专利名称：汽车调节器的调节干预的限制方法和装置的制作方法
汽车调节器的调节干预的限制方法和装置
现有技术
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的汽车调节器的调节 干预的限制方法以及一种按权利要求11前序部分所述的相应装置。
当汽车例如处于过度转向或转向不足的特殊行驶状态时，为了保
持汽车稳定或对驾驶员提供支持，汽车调节器例如ESP，还有所谓驾驶 员帮手系统例如ACC (自适应巡航控制)便自动干预汽车运行。为此， 围绕汽车的竖轴产生一个平衡偏转力矩，该力矩反作用于汽车的偏转 运动并使汽车重新恢复稳定。在某种例如可能由于偶然的软件故障所 引起的系统故障的情况下，存在着系统错误评估实际行驶状态的危险 并由此可能产生错误的调节干预，这种错误的调节干预可能严重损害 行驶安全性。由于这类错误干预直接影响行驶性能，特别是行驶安全 性，所以是特别危险的。
为了在任何情况下都能避免这类错误干预，众所周知的汽车调节 器是按照一种既涉及系统的物理结构又涉及信号处理的广泛安全理念 设计的。在有些调节系统中，传感器信号用不同数学模型算出的估计 值进行似真性检验。此外，众所周知，传感器信号也可作为这些估计 值进行似真性检验。
如果把汽车调节器的执行器例如车轮制动器和/或转向调节器的 执行器的干预限制到一定的最大值，则可进一步改善调节系统的可靠 性，例如把一个有源转向系统的转向干预限制到一个最大的值，这是 众所周知的。在这种情况中，最大值是一个固定值并这样选定，即汽 车即使在一个不希望的调节干预和及时的差错识别的情况中仍可保持 控制和不陷入安全危险状态。为了在调整情况下避免危及行驶安全性， 该最大值选择得很小。但其缺点是在低速和中速时，安全系统(监控 功能和似真性检验功能)过分庞大。允许误差的低的最大值限制了转 向系统的可用性。
发明内容
所以本发明的目的是提出一种汽车调节器，该调节器在正常运行
时可明显更有效地干预汽车运行，但在存在系统故障时则被可靠地限 制。
这个目的是通过权利要求1以及权利要求11所述的特征来实现 的。本发明的其他改进可从各项从属权利要求中得知。
本发明的一个重要方面在于，对汽车调节器的调节干预没有规定 最大值，而是规定一个最大的上升梯度，并把调节干预的动态性限制 到这个值上。这种方法的主要优点是，汽车调节器的调节干预在无故 障运行时只在其上升梯度上限制，而不直接限制其绝对值。最大的上 升梯度的值最好这样选定，使一直到调节器的一个可能的逆反应的时 间点或一直到错误干预完全补偿之前，错误干预的作用是^f艮小的，所 以汽车在这个时间过程中还可保持可控制。
最大的上升梯度最好从最大容许的错误干预(最大的错误干预) 的值中得出，在考虑错误识别时间和汽车调节器对错误的反应时间的 情况下，其对汽车或司机尚可控制和接受。亦即这个最大错误干预确 定一个尚可容许的、汽车有害影响，该影响直至调节系统已补偿该错 误或至少已对该错误做出反应为止不许被超过。例如偏转冲量矩适合 作最大错误干预的状态参数。在确定系统故障例如传感器故障或软件 故障时，最好直接中断调节干预，于是执行器重新回到起始状态。
最大容许的错误干预是这样一个取决于汽车类型的调节器的参 数。该参数例如可借助理论上的考虑或行驶模拟来确定。此外，也应 分析试验司机的主观印象。
根据本发明的一个优选实施方式，为了计算最大的上升梯度，首 先确定一个状态参数例如一个偏转冲量矩或一个围绕汽车竖轴的偏转 率的不应超出的最大值。这个状态参数最好描述汽车对调节干预的反 应。然后，这个值(例如一个最大容许的偏转率变化)最好换算成汽 车调节器的一个或多个执行器的调节参数，并从中分别确定单个执行 器的调节干预的一个最大上升梯度。所以就借助多个执行器对汽车运 行进行干预的汽车调节器而言，调节干预的动态性因此是被单个限制 的。转向调节器的上升梯度例如可以不同于车轮制动器的梯度。
在识别出调节系统的故障后，执行器最好以最大梯度重新回到起 始状态。这个最大梯度基本上只由执行器的结构或响应特性来确定。 所以错误干预在最短的时间内重新被补偿。在低行驶速度时，错误干
预对行驶性能的损害一般不如在高行驶速度时重大。所以最大上升梯 度最好根据实际行驶状态，特别是由汽车速度来确定并在较高速度时 最好比在较低速度时小。上升梯度也可有选择地根据路面状态特别是 由摩擦系数或由别的安全相关的参数来设定。所以调节系统的性能可 适配于不同的行驶条件，例如"潮湿，，或"薄冰"。
本发明设计的一种汽车调节器最好包括一个存储有调节算法的控 制器，这种调节器如上所述地工作。
下面以附图为例来详细说明本发明。附图表示
