AT514969A2 - Verfahren zur beurteilung der robustheit - Google Patents

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AT514969A2 ATA50361/2014A AT503612014A AT514969A2 AT 514969 A2 AT514969 A2 AT 514969A2 AT 503612014 A AT503612014 A AT 503612014A AT 514969 A2 AT514969 A2 AT 514969A2
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der Robustheit zumindest einer Diagnosefunktion, insbesondere zur On-Board-Diagnostik bei einem Fahrzeug, wobei für zumindest eine charakteristische Größe der Diagnosefunktion zumindest ein Merkmalswert (eQ) ermittelt wird. Um eine objektive Aussage über die Beurteilung der Robustheit einer Diagnosefunktion zu ermöglichen, wird zumindest ein Fehlerschwellenwert (gQpos, gQneg) für zumindest einen vorzugsweise empirisch ermittelten Merkmalswert (eQ) der Diagnosefunktion festgelegt, ein Abstand (ri) des ermittelten Merkmalswertes (eQ) vom Fehlerschwellenwert (gQpos, gQneg) bestimmt, und zumindest eine Robustheitskennzahl (RZ, RD) auf der Basis des Abstandes (ri) berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der Robustheit zumindest einerDiagnosefunktion, insbesondere zur Durchführung einer On-Board-Diagnostik beieinem Fahrzeug, wobei für zumindest eine charakteristische Größe derDiagnosefunktion zumindest ein Merkmalswert ermittelt wird.
Die Software im Motorsteuergerät eines Fahrzeuges beinhalte neben Funktionen zurSteuerung und Regelung innermotorischer Prozesse auch zahlreicheDiagnosefunktionen zur Überwachung verschiedener Systeme und Komponenten.
Ein wichtiges Ziel der On-Board-Diagnostik eines Fahrzeuges ist es, Störungen,welche zu abnormalem Verhalten der Brennkraftmaschine führen, möglichstfrühzeitig zu erkennen und auf die kleinste austauschbare Einheit zurückzuführen.Da aber die Anzahl der Sensoren aus Kostengründen minimal gehalten wird,werden modellbasierte Fehlererkennungs- und Diagnoseverfahren eingesetzt, umdieses Ziel zu erreichen. Modellbasierte Fehlererkennungsverfahren nutzen dieAbhängigkeiten verschiedener messbarer Signale eines Prozesses mit Hilfemathematischer Modelle aus, um Informationen über den Prozesszustand zugewinnen. Der Gesamtprozess modellbasierter On-Board-Diagnostik (OBD) setztsich aus einer gewissen Anzahl Aktuatoren, dem eigentlichen physikalischenProzess und aus verschiedenen Sensoren zusammen. Basierend aufEingangssignalen und Ausgangssignalen werden im Modell charakteristische Größenbzw. Merkmale berechnet, welche Aufschluss über den Prozesszustand geben.
Ein häufig eingesetztes Verfahren bei Diagnosefunktionen im automobilen Bereichist die Fehlererkennung mittels Paritätsgleichungen. Bei diesen bilden Modelle mitim Voraus bekannter Struktur und Parameter das Prozessverhalten ab. DieseModelle werden parallel zu den modellierten Prozessen angeordnet. Dabei wird eingemessenes Signal eines Prozesses mit einem modellierten Referenzwert mittelsSubtraktion oder Quotientenbildung verglichen. Dieses Merkmal wird als ResiduumeR bezeichnet und wird genau dann Null bzw. im Quotientenfall Eins, wenn dasReferenzmodell den Prozess exakt abbildet. Umgekehrt betrachtet, wenn von einerexakten Modellierung ausgegangen wird, kann mithilfe des Residuums auf eineAbweichung des Messsignals und somit auf einen Fehler geschlossen werden. Eswird also das erzeugte Merkmal auf Abweichungen vom Erwartungswert überwacht.Dadurch können Veränderungen des Prozesses aufgespürt und Störungen vomNormalzustand unterschieden werden.
Als Robustheit wird die Unempfindlichkeit gegen kleine Abweichungen von denAnnahmen bezeichnet. Angewandt auf die OBD ist damit die Fähigkeit gemeint,zufällige Schwankungen der überwachten Merkmalswerte zu tolerieren und vonsignifikanten, fehlerrelevanten Abweichungen zu unterscheiden. ZufälligeAbweichungen sind auf die stochastische Variation der Eingangsgrößen in dieDiagnosefunktion zurückzuführen und können als Ursachen Umweltbedingungen,Fahrverhalten, Alterung, Toleranzen in Produktionsprozessen undMessungenauigkeiten haben.
Zusätzlich zu stochastisch variierenden Eingangsgrößen führen auchUngenauigkeiten der Referenzmodelle in Diagnosefunktionen zu Streuungen derüberwachten Merkmalswerte. Diese unbeherrschbaren Streuungen sind Gründe fürdie Forderung nach Robustheit, um das Risiko von Fehldiagnosen zu minimieren.Eine Fehldiagnose ist einerseits die fälschliche Annahme eines Fehlers, obwohldieser nicht existiert (Fehler 1. Art). Andererseits ist das Nicht-Erkennen einesexistierenden Fehlers ebenfalls eine Fehldiagnose (Fehler 2. Art). Für die Absicherung der Zuverlässigkeit einer On-Board Diagnose eines Fahrzeugesist die Kenntnis der Robustheit von großer Bedeutung. In der vorliegendenPatentanmeldung werden Verfahren zur Beurteilung der Robustheit vonDiagnosefunktionen zur Vermeidung von Fehldiagnosen 1. Art beschrieben.
