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Technisches Gebiet
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In modernen Dieselmotoren dienen elektrisch ansteuerbare Injektoren zur Einstellung des Spritzbeginns und der Einspritzmenge des Kraftstoffs. An den Injektoransteuerleitungen können Fehler auftreten, wie beispielsweise Kurzschlüsse, die wiederum Folgefehler verursachen können. Ein Endstufenbaustein empfängt daraufhin Fehlerinformationen, die über eine serielle Schnittstelle an den Mikrocontroller gemeldet werden. Die Fehlerinformation wird in unveränderter Form entprellt und nach Einstufung als endgültig defekt eine Ersatzreaktion eingeleitet, sowie ein Fehlerspeichereintrag angelegt.
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Stand der Technik
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DE 195 39 071 betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere die Ansteuerung eines elektromagnetischen Ventils zur Kraftstoffzumessung. Die Ansteuerung wird in 8 Phasen gegliedert, zu denen auch der Booster-Betrieb (Ansteuerung des Lowside-Schalters), die Anzugstromphase (Öffnen des Magnetventils) und die Haltestromphase (Offenhalten des Magnetventils) zählen. Die bei dem Übergang vom Anzugstrom zu dem geringeren Haltestrom freiwerdende Energie wird in einem Kondensator gespeichert.
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DE 40 12 109 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines von einer Steuerschaltung ansteuerbaren elektrischen/elektronischen Schalters (Endstufe), seines angeschlossenen Verbrauchers, seiner Ansteuerung und seiner Verbindungsleitungen. Durch einen hardwaremäßigen Vergleich von Eingangs- und Ausgangspotentialen der Endstufe werden 3 Potentialbereiche und damit 3 Fehlerzustände erfaßt und mit Hilfe eines Fensterkomparators einer Logikschaltung unterschieden. Die 3 unterscheidbaren Fehlerfälle sind Kurzschluß nach Pluspotential, Kurzschluß nach Masse und Lastabfall. Die Fehler an der Endstufe werden über einen Codierer in einem Zwischenspeicher abgelegt, bei Abfrage durch die Steuerschaltung (μC) über einen Speicher ausgelesen und an eine Schnittstelle der Steuerschaltung abgegeben. Eine Sicherheitsschaltung schützt die Endstufe vor Überlast durch Abschaltung.
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DE 196 13 615 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Analysieren eines Fehlers in einem Halbleiterwafer.
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DE 195 23 483 C2 offenbart eine rechnergestützte Fehlerdiagnoseeinrichtung für ein komplexes technisches System, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Im Stand der Technik wird im Fehlerspeicher lediglich das Fehlersymptom abgelegt, nicht aber die physikalische Fehlerursache.
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Darstellung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine Auswertung der an die Steuerschaltung (μC) gesendeten Fehlerinformationen und das Erkennen des physikalischen Fehlers, der die Fehlermeldungen verursacht.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem darin, daß eine schnelle Auffindung und Behebung der Fehlerursache im Service gewährleistet werden können.
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Die Diagnose der Fehlermeldungen erfolgt über Mustererkennung. Zu den an dem μC gesendeten Fehlerinfos wird ein qualifizierter Fehlerspeichereintrag angelegt, der eine gezielte Ersatzreaktion erlaubt.
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Ein Vorteil der Diagnose über Mustererkennung liegt darin, daß die Zuordnung eines Fehlermusters zu einer physikalischen Ursache bereits in der Applikationsphase des Systems erfolgen kann.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß eine bestimmte physikalische Fehlerursache mit mehreren verschiedenen Fehlermustern, die sich bei unterschiedlichen Betriebspunkten ergeben, in Verbindung gebracht werden kann.
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Des Weiteren können durch die Diagnose über Mustererkennung Folgefehler als solche erkannt werden und somit Fehlerspeichereinträge vermieden werden.
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Vorteilhaft ist ferner bei der erfindungsgemäßen Lösung, daß ein einfacher und damit resourcenschonender Algorithmus zur Analyse der Fehlermuster verwendet wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird insbesondere zur Diagnose von Fehlerzuständen an den Injektoransteuerleitungen eines Common Rail-Dieseleinspritzsystems verwendet.
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Zeichnung
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 Einen Überblick über die Diagnose durch Mustererkennung,
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2 einen Überblick über das bei Auftreten eines physikalischen Fehlers involvierte Gesamtsystem,
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3 einen Überblick über die Diagnose durch Mustererkennung bei der Injektoransteuerung,
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4 den Aufbau eines Fehlermusters das an den Mikrocontroller übertragen wird,
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5 den Aufbau einer Patternmatrix,
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6 den Aufbau einer Selektmatrix und
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7 eine schematische Darstellung des Ablaufs der Mustererkennung.
