Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine solche Anordnung kann z.B. in einer Gierregelung verwendet werden, mit der die Fahrsta¬ bilität eines Kraftfahrzeugs erhöht wird, z.B. bei falschen Fahrmanövern durch den Fahrer oder um einen Seitenwind zu kompensieren. Gierbewegungen sind Drehungen des Kraftfahr¬ zeugs um seine Hochachse, d.h. um eine senkrecht zu der Fahr- bahnoberflache durch seinen Schwerpunkt verlaufende Achse.

Fahrzeugstellgrößen für eine Gierregelung können entweder ein asymmetrisches Bremsen des Fahrzeugs durch eine ausschlie߬ liche oder unterschiedlich starke Betätigung der Bremsen auf einer Seite des Kraftfahrzeugs oder eine Verstellung des Hin- terachslenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug mit Hinterradlen¬ kung sein.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Regelung der Fahrzeugbe- wegung wird der Einfluß von destabilisierenden Kräften am Fahrzeug durch Messen eines aktuellen "Giergrades" festge¬ stellt, ein erwünschter Giergrad ermittelt und mit dem aktu¬ ellen Giergrad verglichen, und gemäß dem Vergleichsergebnis die Bremsen betätigt, um das Fahrzeug stabil zu halten (DE 39 19 347 AI) .

Die Giergeschwindigkeit (auch als Gierrate bezeichnet) wird mit einem Gier- oder Drehgeschwindigkeitssensor (auch Gierra¬ tensensor) gemessen und in ein elektrisches Signal umgesetzt. Die Güte des verwendeten Sensors bestimmt maßgeblich die Ge¬ nauigkeit der Fahrstabilitätsregelung. Wirtschaftlich in Se¬ rien produzierte Giergeschwindigkeitssensoren, die in Kraft-

fahrzeugen verwendet werden können, basieren zum Beispiel auf dem Prinzip der Messung des Einflusses der Corioliskraft auf eine schwingende Keramikstruktur (Fox, C.H.J. : Vibrating Cylinder Gyro - Theory of Operation and Error Analysis. Uni- versity of Stuttgart Gyro Symposium, September 1988) oder auf ein stimmgabelähnliches Bauteil (JEE, September 1990, Seiten 99 bis 104) .

Ein technisches Problem insbesondere kostengünstiger Sensoren liegt darin, daß die Kennlinienparameter (Steigung und

NullpunktsOrdinate) stark von der Temperatur abhängen und daß die Temperaturabhängigkeit selbst bei in Serie gefertigten Sensoren stark von Sensor zu Sensor streut. Dieses Problem wird durch eine in der älteren Anmeldung P 4340719 (unser Zeichen: 93 P 1828) beschriebene Schaltungsanordnung gelöst.

Die Anzahl der momentan am Markt für den automobilen Einsatz zur Verfügung stehenden Sensoren ist auf wenige begrenzt. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Es gibt unter- schiedliche Basisstrukturen für die vibrierenden Teile der Sensoren: Keramikzylinder aus gesintertem Material, Metall- ringe mit aufwendiger Speichenkonstruktion zur Befestigung und Stimmgabelstrukturen aus Metall. Die Basismaterialien werden durch aufgeklebte Piezokeramiken oder im Fall des Me- tallringes durch magnetische Anregung zum Schwingen gebracht. Die Signalauskopplung erfolgt ebenfalls über aufgeklebte Pie¬ zokeramiken oder induktiv bei den Metallringen. Die derzeit verfügbaren stehenden Sensoren sind mikromaschinell herge¬ stellt, es gibt aber noch keine mikromaschinellen Sensoren aus Silizium, wie es sie etwa bei Beschleunigungsensoren gibt.