Viele Diagnosefunktionen verwenden zur Robustheitssteigerung Entprellverfahren,um kurze zufällige Überschreitungen eines Schwellwertes von tatsächlichenFehlfunktionen zu unterscheiden. Eine sehr häufig genutzte Art der Entprellung istdabei das Kriterium, dass eine Fehlerschwelle kontinuierlich für eine gewisse Zeitüberschritten sein muss. Ein bekanntes Verfahren zur Beurteilung der Robustheiteiner Diagnosefunktion basiert auf der Analyse der maximalen Dauer derkontinuierlichen Überschreitung eines definierten Schwellenwertes innerhalb einerMessung. Dabei wurden die absoluten Häufigkeiten von Zeitspannen mitFehlerentprellung, also Zeitspannen, in denen die Werte eines überwachtenMerkmals durchgehend über einem definierten Schwellenwert lagen, analysiert.Allerdings können mit dieser Methode wichtige Informationen über die Robustheit,insbesondere Informationen zu jenen Teilen der empirischen Messwerte, in denenkeine Schwellenwertüberschreitung vorliegen, nicht gewonnen werden.
Ein anderes beliebtes Kriterium ist, dass ein Zählerstand einen definierten Werterreichen muss, wobei der Zähler bei Überschreitung des Schwellwertesinkrementiert und bei Unterschreitung des Schwellwertes dekrementiert wird. Eingängiges Verfahren zur Robustheitsanlayse dieser Umsetzung ist die Betrachtungder Verteilung der höchsten bzw. niedrigsten aufgetretenen Zählerstände desEntprellzählers.
Eine weitere in der Motorsteuergerätesoftware häufig eingesetzte Methode zurRobustheitssteigerung einer Überwachungsfunktion ist es, dass ein Zählerinkrementiert wird, sobald der Merkmalswert einen Schwellenwert überschreitet.Wenn sich der Wert des überwachten Merkmales wieder normalisiert, wird dieZählervariable um einen gewissen Betrag pro Zeiteinheit dekrementiert wird. Durchdiese Form der Fehlerentprellung können speziell Fehler, die in kurzenZeitintervallen auftreten, schneller erkannt werden. Ein bekanntes Verfahren zurBeurteilung der Robustheit solcher Diagnosefunktionen basiert auf der Analyse derdes maximal aufgetretenen Entprellzählerstandes innerhalb einer Messung.Allerdings können mit dieser Methode wichtige Informationen über die Robustheit,insbesondere Informationen zu jenen Teilen der empirischen Messwerte, in denenkeine Schwellenwertüberschreitung vorliegt, nicht gewonnen werden.
Des Weiteren ist aus der US 7,743,351 B2 ein Verfahren zur Überprüfung derRobustheit eines Modells eines physikalischen Systems bekannt, wobei ein erstesModell des physikalischen Systems mit einem ersten Komponentensatz undzumindest einer Eingabeschnittstelle definiert wird, wobei das erste Modell eineformale Sprache definiert, welche das Verhalten und die Funktion jeder derKomponenten beschreibt. In der formalen Sprache werden die Eigenschaftenbeschrieben, welche durch das Modell des physikalischen Systems erfüllt werdenmüssen. In der formalen Sprache wird ein zweites Modell beschrieben, welches mitdem ersten Modell korrespondiert und zusätzlich einen Fehler-Eintragsmechanismusaufweist. Unter Verwendung von formalen Beweismitteln wird automatisch nacheiner Kombination von eingetragenen Fehlern und/oder eingegebenen Wertengesucht, welche die bestimmte Eigenschaft zum Versagen bringt. Dieser Ansatz istallerdings recht aufwendig und bietet keine Möglichkeit, die Robustheitverschiedener Modelle miteinander objektiv zu vergleichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeidenund ein Verfahren vorzuschlagen, welches eine objektive Aussage über dieBeurteilung der Robustheit einer Diagnosefunktion ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest einFehlerschwellenwert für zumindest einen vorzugsweise empirisch ermitteltenMerkmalswert der Diagnosefunktion festgelegt wird, dass ein Abstand desermittelten Merkmalswertes vom Fehlerschwellenwert bestimmt wird, und dasszumindest eine Robustheitskennzahl auf der Basis des Abstandes berechnet wird,wobei vorzugsweise der Abstand auf Basis eines durch die Differenz oder demQuotienten zwischen dem gemessenen Merkmalswert und dem Fehlerschwellenwertberechneten Rohabstandes ermittelt wird.