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1 gibt einen Überblick über die Diagnose durch Mustererkennung. Die Fehlersymptome 9 werden zunächst geordnet 13, wodurch sich ein bestimmtes Fehlermuster 19 ergibt. Dieses Fehlermuster 19 wird nun mit den Einträgen einer Patternmatrix 16 und einer Selektmatrix 15 logisch verknüpft. Durch die Patternmatrix 16 können bekannte Fehlermuster appliziert werden, die sich aus physikalischen Fehlern 7 ergeben. Ein Eintrag in einer Zeile der Matrix 16 beschreibt beispielsweise immer das Muster eines physikalischen Fehlers 7. Durch die Selektmatrix 15 kann festgelegt werden, welches Bit des Fehlermusters 19 für die Erkennung des gerade betrachteten physikalischen Fehlers 7 von Bedeutung ist. Durch die Selektmatrix 15 können die durch Folgefehler verursachten Einsen im Fehlermuster ignoriert werden oder eine Gruppe von Fehlermustern erkannt werden, die von dem gleichen physikalischen Fehler 7 verursacht wird.
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Bei erfolgreicher Mustererkennung 4 ist das Resultat ein physikalischer Fehler 7. Wenn das Fehlermuster 19 zu keinem applizierten Muster paßt, so ist das Resultat ein nicht klassifizierbarer Fehler 14. Das Resultat der Mustererkennung wird sowohl an einen Fehlerspeicher 18 als auch an einen Abschaltkoordinator 17 weitergeleitet.
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Ausführungsvarianten
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Als Beispiel für die Diagnose durch Mustererkennung soll im folgenden die Diagnose der Injektoransteuerung in einem Common Rail-Dieseleinspritzsystem mit einem Endstufenbaustein beschrieben werden.
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2 zeigt das von der vorliegenden Erfindung betroffene Gesamtsystem. Ein an den Injektoranschlüssen 8 auftretender physikalischer Fehler 7 (beispielsweise ein Lastabfall an Injektor x) erzeugt in der Common Rail(CR)-Endstufe 1 eine Abweichung vom erwarteten Stromverlauf. Der Endstufenbaustein 2 dient zur Überwachung der CR-Endstufe 1 und er erkennt über eine Strom-Spannungskonvertierung 10 einen Fehler 7 bei den Injektoranschlüssen 8, beispielsweise, daß bei der Ansteuerung des betroffenen Injektors der Strom nicht über eine minimale Schwelle (Imin) ansteigt. Eine entsprechende Meldung des Fehlersymptoms 9 wird über SPI-Kommunikation 11 an den Mikrocontroller μC übertragen. Die Software des Mikrocontrollers μC führt nun die Diagnose durch Mustererkennung 4 durch, mit dem Ziel, an der Systemgrenze Steuergerät 6 wieder den ursprünglichen physikalischen Fehler 7 dem Diagnosetester 5 über eine Diagnoseschnittstelle 12 melden zu können.
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3 stellt, analog zu 1, schematisch die Diagnose durch Mustererkennung anhand des Beispiels der Injektoransteuerung dar. Die Funktion Diagnose Injektoransteuerung wird einmal pro Nockenwellenumdrehung ausgeführt, weil danach ein Einspritzzyklus abgeschlossen ist und damit die Diagnoseinformationen der anderen Zylinder der gleichen Bank berücksichtigt werden können.
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Von dem Endstufenbaustein werden Fehlermeldungen 20 per SPI-Kommunikation 11 an den Mikrocontroller μC übertragen. Sie werden zu einem Fehlermuster 21 angeordnet 13. Das Fehlermuster 21 wird einer Mustererkennung 4 unterzogen. Durch logische Verknüpfung mit Einträgen der Patternmatrix 16 und einer Selektmatrix 15 wird geprüft, ob das Fehlermuster 21 übereinstimmt mit dem eines bekannten physikalischen Fehlers 7. Das Ergebnis wird in dem Fehlerspeicher 18 gespeichert. Kann ein Fehlermuster identifiziert und damit der ursprüngliche Fehler 7 klassifiziert werden, so wird in Abhängigkeit von der Schwere des Fehlers 7 das System über den Abschaltkoordinator 17 abgeschaltet. Kann das Fehlermuster 21 nicht interpretiert werden, so wird ein nicht klassifizierbarer Fehler 14 gemeldet, der ebenfalls das System über den Abschaltkoordinator 17 abschalten kann.