图1干扰偏转力矩和其恢复的时间变化；
图2带调节限制的汽车调节系统的示意框图3用于确定最大调节梯度的方法的主要步骤的框图。
具体实施例方式
图l表示由于汽车调节器1 (见图2)的错误调节干预所引起的围 绕汽车竖轴的偏转力矩AMz的变化及其恢复到起始状态。
在所示例子中，在时间点t。产生一个系统故障，这个故障引起汽 车调节器1的调节干预。所以汽车调节器1由于故障产生错误的调节 要求，这个调节要求借助于一个执行器例如一个转向调节器和/或汽车 制动器来实现。在一定的停止时间"后，由此形成一个附加的干扰偏 转力矩AM"该力矩以一定的上升梯度d/dt AMz，a而上升。
当错误的转向力矩AMz已具有一定的值时，故障在时间点12才#:识 别。故障识别时间用h表示。在又一个由调节算法的处理时间和执行 器的响应时间决定的中断时间卜后，从时间点t3起调节干预开始恢复 到起始状态。错误的偏转力矩AMz上升的时间用tA表示，恢复时间用 "表示。
如果在图l例子中没有识别出故障，则偏转力矩AMz继续沿图l所 示的虚线上升。
为了把这个错误的调节干预对汽车的影响限制到一个尚可容许的 程度上，这里把错误的偏转力矩AMz上升的上升梯度d/dt AMu限制到 一个预定的值上。调节干预与故障是否被识别出无关地被限制。
最大的上升梯度d/dt AMz,A从最可大容许错误干预ALz, ^界的高度中 得出(其对司机来说尚可控制)且也取决于系统的故障反应时间(tF + tT2)。这个最大值ALz, ^界界定汽车的一个尚可容许的极限负载，在错
误干预被补偿或在调节系统至少可对该故障作出反应之前，这个极限 负载不应被超过。这样就可确保行驶性能不被过分损害，即使在最大 的持续时间后才识别出这个故障。所以汽车仍保持可控状态。其中， 例如偏转冲量矩ALz即偏转力矩AMz下方用阴影线示出的面积适合作为
描述汽车载荷的状态参数。
最大容许极限值ALz, 原则上是可以自由限定的，并通过测试汽 车用预先设定的故障图像(Fehlerbildern)进行一系列测试和/或通 过驾驶员对单个故障图像进行的主客评估来确定。
最大上升梯度d/dt AMz,A最好也取决于实际行驶状态尤其是汽车速
度。在高速时错误的调节干预对行驶安全性的影响比在低速时大，所 以最大上升梯度d/dt AMz，A在高速时原则上比在低速时设定得小。最大 上升梯度d/dt AMz,A也可依赖于别的行驶条件例如路面的实际摩擦系数 来设定。这样即使在诸如光滑路面的艰难条件下也能保持行驶安全性。
图2表示带调整干预的调节限制功能的汽车调节器1， 3， 5的系 统结构。这个调整系统以众所周知的方式包括带调节算法2的控制器7， 在超过一定的调节偏差时，该调节算法借助执行器6a ~ 6n干预行驶。 视汽车调节器l， 3， 5而定执行器6a-6n可包括车轮制动器、转向调 节器、有源行走机构或别的调节元件来影响行驶性能。
控制器7与一个用来监控实际行驶状态的传感装置3连接，其信 号被分析处理。传感装置3例如可包括偏转率传感器、车轮转速传感 器、加速度传感器等等。
在超过预定的释放极限时，真正的调节算法2产生用于单个执行 器6a 6n的调节参数，然后如上所述，这些调节参数分别被限制，如 由框4a ~ 4n所示。
下面简要说明错误的调节干预的限制主要步骤和相关的数学算
法
特别是偏转冲量矩ALz即对图1中示出的错误的偏转力矩AMz的积 分作为用于影响错误的调节干预的尺度，其中偏转冲量矩ALz相应于偏 转力矩AMz下方的面积，即
ALz=jAMzdt (1)
就在借助车轮制动器和转向调节器来对行驶工作进行干预的汽车 调节器而言，合成偏转力矩AMz由转向调节器的部分和车轮制动器的部 分组成。其中转向调节器的部分AMz，^k为
△Mz,Lenk =CVIVASV (2)
式中Sv为错误的转向角，Cv为前轴上的侧向偏离刚度，Iv为前轴和
汽车重心之间的距离。
错误的制动干预部分AMz, b^s从下式得出
△MZ,8remS = ± ^~ CP厶P车轮 (3)
式中Ap ^为在一个车轮上的制动压力的错误的偏差，Cp为制动加 强，b为轮距，r^为车轮半径。
对其他的调节装置可给出类似的偏转力矩偏差AMz。 所以可从下式得出总干扰作用
用总值AMz按(1 )式形成偏转冲量矩偏差ALz。偏转冲量矩误差ALz 从上升梯度d/dt AM",恢复梯度d/dt AM^和上升时间1中按下式算 出，即
当偏转冲量矩偏差ALz超过最大值ALz, M时，汽车调节器1, 3， 5 的错误干预在本实施中则归入安全临界一类。如开头所述，极限值ALz,
8
厶
+
△
ICS-
可按主观的(驾驶员询问)和/或客观的准则(汽车结构)确定。