Durch die Erarbeitung von Robustheitskennzahlen, welche sich aus empirischenMessdaten ergeben, ist es möglich, kritische Bereiche zu identifizieren. DieRobustheit der Diagnosefunktion kann auf Grund der Robustheitskennzahl bewertetwerden, wobei eine Robustheitskennzahl mit dem Wert Eins für maximaleRobustheit und eine Robustheitskennzahl mit dem Wert Null für minimaleRobustheit bzw. eine eingetretene Fehlererkennung steht.
Mit der Robustheitskennzahl können nicht nur Aussagen über das Auftreten vonSchwellenwertüberschreitungen, sondern auch Aussagen über jene Teile derempirischen Messwerte getroffen werden, in welchen keine
Schwellenwertüberschreitung vorliegt oder in denen die Freigabezeit der Diagnosekleiner als die Mindestzeit zur Fehlererkennung war. Die Robustheitskennzahlerlaubt somit auch eine quantitative Bewertung der Robustheit.
Folgende Fälle werden unterschieden: Überwachung gegen eine positiveFehlerschwellenwertüberschreitung und Überwachung gegen eine negativeFehlerschwellenwertüberschreitung. Als positive Fehlerschwellen¬wertüberschreitungen werden dabei Fälle verstanden, bei denen die Merkmalswertegrößer als der ermittelte positive Schwellenwert sind. Als negativeFehlerschwellenwertüberschreitungen werden dabei Fälle verstanden, bei denen dieMerkmalswerte kleiner als der ermittelte negative Schwellenwert sind. 1) Robustheitsbewertung einer entprellten Diagnosefunktion mit Rücksetzen desEntDrellzählers:
Eine in der Motorsteuergerätesoftware häufig eingesetzte Methode zurRobustheitssteigerung einer Überwachungsfunktion ist es, dass ein Zählerinkrementiert wird, sobald der Merkmalswert einen Fehlerschwellenwertüberschreitet. Wenn sich der Wert des überwachten Merkmales wieder normalisiert,wird die Zählervariable wieder zurückgesetzt.
Es wird eine Robustheitskennzahl Rz für eine Datenreihe n gebildet. DieRobustheitskennzahl Rz wird dabei auf der Basis einer Summe aller in einer Reiheauftretenden Abstände berechnet.
Dabei wird zwischen der Überwachung gegen eine positiveFehlerschwellenwertüberschreitung und der Überwachung gegen eine negativeFehlerschwellenwertüberschreitung unterschieden. Als Überwachung gegen positiveFehlerschwellenwertüberschreitungen wird dabei eine Überwachung hinsichtlichÜberschreitung des positiven Fehlerschwellenwerts, als Überwachung gegennegative Fehlerschwellenwertüberschreitungen eine Überwachung hinsichtlichÜberschreitung des negative Fehlerschwellenwert verstanden.
Ein positiver maximaler Abstandwert kann als Differenz zwischen einem positivenFehlerschwellenwert und einem definierten Normalwert festgelegt werden. DerAbstand kann dem positiven maximalen Abstandswert gleichgesetzt werden, wenn -bei Überschreitung des positiven Fehlerschwellenwertes durch den Merkmalswert -der Rohabstand größer als der positive maximale Abstandswert ist. Der Abstandkann gleich Null gesetzt werden, wenn bei Überschreitung des positivenFehlerschwellenwertes durch den Merkmalswert - der Rohabstand kleiner als Nullist.
Analog dazu wird ein negativer maximaler Abstandwert als Differenz zwischeneinem definierten Normalwert einem negativen Fehlerschwellenwert festgelegt. DerAbstand kann dem negativen maximalen Abstandswert gleichgesetzt werden, wenn- bei Überschreitung des negativen Fehlerschwellenwertes durch denMerkmalswert - der Rohabstand größer als der negative maximale Abstandswertist. Der Abstand kann gleich Null gesetzt werden, wenn bei Unterschreitung desnegativen Fehlerschwellenwertes durch den Merkmalswert - der Rohabstand größerals Null ist.
Die Robustheitskennzahl Rz errechnet sich folgendermaßen: Aus dem diskretabgetasteten Merkmalswert eQ eines überwachten Merkmals an der Stelle n wird dieDifferenz zum entsprechenden Fehlerschwellenwert gQp0s bzw. gQneg berechnet,welche hier als Rohabstand r0 bezeichnet ist. Dieser Rohabstand r0 wird vorteilhaftnach unten mit 0 nach oben mit rmax_Pos bzw. rmax_neg begrenzt, wodurch sich dieWerte η ergeben. Der Abstand rmax pos bzw. rmax_neg von einem definiertenFehlerschwellenwert gQp0s bzw. gQneg berechnet sich aus der Differenz zwischen demFehlerschwellenwert gQp0s bzw. gQneg und dem Normalwert eQ0, welcher im Idealfallauftritt. Bei Diagnosefunktionen mit variablen Fehlerschwellenwerten ist gQp0s bzw.gQneg von n abhängig.