Von den Sensorherstellern werden zwar aufwendige mechanische Fehleranalysen der Sensorelemente durchgeführt, eine voll- ständige Sicherheit über die gesamte Lebensdauer des Sensor kann jedoch kein Sensorhersteller garantieren. Für den Sensor

gibt es zwar die Forderung nach einer Kennlinienbegrenzung im funktionsfähigen Zustand und nach einem fest definierten Spannungsbereich im Fehlerfall, es gibt aber Sensorausfälle, die durch eine nachgeschaltete Auswerteelektronik nicht er- kannt werden. Eine Steigerung der Sensorsicherheit erfordert einen hoher Aufwand, zum Beispiel in Form von elektronischen ÜberwachungsSchaltungen für den einzelnen Sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schaltungsauf- wand für die Überwachung der Sensoren zu verringern, indem die Überwachung programmgesteuert von einem Rechner durchge¬ führt wird, der in dem Steuergerät, das die Sensorsignale auswertet, ohnehin vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaltungsanord- nung nach Anspruch 1 gelöst. Diesem Steuergerät werden die Signale mindestens eines Sensors - in den meisten Fällen meh¬ rerer Sensoren - zugeführt, der oder die fahrzustandsabhän¬ gige Größen, wie z.B. den Lenkradwinkel, die Raddrehzahlen, die Quer- und Längsbeschleunigung usw., erfassen. Durch das Steuergerät wird aus diesen Signalen eine Referenzgierge¬ schwindigkeit berechnet und mit der von dem Sensor gemessenen Giergeschwindigkeit verglichen. Außerdem wird eine Plausibi¬ litätsprüfung bezüglich des Giergeschwindigkeits-Sensorsi- gnals durchgeführt. Liegt bei gegebener Plausibilität die

Differenz der beiden Giergeschwindigkeiten über einem vorgege¬ benen Wert, so wird der Sensor als fehlerhaft betrachtet und ein entsprechendes Diagnosebit gesetzt.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran¬ sprüchen zu entnehmen.

Vorteil ist, daß in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsi¬ tuation verschiedene Algorithmen eingesetzt werden können, um die Gierrate aus unterschiedlichen fahrspezifischen Zustands- großen zu berechnen. Das Umschalten zwischen den Algorithmen

erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe einer Fuzzy-Logikschal- tung.

Zustandsgrößen können sowohl mit Sensoren gemessen werden, als auch aus einem in dem Steuergerät abgelegten mathemati¬ schen Fahrzeugmodell hergeleitet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an¬ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur l ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anord¬ nung mit einem Steuergerät, in schematischer Dar¬ stellung; Figur 2 eine Fuzzy-Logikschaltung als Bestandteil des Steuer- geräts von Figur 1 und

Figur 3 ein Ablaufdiagramm des Programms, mit dem das Steuer¬ gerät den Giergeschwindigkeitssensor überwacht.

Ein Kraftfahrzeug 1 (Figur 1) enthält eine Schaltungsanord- nung zum Auswerten der Signale eines Giergeschwindigkeitssen- sors, die Bestandteil eines Giergeschwindigkeits-Regelkreises ist. Dieser Regelkreis schließt ein elektronisches Steuerge¬ rät 2, einen Aktuator oder Aktor 3 und mehrere Sensoren ein: Vier Raddrehzahlsensoren 4 bis 7, die die Radgeschwindigkei- ten des vorderen linken Rades vl, des vorderen rechten Rades vr, des hinteren linken Rades hl bzw. des hinteren rechten Rades hr messen. Außerdem ein Lenkradwinkelsensor 10, ein Giergeschwindigkeitssensor 11, ein Längsbeschleunigungssensσr 12 und ein Querbeschleunigungssensor 13. Die Schaltungs- anordnung kann noch weitere, hier nicht dargestellte Sensoren einschließen.

Der Aktuator 3 empfängt über eine Signalleitung oder einen Signalbus 14 Stellsignale des elektronischen Steuergeräts 2 und erzeugt daraufhin Giermomente, d.h. Drehmomente um die Hochachse des Kraftfahrzeugs 1. Dies kann z.B. durch ein

unterschiedlich starkes Bremsen auf der linken und auf der rechten Fahrzeugseite oder auch durch ein Lenken der Hinter¬ achse des Kraftfahrzeugs erfolgen. Der Aktuator 3 und die Sensoren 4 bis 13 sind als solche bekannt, sie werden hier deshalb im einzelnen nicht weiter beschrieben. Von ihnen emp¬ fängt das Steuergerät 1 folgende Sensorgrößen oder Signale:

δ, Lenkradwinkel, Signal von Sensor 10 ψ Gierwinkelgeschwindigkeit, Signal von Sensor 11 a, Längsbeschleunigung, Signal von Sensor 12 a _q Querbeschleunigung, Signal von Sensor 13 n. Raddrehzahl vorne links, Signal von Sensor 5 w, Raddrehzahl vorne rechts, Signal von Sensor 4

« ₃ Raddrehzahl hinten links, Signal von Sensor 7 n _A Raddrehzahl hinten rechts, Signal von Sensor 6

Aus den vorstehend aufgeführten Sensorsignalen kann die Gier¬ rate des Kraftfahrzeugs auf verschiedene Weise berechnet wer- den, und zwar unter vorgegebenen Voraussetzungen. Nachfolgend sind Formeln AI bis A12 (allgemeiner können es bis An Formeln sein) dargestellt. Jede von ihnen entspricht einem Algo¬ rithmus, der für einen fest definierten Wertebereich der Sen¬ sorsignale gültig ist.

AI

A3

A4

A5

ψ -- ^ ³ — A8 v vorne

ψ = _zr l— A9

V hinten

ψ= - ^q - A10 kreia rv Ih

ψ= - ' All kreuz tv rh

Die Variablen in den Gleichungen AI bis A12 haben folgende Bedeutungen:

ψ Giergeschwindigkeit v _lh Radgeschwindigkeit links hinten v _rh Radgeschwindigkeit rechts hinten v _lv Radgeschwindigkeit links vorne v _^ Radgeschwindigkeit rechts vorne v _Hi Radgeschwindigkeit kurveninneres Rad (hinten) v _Vi Radgeschwindigkeit kurveninneres Rad (vorne) v _Ha Radgeschwindigkeit kurvenäußeres Rad (hinten) v _Va Radgeschwindigkeit kurvenäußeres Rad (vorne)

V _vo rn _e gemittelte Geschwindigkeiten Vorderachsräder v _hiπun gemittelte Geschwindigkeiten Hinterachsräder v _kreuz n _//j gemittelte Geschwindigkeit (rechte Vorderradge- schwindigkeit, linke Hinterradgeschwindigkeit) v kreuz / _v rh gemittelte Geschwindigkeit (linke Vorderradge¬ schwindigkeit, rechte Hinterradgeschwindigkeit)

v Geschwindigkeit allgemein (Fahrzeuggeschwindigkeit im Schwerpunkt) v _ch charakteristische Fahrzeugeschwindigkeit a _q Querbeschleunigung δ _L Lenkradwinkel δ _v Vorderradeinschlagwinkel (Lenkwinkel)

/ Radstand S _v Spurweite vorne

S _H Spurweite hinten i _L Lenkübersetzung

In einem in der Zeichnung nicht dargestellten Speicher des Steuergeräts können mehrere mathematische Fahrzeugmodelle ab¬ gelegt sein. Diese Modelle liefern aufgrund von Eingangsgrö- ßen Zustandssignale, die die Sensorsignale in den vorstehen¬ den Gleichungen ersetzen. Die Gültigkeitsbereiche der Sensor¬ signale werden im folgenden aufgeführt.

Bei einer Bestimmung der Gierrate aus dem Lenkwinkel und den Raddrehzahlen (Formeln A3 bis A6) , wobei die Signale der vier Raddrehzahlensensoren 4 bis 7 verwertet werden, ergibt sich der anhand von Fahrversuchen und Fehlerabschätzungen ermit¬ telte folgende Gültigkeitsbereich:

0 < Radgeschwindigkeit < 18 km/h

0 ≤ Querbeschleunigung < 2,8 m/s ²

Bei einer Bestimmung der Gierrate durch Auswerten allein der Raddrehzahlen (Formeln AI und A2) , wobei ebenfalls die Si- gnale der vier Raddrehzahlensensoren 4 bis 7 verwertet wer¬ den, wird der Gültigkeitsbereich durch die Forderung nach einem geringen Radschlupf und nach vorgegebenen Radschräg¬ laufwinkeln festgelegt.

