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Sicherheitsbelange aktiver Fahrdynamikregelungen
BASt-Bericht F 33
W. Gaupp, D. Wobben, RWTÜV Fahrzeug GmbH, Institut für Fahrzeugtechnik Essen
M. Horn, CETECOM GmbH Essen
M. Seemann, Institut für Kraftfahrwesen (ika), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
116 Seiten
Erscheinungsjahr: 2001
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Die verschiedenen bereits auf dem Markt befindlichen oder in naher Zukunft erscheinenden Systeme von Fahrdynamikregelungen sollen einen Beitrag zur aktiven Sicherheit leisten, indem sie den Fahrer bei der Regelung der Längs- bzw. Querdynamik unterstützen, beispielsweise zur Abstandsregelung, Fahrstabilitätskontrolle oder Spurhaltung. Zum Teil erfolgt die automatische Regelung über deutliche Eingriffe in Motormanagement, Brems- und Lenkanlage unter Nutzung von elektronischen Bauteilen, ggf. auch ohne unmittelbare Mitwirkung des Fahrers.
Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wurden die sicherheitstechnischen Belange aktiver Fahrdynamikregelungen unter vier Gesichtspunkten bearbeitet:
- Aufarbeitung des Wissensstandes über entwickelte und geplante Systeme zur aktiven Fahrdynamik von Pkw.
- Sicherheitstechnische Bewertung der Systementwicklungen in ihrer Komplexität, einschließlich der Aspekte Ausfallsicherheit sowie Technische Überwachung von zukünftig im Verkehr befindlichen Fahrzeugen.
- Erarbeitung von Anforderungen an die Typprüfung und die Technische Überwachung.
- Empfehlungen für notwendige Änderungen der Vorschriften.
Im Kapitel zur Fahrdynamikregelung im Regelkreis "Fahrer-Fahrzeug-Umwelt" werden die physikalischen Grundlagen der Schlupfregelung behandelt. Daran anschließend werden Ergebnisse einer Literatur- und Patentrecherche zur Thematik der Fahrdynamikregelungen vorgestellt.
Hinsichtlich der Sensorik werden die verschiedenen Meßprinzipien, Fehlerquellen etc. dargestellt.
Weitere Abschnitte befassen sich mit dem CAN-Datenbussystem, dem Steuergerät und den Aktoren.
Das fahrdynamische Potential von Fahrstabilitätsregelungen wird anhand einer simulationstechnischen Studie dargelegt.
Die Vorgehensweise zur sicheren Auslegung mechatronischer Systeme wird diskutiert, und es werden gängige Verfahrensweisen zur Auslegung mechatronischer Systeme mit Sicherheitsfunktionen dargestellt und erläutert. Dazu werden Begriffsdefinitionen und Klassifizierungen aus dem Bereich der Sicherheitstechnik aufgeführt.
Des weiteren werden unter anderem verschiedene Rechnerstrukturen, grundsätzliche Sicherheitsanforderungen, Prüfmöglichkeiten, Testmethoden oder der Stand der Normung von elektronischen Systemen mit Sicherheitsverantwortung im Kraftfahrzeug behandelt.
Die prinzipielle Vorgehensweise einer Risikoanalyse wird dargestellt. Anhand eines untersuchten Modells einer Fahrdynamikregelung werden beispielhaft die Sicherheitsfunktionen, Schnittstellen und Systemzustände definiert.
Aus den angenommenen Risikoparametern wird der erforderliche Safety Integrity Level (SIL) für alle Sicherheitsfunktionen, die von der angenommenen Fahrdynamikregelung ausgeführt werden, bestimmt. Aufgrund des festgestellten SIL werden die Anforderungen an dieses elektronische System angeleitet und die erforderlichen Maßnahmen zur Beherrschung und Vermeidung von Fehlern beschrieben.
Zur Validierung der Entwicklung einer sicherheitsrelevanten Elektronik wird beispielhaft ein Verfahren vorgestellt. Dabei wird der traditionelle Weg der Sicherheitstechnik verlassen und der Systementwicklung ein möglicher Safety Lifecycle zugrunde gelegt.
Bezüglich der gesetzlichen Vorschriften und Normen wird eine Bestandsaufnahme sowohl der nationalen und internationalen einschlägigen Vorschriften als auch der zur Zeit in Arbeit befindlichen Standardisierungsarbeiten vorgenommen. Unter Berücksichtigung der nationalen und internationalen Gesetzgebung werden zur Fortschreibung der bestehenden Vorschriften Anforderungen an die Typprüfung und an die Technische Überwachung von Straßenfahrzeugen mit elektronischen Systemen vorgeschlagen. Anschließend werden die erarbeiteten Anforderungen als konkreter Vorschlag zur Fortschreibung der ECE-Regelung Nr. 13 vorgelegt.
Safety aspects of active driving dynamism regulations
The various systems of driving dynamism regulation which are already on the market or which appear in the near future should make a contribution to active safety by providing support for the driver in regulating the longitudinal and transverse dynamism, for instance for regulating the distance between vehicles, vehicle handling control or tracking. To some extent the automatic regulation takes place via considerable intervention in engine management, braking and steering systems through the use of electronic components – if necessary, also without the direct involvement of the driver.
Within the framework of this investigation, the safety aspects of active driving dynamism regulations are dealt with from four different perspectives:
- Processing existing knowledge about developed and planned systems for active driving dynamism of passenger cars.
- Safety evaluation of the system developers in all their complexity, including the aspects of failure safety and technical monitoring of future vehicles in traffic.
- Working out the requirements for type checks and technical monitoring.
- Recommendations for necessary changes to the regulations.
In the chapter on the driving dynamism regulation in the regulation cycle "driver-vehicle-environment" the physical bases of the slip regulation are dealt with. Subsequently the results of research into literature and patents on the issue of driving dynamism regulations is presented.
With regard to sensory analysis, the different measuring principles, sources of error, and so on are presented.
Further sections deal with the CAN data bus system, the control device and the actuators.
The driving dynamism potential of vehicle handling regulations is presented using a simulation study.
The approach for secure interpretation of mechatronic systems is discussed, and common procedures for interpreting mechatronic systems with safety functions are presented and explained. For this purpose terminology is defined and classifications are made from the sphere of safety technology.
In addition, amongst other things, computer structures, basic safety requirements, testing possibilities, test methods or the state of standardisation of electronic systems with safety responsibility in the vehicle are dealt with.
The basic approach of a risk analysis is presented. With the aid of an investigated model of a driving dynamism regulation, examples are used to define the safety functions, interfaces and system conditions.
The assumed risk parameters are used for determining the necessary Safety Integrity Level (SIL) for all safety functions, which are carried out from the assumed driving dynamism regulation. On the basis of the stipulated SIL, the requirements placed on these electronic systems are derived and the necessary measures for controlling and avoiding errors are described.
For the validation of the development of safety-relevant electronics a procedure is demonstrated with the aid of an example. In doing so a deviation is taken from the traditional way of safety technology and the system development of a possible Safety Life Cycle is used as a basis.
With regard to the statutory regulations and standards, an assessment of the current situation is made, not only of the national and international relevant regulations but also of the standardisation work currently being undertaken. Taking into consideration national and international legislation, a continuation of existing statutory requirements is recommended, regarding type checking and the technical monitoring of road vehicles with electronic systems. Subsequently the requirements which have been worked out are presented as a concrete proposal for the continuation of ECE regulation No. 13.