Die Robustheitskennzahl Rz ist nun die Summe der Werte η zwischen der aktuellbetrachteten Messreihenposition n und dem Ende der Entprellzeit n+N0, mit derEntprellzeit N0 und wird mit der maximalen Fläche standardisiert, welche sich ausdem Produkt von Maximalabstand rmax-und der Entprellzeit N0 ergibt. Der Wert nentspricht dabei der mit dem Maximalabstand rmax und 0 limitierten Differenzzwischen dem aktuellen Fehlerwert eQ und dem Schwellwert gq. Überdies ist die Robustheitskennzahl Rz nur definiert, wenn dieEinschaltbedingungen (Freigabebedingung) der Diagnosefunktion für den gesamtenBereich zwischen n und n+N0 erfüllt sind.
Alternativ möglich und vorteilhaft ist es, wenn der auf der Basis des Rohabstandesbestimmte Abstand des Merkmalswertes vom Schwellenwert gleich dem maximalenAbstandswert gesetzt wird, wenn die Freigabebedingungen für eine Diagnose nichterfüllt sind. Somit wird Rz auch in Bereichen außerhalb der Einschaltbedingungendefiniert und weist in diesen Bereichen den Wert 1 auf. Es erfolgt ein stetigerÜbergang in Bereiche, in denen die Diagnose freigegeben ist. 1.1) Robustheitskennzahl Rz für Überwachung gegen positiveFehlerschwellenwertüberschreitung:
Die Robustheitskennzahl Rz für Überwachung gegen positiveFehlerschwellenwertüberschreitung ergibt sich in einer einfachenAusführungsvariante der Erfindung wie folgt:
mit
wobei N0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit (Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstelltn ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden
Merkmalswerten Π ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des
Merkmalswertes eQ vom positiven Fehlerschwellenwert gQpoS,r0[i] ... der Rohabstand des Merkmalswertes vom positiven
Schwellenwert gQposgQpos[i] positiver Schwellenwert eQ0 Normalwert eQ[i] Abweichung zum Normalwert rmax_Pos[i]· der größte positive Abstandswert bei Überwachung gegenpositive AbweichungRz[n] ... Robustheitskennzahl ist. 1.2) Robustheitskennzahl Rz für Überwachung gegen negativeFehlerschwellenwertüberschreitung:
Analog zur Überwachung gegen positive Fehlerschwellenwertüberschreitung erfolgtdie Definition bei einer Überwachung gegen eine negativeFehlerschwellenwertüberschreitung.
Dabei gilt in einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung:
mit
wobei N0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit (Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstelltn ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden
Merkmalswerten n ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des
Merkmalswertes e0[i] vom Fehlerschwellenwert gQneg,r0[i] ... der Rohabstand des Merkmalswertes vom Schwellenwert gQneg 9Qneg[i] negativer Schwellenwert eQ0 Normalwert eQ[i] Abweichung zum Normalwert rmax_neg[i] der größte negativen Abstandswert bei Überwachung gegennegative Abweichung ist.
Rz[n] ... Robustheitskennzahl ist. 2) Robustheitsbewertung einer entprellten Diagnosefunktion mit Dekrementierendes Entprellzählers:
Eine weitere in der Motorsteuergerätesoftware einsetzbare Methode zurRobustheitssteigerung einer Überwachungsfunktion ist es, dass ein Zähler um einen
Fehlerschwellenwert überschreitet und um einen festgesetzten Wert dekrementiertsobald der Merkmalswert einen Fehlerschwellenwert unterschreitet.
Eine Robustheitskennzahl RD für diese Art der Fehlerentprellung errechnet sichanalog zur Robustheitskennzahl Rz, mit dem Unterschied, dass die Anzahl derDatenpunkte bis zum Ablauf der Entprellzeit N0 durch eine Zählerstandvariable N*ersetzt wird. Dabei wird im Gegensatz zu Rz die Zählerstandvariable N* um einengewissen Betrag pro Messpunkt bzw. Zeiteinheit dekrementiert solange sich dieseinnerhalb des Intervalls von 0 bis N0 befindet. Speziell Fehler, die in kurzenZeitintervallen auftreten, können mit dieser Form der Fehlerentprellung schnellererkannt werden. Für das erste Element der Datenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswertenwird die Zählerstandvariable N*[0] gleich der Anzahl N0 der Datenpunkte derDatenreihe gesetzt, die die Mindestzeit zur Fehlererkennung darstellt. DieZählerstandvariable N*[n] wird gegenüber N*[n-1] um den Betrag x dekrementiert,wenn der Rohabstand r0[n] des ersten Elementes der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten bei einer Überwachung gegen positiveAbweichung den positiven Fehlerschwellenwert überschreitet bzw. bei einerÜberwachung gegen negative Abweichung den negativen Fehlerschwellenwertunterschreitet, solange N*[n-1]>0 ist. Andernfalls wird N*=0 gesetzt. Wenn derRohabstand r0[n]des ersten Elementes der Datenreihe von aufeinanderfolgendenMerkmalswerten bei einer Überwachung gegen positive Abweichung den positivenFehlerschwellenwert unterschreitet bzw. bei einer Überwachung gegen negativeAbweichung den negativen Fehlerschwellenwert überschreitet, wird dieZählerstandsvariable N*[n] um den Betrag y inkrementiert solange N*[n-1]<N0 ist.Andernfalls wird N*=N0 gesetzt. Überdies ist die Robustheitskennzahl RD nur definiert, wenn dieEinschaltbedingungen (Freigabe) der Diagnosefunktion für den gesamten Bereichzwischen n und n+N* erfüllt sind.
