bei welcher die
Diagnosenvorrichtung enthält:
- a) einen Speicherteil, in welchem ein Fehlerfeststellstandardwert vorher gespeichert wird, welcher jedem Element der in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente entspricht; und
- b) ein Fehlerspezifizierteil zum Vergleichen jedes Elements der in Bezie hung zu der internen Störung stehenden, abgetrennten Komponente mit dem entspre chenden Fehlerfeststellstandardwert und zum Spezifizieren des Fehlerteils des dynami schen Systems.
11. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 6 oder 10, zusätzlich ent
haltend einen Sensor zum Messen von allen oder eines Teils von Elementen des internen
Zustandsvektors des dynamischen Systems.
12. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 6 oder 10, bei welchem die
Störungsermittlungsvorrichtung derart aufgebaut ist, daß alle oder ein Teil der Elemente
des internen Zustandsvektors des dynamischen Systems abgeschätzt und berechnet wer
den.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34536292 | 1992-11-30 | ||
JP19782893 | 1993-07-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4340746A1 DE4340746A1 (de) | 1994-06-01 |
DE4340746C2 true DE4340746C2 (de) | 2003-11-27 |
Family
ID=26510593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4340746A Expired - Fee Related DE4340746C2 (de) | 1992-11-30 | 1993-11-30 | Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5412584A (de) |
DE (1) | DE4340746C2 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006006947A1 (de) * | 2006-02-14 | 2007-08-23 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung des Luftdrucks eines Fahrzeugreifens |
DE102006017824A1 (de) * | 2006-04-13 | 2007-10-18 | Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh | Diagnose in automotiven Anwendungen |
DE102007054082B4 (de) * | 2007-01-19 | 2010-04-29 | Ford Global Technologies, LLC, Dearborn | In einem fahrzeugeigenen Diagnosesystem verwendetes Unebene-Straße-Erfassungssystem |
DE102011082806A1 (de) | 2011-09-16 | 2013-03-21 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5808919A (en) * | 1993-11-23 | 1998-09-15 | Hewlett-Packard Company | Diagnostic system |
US5463893A (en) * | 1994-05-16 | 1995-11-07 | General Electric Company | Sensor matching through real-time output compensation |
US5710723A (en) * | 1995-04-05 | 1998-01-20 | Dayton T. Brown | Method and apparatus for performing pre-emptive maintenance on operating equipment |
DE19607429B4 (de) * | 1996-02-28 | 2004-02-19 | Daimlerchrysler Ag | Fehlertolerante Steuerungseinrichtung für ein physikalisches System, insbesondere Fahrdynamikregeleinrichtung für ein Kraftfahrzeug |
EP0850816A3 (de) * | 1996-12-25 | 1999-04-14 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Diagnoseapparat für ein dynamisches System, Vorrichtung zur Schätzung des Bremsdruckes, Antiblockierbremsregler, und Bremsdruckregler |
DE19803386A1 (de) * | 1998-01-29 | 1999-08-05 | Daimler Chrysler Ag | Vorrichtung zur Überwachung des Luftdrucks eines Fahrzeugreifens |
DE19823369A1 (de) * | 1998-05-18 | 1999-12-09 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Prüfen einer Radaufhängung |
JP3787038B2 (ja) * | 1998-09-10 | 2006-06-21 | トヨタ自動車株式会社 | 弾性支持装置、車両用弾性支持装置及び車両用サスペンション装置のための制御装置 |
DE19949982C2 (de) * | 1999-10-16 | 2002-11-14 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Einrichtung zum Überprüfen von Radaufhängungskomponenten |
JP3437807B2 (ja) * | 1999-10-18 | 2003-08-18 | 株式会社山武 | 制御演算装置及び制御演算方法 |
GB0113627D0 (en) * | 2001-06-05 | 2001-07-25 | Univ Stirling | Controller and method of controlling an apparatus |
DE10320809A1 (de) * | 2003-05-08 | 2004-11-25 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Verfahren zur Erkennung und Überwachung der Bewegung bei Fahrzeugen |