从下式得出偏转力矩的最大容许上升梯度d/dt AM":
现在可把偏转力矩的最大容许上升梯度d/dt AMz,A换算成单个执行 器5或6a ~ 6n的调节参数的最大容许梯度。在带叠加的制动干预和转 向干预的汽车调节器例子中，最大转向角梯度d/dt Sv，^和最大制动压 力梯度d/dt 从下式得出
<formula>formula see original document page 9</formula> (7)
调节干预在车轮制动器和转向调节器上的相对分配是一个设计参 数并可按需选择。
图3再次以框图的形式示出确定最大调节梯度d/dt Sv，^和d/dt p 车轮，吣的主要步骤。在步骤ll中，首先根据汽车对调节干预的反应或司 机的主观判断(判定框10)确定一个最大容许偏转动量误差ALz, ,w值。 此外，在框13中确定错误的偏转力矩AMz的恢复梯度d/dt AMZ,K，该恢 复梯度基本上由执行器6a~6n的效率来决定(框12)。此外，在框 15中确定故障识别时间tF,这个时间基本上取决于监控算法(框14) 的效率。由此在框16中算出偏转力矩AMz的最大上升梯度d/dt AMZ，A。 在具有多个执行器6a~6n的调节系统中，从偏转力矩AMz的最大上升 梯度d/dt AM"中分别确定单个执行器6a-6n的调节梯度，并在框 18a~18n中把该调节梯度限制到相应的最大值。
系统所需的安全完整性可根据有效的标准进行验证，即对这个最 大容许错误偏转力矩进行监控功能和似真功能的覆盖率的量化。
权利要求
1. 用于限制汽车调节器(1，3，5)的调节干预的方法，该汽车调节器在特定的行驶状态中借助至少一个执行器(6a～6n)来干预汽车运行，其特征为，确定汽车调节器(1，3，5)的调节干预的最大上升梯度(d/dt ΔMz，d/dt δv，d/dt p车轮)，并把调节干预限制到最大上升梯度上。
2. 按权利要求l的方法，其特征为，确定汽车调节器(l， 3， 5) 的总的调节干预的最大上升梯度(d/dt AM,)，并从中分别确定汽车 调节器(l， 3， 5)的单个执行器(6a 6n)的调节梯度(d/dtSv， d/dtP车轮)。
3. 按权利要求1或2的方法，其特征为，定义最大的错误干预 (ALZ, 临界 ),并根据该最大错误干预(ALZ, 临界)确定最大上升梯度(d/dtAMZ， d/dt Sv, d/dt p车轮)。
4. 按权利要求3的方法，其特征为，所述最大错误干预(ALZ,临 界)是状态参数(Lz)，例如偏转沖量矩(ALZ)，该状态参数描述汽车 的行驶动力学性能。
5. 按权利要求4的方法，其特征为，该状态参数是偏转冲量矩 (ALz)、偏转力矩(AM,)或偏转率或上述参数之一的变化。
6. 按前述权利要求中任一项的方法，其特征为，所述最大上升 梯度U/dt AMZ， d/dt Sv， d/dt p车轮)根据调节系统(3， 7)的故障 识别时间(tF)来确定。
7. 按前述权利要求中任一项的方法，其特征为，所述最大上升 梯度(d/dt AM" d/dt Sv， d/dt p车轮)根据恢复梯度(AMZ，R)确定， 错误的调节干预以这个恢复梯度恢复到起始状态。
8. 按权利要求7的方法，其特征为，所述执行器(6a~6n)以 最大恢复梯度(AMZ,R)恢复到起始状态。
9. 按前述权利要求中任一项的方法，其特征为，所述最大上升 梯度(d/dt AMZ， d/dt Sv, d/dt p车轮)根据行驶状态尤其是车速来求 得。
10. 按前述权利要求中任一项的方法，其特征为， 一旦调节系统 (3, 7)中的故障被识别出来，所述执行器(6a~6n)的调节干预就恢复到起始状态。
11.特别是在调节系统(3， 7)中存在故障时用于限制汽车调节 器(1)的调节干预的装置，其特征为电子系统(7)，该电子系统包 括用于实施上述方法中任一种方法的机构。
全文摘要
本发明涉及一种在调节系统(3，7)存在故障的情况下汽车调节器(1)的调节干预的限制方法。为了把汽车调节器的可能的错误调节干预的影响限制到一个安全的范围，建议规定一个或多个执行器(6a～6n)的调节干预的上升梯度(d/dt ΔM<sub>z</sub>)，并把一个或多个执行器(6a～6n)的调节干预限制到最大的上升梯度(d/dt ΔM<sub>z</sub>)。
文档编号B60T8/88GK101395049SQ200780007537
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年3月3日
发明者M·努普, W·克利尔 申请人:罗伯特·博世有限公司