Alternativ möglich und vorteilhaft ist es, wenn der auf der Basis des Rohabstandesbestimmte Abstand des Merkmalswertes vom Fehlerschwellenwert gleich demmaximalen Abstandswert gesetzt wird, wenn die Freigabebedingungen für eineDiagnose nicht erfüllt sind. Somit wird RD auch in Bereichen außerhalb der
Einschaltbedingungen definiert und weist in diesen Bereichen den Wert 1 auf. Eserfolgt ein stetiger Übergang in Bereiche, in denen die Diagnose freigegeben ist. 2.1) Robustheitskennzahl RD für Überwachung gegen positiveFehlerschwellenwertüberschreitung:
mit
N*[0] = No
wobei N0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit(Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstelltN* ... Zählerstandvariable n ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden
Merkmalswerten, Zählerstand η ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des
Merkmalswertes eQ vom Fehlerschwellenwert gQneg,r0[i] ... der Rohabstand des Merkmalswertes vom Schwellenwert gQ RD[i] ... Robustheitskennzahl rmax_Pos der maximale Abstandswert bei Überwachung gegenpositive Abweichung 2.2) Robustheitskennzahl RD für Überwachung gegen negativeFehlerschwellenwertüberschreitung:
mit
N*[0] = N0
wobei N0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit (Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstelltN* ... Zählerstandvariable n ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden
Merkmalswerten, Zählerstand n ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des
Merkmalswertes eQ vom Fehlerschwellenwert gQneg,r0[i] ... der Rohabstand des Merkmalswertes vom
Fehlerschwellenwert gQnegRD[n] ... Robustheitskennzahl rmax_neg ·· der maximale Abstandswert bei Überwachung gegen negativeAbweichung ist.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Fig. näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 die Berechnung der Robustheitskennzahl Rz für den Fall einer Überwachunggegen eine positive Fehlerschwellenwertüberschreitung mit Definition derRobustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung,
Fig. 2 zeigt die Berechnung der Robustheitskennzahl Rz für den Fall einerÜberwachung gegen eine positive Fehlerschwellenwertüberschreitung ohneDefinition der Robustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung,
Fig. 3 die Berechnung der Robustheitskennzahl Rz für den Fall einer Überwachunggegen eine negative Fehlerschwellenwertüberschreitung mit Definition derRobustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung,
Fig. 4 zeigt die Berechnung von der Robustheitskennzahl Rz für den Fall einerÜberwachung gegen eine negative Fehlerschwellenwertüberschreitung ohneDefinition der Robustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung,
Fig. 5 die Berechnung der Robustheitskennzahl RD für den Fall einer Überwachunggegen eine positive Fehlerschwellenwertüberschreitung mit Definition derRobustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung und
Fig. 6 zeigt die Berechnung der Robustheitskennzahl RD für den Fall einerÜberwachung gegen eine negative Fehlerschwellenwertüberschreitung mitDefinition der Robustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung.
In den Fig. ist jeweils der Normalwert eQ0, die Abweichung eQ zum Normalwert eQ0,der Fehlerschwellenwert gQPos bzw. gQneg, der Rohabstand r0 des Merkmalswertesvom Fehlerschwellenwert gQPos bzw. gQneg, der auf der Basis des Rohabstandes r0bestimmte Abstand η des Merkmalwertes vom Fehlerschwellenwert gQp0s bzw. gQneg,die Robustheitsheitskennzahlen Rz bzw. RD über den Elementen n der Datenreihedargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung bei der der auf der Basis des RohabstandesRohabstandes r0 bestimmte Abstand n des Merkmalswertes vomFehlerschwellenwert gQpos gleich dem maximalen Abstandswert rmax_Pos gesetzt wird,wenn die Freigabebedingungen E für eine Diagnose nicht erfüllt sind. Somit wird Rzauch in Bereichen außerhalb der Einschaltbedingungen definiert und weist in diesen
Bereichen den Wert 1 auf. Es erfolgt ein stetiger Übergang in Bereiche, in denen dieDiagnose freigegeben ist. In Fig. 2 dagegen ist die Robustheitskennzahl Rzaußerhalb des Freigabebereiches E nicht definiert.
Bei einem Normalwert des überwachten Merkmals von eQ0 = 1 und einem positivenFehlerschwellenwert von gQpos = 1.1 ergibt sich in Fig. 1 der maximale Abstandrmax_Pos = 0.1. Die maximale Dauer der Fehlerentprellung für eine vollständigeFehlererkennung N0 wurde mit 30 Messschritten angenommen. Für die Berechnungder Robustheitskennzahl Rz[n] an der Stelle n= 50 beispielsweise, wird die Flächevon i= 50 bis i= 80 herangezogen. Die Normierung ergibt sich durch Division mitder maximal möglichen Fläche rmax_Pos-N0. Werte für den Rohabstand r0 größer alsrmax_pos und kleiner als 0 werden mit diesen Werten begrenzt. Dies wird für jedesElement n durchgeführt - immer mit der Bedingung, dass die EinschaltbedingungenE=1 für den gesamten Bereich n bis n+N0 erfüllt sind. In dem Bereich mit E=0 sinddie Einschaltbedingungen E nicht erfüllt.