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Die Fehlermeldungen
20 des Endstufenbausteins sind einem einzelnen Zylinder, einer Bank oder dem Endstufenbaustein zugeordnet. Die einzelnen Fehlermeldungen (
20) sind in den folgenden 3 Tabellen aufgelistet: Zylinderspezifische Fehlermeldungen Tabelle 1
| Bitposition | Fehlermeldung des Endstufenbausteins |
| 0 | Zylinder-Fehlertyp 1 |
| 1 | Zylinder-Fehlertyp 2 |
| 2 | Zylinder-Fehlertyp 3 |
| 3 | Zylinder-Fehlertyp 4 |
| 4 | Zylinder-Fehlertyp 5 |
| 5 | Zylinder-Fehlertyp 6 |
| 6 | Zylinder-Fehlertyp 7 |
| 7 | Zylinder-Fehlertyp 8 |
Bankspezifische Fehlermeldungen Tabelle 2
| Bitposition | Fehlermeldung Endstufenbaustein |
| 0 | Bank-Fehlertyp 1 |
| 1 | Bank-Fehlertyp 2 |
| 2 | Bank-Fehlertyp 3 |
| 3 | Bank-Fehlertyp 4 |
| 4 | Bank-Fehlertyp 5 |
| 5 | Bank-Fehlertyp 6 |
| 6 | Bank-Fehlertyp 7 |
| 7 | Bank-Fehlertyp 8 |
Bausteinspezifische Fehlermeldungen Tabelle 3
| Bitposition | Fehlermeldung Endstufenbaustein |
| 0 | Baustein-Fehlertyp 1 |
| 1 | Baustein-Fehlertyp 2 |
| 2 | Baustein-Fehlertyp 3 |
| 3 | Baustein-Fehlertyp 4 |
| 4 | Baustein-Fehlertyp 5 |
| 5 | Baustein-Fehlertyp 6 |
| 6 | Baustein-Fehlertyp 7 |
| 7 | Baustein-Fehlertyp 8 |
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4 zeigt, wie aus den Fehlermeldungen 20 für jeden Zylinder ein Endstufenbaustein-Fehlermuster 21 zusammengestellt wird. In die Bits 0 bis 7 werden die für den gerade betrachteten Zylinder gültigen Fehlerbits 22 (gemäß Tabelle 1) von dem Baustein 2 kopiert. Die bankspezifischen Fehler 23 der dazugehörigen Bank werden (gemäß Tabelle 2) in die Bits 8 bis 15 kopiert. Um Fehlerinfos der anderen Zylinder auf der selben Bank bei der Diagnose eines Zylinders mit einzubeziehen, werden die Fehlerbits dieser Zylinderbitweise ODER-verknüpft (Bezugszeichen 24) und in den Bits 16 bis 23 abgelegt. Die folgenden Bits beinhalten die Informationen, ob auf dem aktuellen Zylinder (Bit 24), der zugehörigen Bank (Bit 25) oder auf den anderen Zylindern der selben Bank (Bit 26) innerhalb der letzten Nockenwellenumdrehung mindestens eine Einspritzung stattgefunden hat.
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In 5 ist der Aufbau der Patternmatrix 16 dargestellt. Sie ist ein Funktionswerteblock und besteht aus 32 Einträgen, die jeweils 32 Bit breit sind. Durch die Patternmatrix 16 können bekannte Fehlermuster appliziert werden, die sich bei physikalischen Fehlern 7 an den Injektoransteuerleitungen ergeben. Ein Eintrag in einer Zeile der Matrix 16 beschreibt immer das Muster eines physikalischen Fehlers 7.
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Die Belegung der Bits 0 bis 26 (Bezugszeichen 29) der einzelnen Matrixeinträge ist bezogen auf die gleichen Bits des oben beschriebenen Endstufenbaustein-Fehlermusters 21. Eine 0 in der Patternmatrix bedeutet, daß das zugehörige Bit im Endstufenbaustein-Fehlermuster ebenfalls 0 sein muß und umgekehrt, falls es sich um denselben physikalischen Fehler 7 handelt.