Bei einer Bestimmung der Gierrate aus einem linearen Einspur¬ modell (Formel A7) , wobei die Signale des Lenkradwinkelsen-

sors und eine Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit verwertet werden, wird der Gültigkeitsbereich durch folgende Bedingun¬ gen festgelegt:

• kleiner Wankwinkel,

• kleine Schwimmwinkeländerung ß = 0,

• kleine Gierwinkelbschleunigung Ψ = 0 und

I . ^y ciq \ ≤ Am I s .

Bei einer Bestimmung der Gierrate aus Signalen der Längs- und Querbeschleunigungssensoren 12, 13 mit Hilfe des linearen Einspurmodells (gemittelte Formeln A8 und A9) , wobei die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit und die Querbeschleunigungs- signale verwertet werden, wird der Gültigkeitsbereich durch folgende Bedingungen festgelegt:

• kleiner Wankwinkel,

• kleine Schwimmwinkeländerung ß = 0,

• kleine Gierwinkelbschleunigung Ψ = 0, • Einfluß der Erdbeschleunigung auf den Beschleunigungssen- sor, und a„ \ < Am I s .

Bei einer Bestimmung der Gierrate aus gemittelten Raddrehzah- len und aus Signalen der Längs- und Querbeschleunigungssenso¬ ren 12, 13 mit Hilfe des linearen Einspurmodells (Formel A8 und Formel A9) , wobei die Querbeschleunigungssignale und die Signale der vier Raddrehzahlensensoren 4 bis 7 verwertet werden, wird der Gültigkeitsbereich durch folgende Bedingun- gen festgelegt:

• kleiner Wankwinkel,

• kleine Schwimmwinkeländerung ß = 0,

• kleine Gierwinkelbschleunigung Ψ = 0, • Fahrzeug muß sich in der Ebene bewegen, und a _q < Am I s .

Bei einer Bestimmung der Gierrate aus der Querbeschleunigung und dem Lenkradwinkel, wobei die Querbeschleunigungs- und die Lenkwinkel-Sensorsignale verwertet werden (Formel A12) , wird der Gültigkeitsbereich ebenfalls durch folgende Bedingungen festgelegt:

• kleiner Wankwinkel,

• kleine Schwimmwinkeländerung ß = 0,

• kleine Gierwinkelbschleunigung Ψ = 0, • Fahrzeug muß sich in der Ebene bewegen, und

• begrenzte Querbeschleunigung α ≤ Am I s .

Die Voraussetzungen, in denen die Algorithmen der Formeln AI bis AI2 (oder An) für die Berechnung der Gierrate brauchbar sind und die Wertebereiche, für die sie gültig sind, sind in der Regelbasis 17 einer Fuzzy- ogikschaltung 18 (Figur 2) abgespeichert. Diese RegelSchaltung 18 ist Bestandteil des Steuergeräts 2 (vgl. Figur 1).

Fuzzy-Logikschaltungen für sich sind bekannt. Die Logikschal¬ tung 18 wird hier nur soweit erläutert, wie es für die Funk¬ tion der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung erforderlich ist. Sie weist einen Prozeßteil 20, eine Fuzzifizierung 21 und eine Defuzzifizierung 22 auf. Eingangsgrößen der Fuzzy- Logikschaltung 18 sind die den Fahrprozeß charakterisierenden Fahrzustandsgrößen: Lenkradwinkel, Raddrehzahlen, Querbe¬ schleunigung, Längsbeschleunigung usw. Sie können wie erwähnt von Sensorsignalen oder von einem gespeicherten Fahrzeugmo¬ dell stammen. In der Fuzzy-Regelbasis 17 erfolgt die Fuzzifi- zierung, d.h. die Umwandlung in Fuzzy-Logikgrößen, und die Auswertung mit Hilfe von dort abgelegtem Expertenwissen. Die AusgangsSignale der Fuzzy-Regelbasis 17 werden defuzzifiziert und als folgende Ausgangsgrößen von der Logikschaltung 18 ausgegeben: Kl, K2, K3, K4, Kn. Diese Ausgangsgrößen sind Verstärkungsfaktoren; mit denen die einzelnen Additions-

glieder, die das Ergebnis der Gleichungen AI bis An darstel¬ len, gewichtet werden.