Wird die Robustheitskennzahl Rz null, so bedeutet dies, dass der Merkmalswert eQder Diagnosefunktion mindestens für die maximale Dauer der Fehlerentprellung(N0) über dem Fehlerschwellenwert gQp0s liegt. Ist dies der Fall, wird ein endgültigerFehler erkannt. Eine Robustheitskennzahl Rz = 1 bedeutet maximale Robustheit.Dies ist der Fall, wenn der Abstand η des überwachten Merkmalswerts für diegesamten im Bereich N0 betrachteten Punkte größer oder gleich rmax_p0s[i] ist.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen analog zu den Fig. 1 und Fig. 2 Berechnungen derRobustheitskennzahlen Rz für den Fall einer Überwachung gegen eine negativeFehlerschwellenwertüberschreitung.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung bei der der auf der Basis des RohabstandesRohabstandes r0 bestimmte Abstand n des Merkmalswertes vomFehlerschwellenwert gQneg gleich dem maximalen Abstandswert rmax neg gesetzt wird,wenn die Freigabebedingungen E für eine Diagnose nicht erfüllt sind. Somit wird Rzauch in Bereichen außerhalb der Einschaltbedingungen definiert und weist in diesenBereichen den Wert 1 auf. Es erfolgt ein stetiger Übergang in Bereiche, in denen dieDiagnose freigegeben ist. In Fig. 4 dagegen ist die Robustheitskennzahl Rzaußerhalb des Freigabebereiches E nicht definiert.
Bei einem Normalwert des überwachten Merkmals von eQ0 = 1 und einem negativenFehlerschwellenwert von gQneg = 0.9 ergibt sich der maximale Abstand rmaxneg = 0.1. Die maximale Dauer der Fehlerentprellung für eine vollständigeFehlererkennung N0 wurde wieder mit 30 Messschritten angenommen. Für dieBerechnung der Robustheitskennzahl Rz[n] an der Stelle n= 50 beispielsweise, wirddie Fläche von i= 50 bis i= 80 herangezogen. Die Normierung ergibt sich durchDivision mit der maximal möglichen Fläche rmax neg-N0. Werte für den Rohabstand r0größer als rmax_neg und kleiner als 0 werden mit diesen Werten begrenzt. Dies wirdfür jedes Element n durchgeführt - immer mit der Bedingung, dass dieEinschaltbedingungen E=1 für den gesamten Bereich n bis n+N0 erfüllt sind. In demBereich mit E=0 sind die Einschaltbedingungen (Freigabebedingungen) E nichterfüllt.
Wird die Robustheitskennzahl Rz null, so bedeutet dies, dass der Merkmalswert eQder Diagnosefunktion mindestens für die maximale Dauer der Fehlerentprellung(N0) unter dem Schwellenwert gQneg liegt. Ist dies der Fall, wird ein endgültigerFehler erkannt. Eine Robustheitskennzahl Rz = 1 bedeutet maximale Robustheit.Dies ist der Fall, wenn der Abstand η des überwachten Merkmalswerts für diegesamten im Bereich N0 betrachteten Punkte größer oder gleich Γ max_neg [i] ist.
Fig. 5 zeigt die Berechnung von der Robustheitskennzahl RD für den Fall einerÜberwachung gegen eine positive Fehlerschwellenwertüberschreitung mit Definitionder Robustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung.
Bei einem Normalwert des überwachten Merkmals von eQ0 = 1 und einem positivenFehlerschwellenwert von gQpos =1.1 ergibt sich der maximale Abstand rmax_p0s = 0.1. N0 wurde mit 30 Messschritten, Inkrement x und Dekrement y mit Einsangenommen. Der sich daraus ergebende Verlauf von N* ist dargestellt. DieNormierung ergibt sich durch Division mit der maximal möglichen Fläche rmax_pos-N*.
Wird die Robustheitskennzahl RD null, so bedeutet dies, dass der Merkmalswert eQder Diagnosefunktion so lange den Schwellenwert überschritten hat, so dass der N*Null wird. Ist dies der Fall, so wird ein endgültiger Fehler erkannt. EineRobustheitskennzahl RD = 1 bedeutet maximale Robustheit. Dies ist der Fall, wennder Abstand n des überwachten Merkmalswerts für die gesamten im Bereich N*betrachteten Punkte größer oder gleich ^max_pos [i] ist.
Fig. 6 zeigt die Berechnung von der Robustheitskennzahl RD für den Fall einerÜberwachung gegen eine negative Fehlerschwellenwertüberschreitung mitDefinition der Robustheitskennzahl außerhalb der Einschaltbedingung E.
Bei einem Normalwert des überwachten Merkmals von eQ0 = 1 und einem negativenFehlerschwellenwert von gQneg = 0.9 ergibt sich der maximale Abstand rmax_neg — 0.1. N0 wurde mit 30 Messschritten, Inkrement x und Dekrement y mit Einsangenommen. Der sich daraus ergebende Verlauf von N* ist dargestellt. DieNormierung ergibt sich durch Division mit der maximal möglichen Fläche rmax neg-N*.