FR2858267B1 (fr) * | 2003-07-31 | 2006-03-03 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Methode d'evaluation de la pression des pneumatiques, et vehicule automobile equipe d'un dispositif de serveillance de la pression apte a la mettre en oeuvre. |
US6864836B1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-08 | Navcom Technology, Inc. | Method for receiver autonomous integrity monitoring and fault detection and elimination |
US9098951B2 (en) * | 2012-09-28 | 2015-08-04 | Firestone Industrial Products Company, Llc | Indicator of estimated spring life as well as gas spring assembly, system and method |
US9824511B2 (en) * | 2015-09-11 | 2017-11-21 | GM Global Technology Operations LLC | Vehicle diagnosis based on vehicle sounds and vibrations |
KR20210023537A (ko) | 2019-08-23 | 2021-03-04 | 현대자동차주식회사 | 타이어 정보 제공 장치 및 방법 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4063311A (en) * | 1976-08-17 | 1977-12-13 | Cincinnati Milacron Inc. | Asynchronously operating signal diagnostic system for a programmable machine function controller |
US5023045A (en) * | 1989-02-07 | 1991-06-11 | Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan | Plant malfunction diagnostic method |
US5041976A (en) * | 1989-05-18 | 1991-08-20 | Ford Motor Company | Diagnostic system using pattern recognition for electronic automotive control systems |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6322707A (ja) * | 1986-02-22 | 1988-01-30 | Komatsu Ltd | タイヤ空気圧警報装置 |
US5214595A (en) * | 1988-05-16 | 1993-05-25 | Hitachi, Ltd. | Abnormality diagnosing system and method for a high voltage power apparatus |
JPH0738011B2 (ja) * | 1988-05-16 | 1995-04-26 | 株式会社日立製作所 | 高圧電力機器の異常診断システム |
-
1993
- 1993-11-30 DE DE4340746A patent/DE4340746C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-11-30 US US08/159,196 patent/US5412584A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4063311A (en) * | 1976-08-17 | 1977-12-13 | Cincinnati Milacron Inc. | Asynchronously operating signal diagnostic system for a programmable machine function controller |
US5023045A (en) * | 1989-02-07 | 1991-06-11 | Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan | Plant malfunction diagnostic method |
US5041976A (en) * | 1989-05-18 | 1991-08-20 | Ford Motor Company | Diagnostic system using pattern recognition for electronic automotive control systems |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WILLSKY, ALAN S. und JONES, HAROLD L.: A Genera- lized Likelihood Ratio Approach to the Detection and Estimation of Jumps in Linear Systems. In: IEEE Transactions On Automatic Control, Februar 1976, Vol. AC-21, Nr. 1, S. 108-112 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006006947A1 (de) * | 2006-02-14 | 2007-08-23 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung des Luftdrucks eines Fahrzeugreifens |
DE102006017824A1 (de) * | 2006-04-13 | 2007-10-18 | Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh | Diagnose in automotiven Anwendungen |
US7991583B2 (en) | 2006-04-13 | 2011-08-02 | Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh | Diagnosis in automotive applications |
DE102006017824B4 (de) * | 2006-04-13 | 2018-10-11 | Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh | Methode zum Konstruieren einer Diagnosefunktion |
DE102007054082B4 (de) * | 2007-01-19 | 2010-04-29 | Ford Global Technologies, LLC, Dearborn | In einem fahrzeugeigenen Diagnosesystem verwendetes Unebene-Straße-Erfassungssystem |
DE102011082806A1 (de) | 2011-09-16 | 2013-03-21 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen |
WO2013037560A1 (de) | 2011-09-16 | 2013-03-21 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren und vorrichtung zur diagnose von fehlern in bauteilen von fahrwerksystemen von kraftfahrzeugen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4340746A1 (de) | 1994-06-01 |
US5412584A (en) | 1995-05-02 |
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