Ψ _ref = Kl * ΛI + K2 * Λ2+.. . +K12 * Λ 12+... +Kn * An (Gl_13)

Eine Auswertung der Gierrate erfolgt innerhalb eines Zyklus- ses der Gierratenbestimmung, indem die Algorithmen der Glei¬ chungen AI bis AI3 und Gl_13 so abgearbeitet werden, wie aus dem Ablaufdiagramm von Figur 3 ersichtlich ist.

Nach dem Start werden in einem Schritt SO die SignalSpannun¬ gen der verwendeten Sensoren 10 bis 13 (Lenkradwinkelsensor, Querbeschleunigungssensor, Längsbeschleunigungssensor, Gier- ratensensor) eingelesen und gefiltert, um zufällige Signal- spannungsSchwankungen auszuschalten.

In einem Schritt Sl wird aufgrund der Fahrzeugzustandsgrößen überprüft, ob eine Plausibiltitätsüberprüfung durchgeführt werden kann, und zwar durch Prüfen mehrerer Plausibilitätsbe- dingungen. Ein Beispiel einer Plausibilitätsbedingung lautet wie folgt:

• Ist z.B. die Bedingung "Fahrzeug steht" in Sl erfüllt - kann also eine Plausibilit tsuberprufung durchgeführt werden - , soll die gemessene Gierrate in einem fest vorgegebenen Toleranzband um die Nullage liegen.

Kann keine Plausibilitatsuberprufung durchgeführt werden, weil die Fahrzeugzustandsgrößen außerhalb des gültigen Berei- ches liegen, wird zu einem Schritt S3 verzweigt. '

Kann eine Plausibilitatsuberprufung durchgeführt werden, wird sie in dem Schritt S2 ausgeführt.

Folgende Plausibilitätsüberprüfungen sind möglich:

• Die Änderung des Lenkradwinkels ist in einem vorgegebenen Toleranzband gleich der Änderung der gemessenen Gierrate in einem vorgegebenen Toleranzband, und zwar bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich null. • Die Änderung der Querbeschleunigung ist in einem vorgege¬ benen Toleranzband gleich der Änderung der gemessenen Gierra¬ te in einem vorgegebenen Toleranzband, und zwar bei konstan¬ ter Fahrzeuggeschwindigkeit.

Ist diese Plausibilitatsuberprufung positiv ausgefallen, wird zu einem Schritt S3 verzweigt, sonst wird zu einem Schritt S8 verzweigt.

In dem Schritt S3 werden durch die Auswertung in der Fuzzy Regelbasis die zu den jeweiligen Additionstermen gehörenden Verstärkungsfaktoren (Kl, ..., Kn) ermittelt.

Innerhalb einer durch Schritte S4 bis S6 gebildeten Schleife wird in dem Schritt S5 getestet, ob der jeweilige Verstär- kungsfaktor (Kl, ..., Kn) gleich null ist. Ist der Verstär¬ kungsfaktor ungleich null, wird in einem nächsten Schritt S6 die dem jeweiligen Verstärkungsfaktor zugeordnete Gierrate berechnet.

In einem Schritt S7 werden die einzelnen Komponenten der Mul¬ tiplikation der jeweiligen Gierrate mit dem jeweiligen Ver¬ stärkungsfaktor zur Referenzgierrate ψ _ref aufaddiert.

In einem Schritt S8 wird abschließend abhängig von der abso- luten Differenz ΔΨ = |Ψ - Ψ _re /| zwischen der ermittelten Gier- ^ate und der gemessenen Gierrate und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Plausibilit tsuberprufung ein Gierratensensor- Diagnosebit gesetzt, das anzeigt, ob der Sensor als einwand¬ frei oder fehlerhaft eingestuft wird.