Wird die Robustheitskennzahl RD null, so bedeutet dies, dass der Merkmalswert eQder Diagnosefunktion so lange den Schwellenwert überschritten hat, so dass der N*Null wird. Ist dies der Fall, so wird ein endgültiger Fehler erkannt. EineRobustheitskennzahl RD = 1 bedeutet maximale Robustheit. Dies ist der Fall, wennder Abstand n des überwachten Merkmalswerts für die gesamten im Bereich N*betrachteten Punkte größer oder gleich Tmax_neg [i] ist.
Bei den in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungen wird der auf der Basis desRohabstandes r0 bestimmte Abstand n des Merkmalswertes vomFehlerschwellenwert gQpos bzw. gQneg gleich dem maximalen Abstandswert rmax_pOSbzw. rmax neg gesetzt, wenn die Freigabebedingungen E für eine Diagnose nichterfüllt sind. Somit wird RD auch in Bereichen außerhalb der Einschaltbedingungen Edefiniert und weist in diesen Bereichen den Wert 1 auf. Es erfolgt ein stetigerÜbergang in Bereiche, in denen die Diagnose freigegeben ist.
Durch die Verwendung von Robustheitskennzahlen ist es möglich, dieZuverlässigkeit von Diagnosefunktionen automatisiert zu optimieren und vorFehlereintritt oder Anspringen der Entprellfunktion zu quantifizieren. DieseRobustheitskennzahlen Rz bzw. RD können bei folgenden Problemstellungenangewendet werden: • Zur Optimierung von Labels, wie Einschaltbedingungen, Dauer der vollständigen Fehlerentprellung, usw.: Mittels statistischer Versuchsplanunglassen sich verschiedene Einflussparameter unter Berücksichtigungvorgegebener Robustheitskennzahlen im Rahmen der Applikation vonDiagnosefunktionen optimieren. • Zur Identifikation und gezielten Untersuchung von kritischenBetriebsbedingungen und Fahrmanövern. Diese lassen sich in Messungeneinfach durch niedrige Werte der Robustheitskennzahl finden. • Auf Basis statistischer Versuchsplanung (DoE) und Offline-Optimierung bzw.einer HIL (Hardware in the Loop)-/MIL (Model in the Loop)- Koppelung kannder Trade-off zwischen Robustheit und Betriebsleistung (IUPR - In UsePerformance Ratio) mithilfe der errechneten Robustheitskennzahlen optimiertwerden, indem beispielsweise eine Robustheit unter Einhaltung desgesetzlichen IUPR und der Lauffähigkeit der Diagnose im Demozyklusmaximiert wird. Die Diagnose-Fehlerschwellenwerte sind meist aufgrund dergesetzlich geforderten Empfindlichkeit der OBD (On Board Diagnostic) fürfehlerhafte Systeme vorgegeben. Verstellparameter zur Optimierung vonRobustheit und IUPR sind daher in der Regel Freigabebedingungen E undEntprellzeiten.

Claims (21)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Beurteilung der Robustheit zumindest einer Diagnosefunktion,insbesondere zur On-Board-Diagnostik bei einem Fahrzeug, wobei fürzumindest eine charakteristische Größe der Diagnosefunktion zumindest einMerkmalswert (eQ) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest ein Fehlerschwellenwert (gQpos, gQneg) für zumindest einenvorzugsweise empirisch ermittelten Merkmalswert (eQ) der Diagnosefunktionfestgelegt wird, dass ein Abstand (η) des ermittelten Merkmalswertes (eQ)vom Fehlerschwellenwert (gQp0s, gQneg) bestimmt wird, und dass zumindesteine Robustheitskennzahl (Rz, Rd) auf der Basis des Abstandes (η) berechnetwird, wobei vorzugsweise der Abstand (η) auf Basis eines durch die Differenzoder dem Quotienten zwischen dem gemessenen Merkmalswert (eQ) unddem Fehlerschwellenwert (gQp0s, gQneg) berechneten Rohabstandes (r0[i])ermittelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieRobustheitskennzahl (Rz, Rd) auf der Basis einer Summe aller in einer Reiheauftretenden Abstände (η) berechnet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einpositiver maximaler Abstandwert (rmax_p0s) als Differenz zwischen einempositiven Fehlerschwellenwert (gQpos) und einem definierten Normalwert (eQ0)festgelegt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand(n) dem positiven maximalen Abstandswert (rmax_Pos) gleichgesetzt wird,wenn - bei Überschreitung des positiven Fehlerschwellenwertes (gQp0s) durchden Merkmalswert (eQ) - der Rohabstand (r0[i]) größer als der positivemaximale Abstandswert (rmax_p0s) ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass derAbstand (η) gleich Null gesetzt wird, wenn bei Überschreitung des positivenFehlerschwellenwertes (gQP0S) durch den Merkmalswert (eQ) - der Rohabstand(r0[i]) kleiner als Null ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass - bei Überschreitung des positiven Fehlerschwellenwertes (gQP0S) durchden Merkmalswert (eQ) - die Robustheitskennzahl Rz nach folgenderGleichung berechnet wird:
    wobei n ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswerten eQ, N0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit (Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstellt,η ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des Merkmalswertes vom Fehlerschwellenwert,rmax_pos der maximale Abstand zwischen einem positivenFehlerschwellenwert (gQP0S) und einem definiertenNormalwert (eQ0)ist.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass - bei Überschreitung des positiven Fehlerschwellenwertes (gQPOS) durchden Merkmalswert (eQ) - die Robustheitskennzahl RD nach folgenderGleichung berechnet wird:
    wobei n ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswerten eQ, ZählerstandN0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit (Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstellt,N*[n] ... Variable der Datenpunkte der Datenreihe n ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des Merkmalswertes vom Fehlerschwellenwert,i"max_Pos · der maximale Abstand zwischen einem positivenFehlerschwellenwert (gQPOS) und einem definiertenNormalwert (eQ0)ist.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass ein negativer maximaler Abstandwert (rmaxneg) als Differenz zwischeneinem definierten Normalwert (EQ0) einem negativen Fehlerschwellenwert(gQneg) festgelegt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand(η) dem negativen maximalen Abstandswert (rmax _neg) gleichgesetzt wird,wenn - bei Unterschreitung des negativen Fehlerschwellenwertes (gQneg)durch den Merkmalswert (eQ) - der Rohabstand (r0[i]) größer als der negativemaximale Abstandswert ( rmax_neg ) ist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass derAbstand (η) gleich Null gesetzt wird, wenn bei Unterschreitung des negativenFehlerschwellenwertes (gQneg) durch den Merkmalswert (eQ) - der Rohabstand(r0[i]) größer als Null ist.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass - bei Unterschreitung des negativen Fehlerschwellenwertes (gQneg) durchden Merkmalswert (eQ) - die Robustheitskennzahl Rz nach folgenderGleichung berechnet wird:
    wobei n ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswerten eQ, ZählerstandN0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit (Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstellt, Π ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des Merkmalswertes vom Fehlerschwellenwert,rmax_neg der maximale Abstand zwischen einem definiertenNormalwert (eQ0) und einem negativenFehlerschwellenwert (gQneg)ist.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass - bei Unterschreitung des negativen Fehlerschwellenwertes (gQneg) durchden Merkmalswert (eQ) - die Robustheitskennzahl RD nach folgender Gleichung berechnet wird:
    wobei n ... ein Element einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswerten eQ, ZählerstandN0 ... die Anzahl der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit (Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstellt,N*[n] ... Zählerstandvariable n ... der auf der Basis des Rohabstandes bestimmte Abstand des Merkmalswertes vom Fehlerschwellenwert,rmax_neg ··· der maximale Abstand zwischen einem definiertenNormalwert (eQ0) und einem negativenFehlerschwellenwert (gQneg)ist.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählerstandvariable N*[n] für zumindest das erste Element (n=l)einer Datenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswerten (e0) gleich derAnzahl (N0) der Datenpunkte der Datenreihe, die die Mindestzeit(Entprellzeit) zur Fehlererkennung darstellt, gesetzt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählerstandvariable N*[n] für alle Elemente (n) der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten (e0) gleich der Anzahl (N0) derDatenpunkte der Datenreihe gesetzt wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählerstandvariable N*[n] der Datenpunkte der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) um den Betrag Einsdekrementiert wird, wenn der Rohabstand r0[i] des ersten Elementes derDatenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) negativ wird,solange N*[n-1]>0 ist .
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählerstandvariable N*[n] der Datenpunkte der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) um den Betrag Eins inkrementiert wird, wenn der Rohabstand r0[i] des ersten Elementes derDatenreihe von aufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) größer als Nullwird, solange N*[n-1] kleiner als die Anzahl (N0) der Datenpunkte derDatenreihe ist, die die Mindestzeit zur Fehlererkennung darstellt.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählerstandvariable N*[n] der Datenpunkte der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) beibehalten wird, wenn derRohabstand r0[i] des ersten Elementes der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) negativ wird, solange N*[n-1]=0ist.
  18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählerstandvariable N*[n] der Datenpunkte der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) beibehalten wird, wenn derRohabstand r0[i] des ersten Elementes der Datenreihe vonaufeinanderfolgenden Merkmalswerten (eQ) größer als Null wird, solangeN*[n-1]=N0 ist
  19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählervariable (i) wieder zurückgesetzt wird, wenn sich derMerkmalswert (eQ) des überwachten Merkmals wieder normalisiert.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass die Robustheit der Diagnosefunktion auf Grund der Robustheitskennzahl(Rz, Rd) bewertet wird, wobei eine Robustheitskennzahl (Rz, RD) mit demWert Eins für maximale Robustheit und eine Robustheitskennzahl (Rz, Rd) mitdem Wert Null für minimale Robustheit bzw. eine eingetreteneFehlererkennung steht.
  21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet,dass auf der Basis der Robustheitskennzahl (Rz, Rd) die Wahrscheinlichkeitdes Auftretens von Fehldiagnosen berechnet wird.
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