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Zu welchem physikalischen Fehler 7 das Muster 29 gehört, wird in den vorderen Bits (Bezugszeichen 30, 31, 32) jedes Matrixeintrags appliziert. Bit 27 gibt an, ob das Muster einen bank- oder einen zylinderspezifischen Fehler kennzeichnet (Fehlerart (Bezugszeichen 30)). Bit 31 und 32 ordnen dem Mustereintrag (Bezugszeichen 29) einen Fehlerpfad (Bezugszeichen 32) zu, durch die Bits 28 und 29 kann der Fehlertyp (Bezugszeichen 31) und damit das Fehlerbit im Fehlerpfad (Bezugszeichen 32) festgelegt werden.
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Zur Kennzeichnung eines bestimmten physikalischen Fehlers 7 werden ihm also Bits zugeordnet, die die Fehlerart 30, den Fehlertyp 31 und den Fehlerpfad 32 eindeutig festlegen.
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In der als Beispiel dienenden Ausführung der Erfindung existieren 4 Fehlerpfade
32, in denen je 4 Bits den Fehlertyp
31 festlegen. Bei der Fehlerart
32 kann es sich um einen bank-, einen baustein- oder einen zylinderspezifischen Fehler handeln (0 identifiziert einen zylinderspezifischen Fehler, 1 einen bankspezifischen Fehler). Ein Beispiel für die verschiedenen Fehler, die nach Art
30, Pfad
32 und Typ
31 zu unterscheiden sind, enthält Tabelle 4:
| Fehlerart | Fehlerpfad | Typ | Beschreibung |
| zylinderspezifisch | Pfad Ax | 0 | Kurzschluß auf der Lowside zur Versorgungsspannung Ubatt |
| zylinderspezifisch | Pfad Ax | 1 | Kurzschluß auf der Lowside nach Masse |
| zylinderspezifisch | Pfad Ax | 2 | Kurzschluß Highside nach Lowside |
| zylinderspezifisch | Pfad Ax | 3 | nicht klassifizierbarer Fehler |
| zylinderspezifisch | Pfad Bx | 0 | - |
| zylinderspezifisch | Pfad Bx | 1 | - |
| zylinderspezifisch | Pfad Bx | 2 | Lastabfall eines Zylinders |
| zylinderspezifisch | Pfad Bx | 3 | - |
(x = 1–8; Zylindernummer)
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Die Pfade
32 werden in der Patternmatrix
16 wie folgt festgelegt: Tabelle 5
| Bitbelegung | Fehlerpfad |
| 00 | Fehlerpfad A |
| 01 | Fehlerpfad B |
| 02 | Muster gehört zu keinem Fehlerpfad |
| 03 | Muster gehört zu keinem Fehlerpfad |
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Den Patternmatrixeinträgen in den ersten zwei Zeilen 33 ist eine Sonderfunktion zugeteilt. Sie werden für nicht klassifizierbare Fehler 14 verwendet. Die Bits 0 bis 26 (Bezugszeichen 28) werden in den ersten zwei Matrixeinträgen (Bezugszeichen 33) nicht benutzt, da mit ihnen keine Mustererkennung durchgeführt wird.
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6 zeigt den Aufbau der Selektmatrix 15. Wie die Patternmatrix 16 besteht sie aus 32 Einträgen, die jeweils 32 Bit breit sind. Jeder Eintrag dieser Matrix 15 gehört zu dem Eintrag mit dem gleichen Index aus der Patternmatrix 16. Durch die Einträge der Selektmatrix 15 kann festgelegt werden, welches Bit des Endstufenbaustein-Fehlermusters 21 für die Erkennung des gerade betrachteten physikalischen Fehlers 7 von Bedeutung ist. Eine 1 in den Auswahlbits 0 bis 26 (Bezugszeichen 35) bedeutet dabei, daß das entsprechende Bit des Fehlermusters für die Mustererkennung herangezogen wird. Ein mit einer 0 belegtes Bit wird nicht herangezogen.
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Wie auch bei der Patternmatrix 16 dienen die Einträge in den ersten zwei Zeilen 34 der Selektmatrix 15 zur Behandlung nicht klassifizierbarer Fehler 14. Die Auswahlbits 0 bis 26 (Bezugszeichen 35) dieser beiden Einträge 34 geben dabei jeweils für bank- und zylinderspezifische Fehler an, welche Bits des Endstufenbaustein-Fehlermusters 19 einen nicht klassifizierbaren Fehler 14 auslösen können (0 – kann keinen auslösen, 1 – Bit ist relevant für nicht klassifizierbare Fehler). Die Bits 27 bis 31 werden in der gesamten Selektmatrix 15 nicht benutzt 28.
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7 zeigt eine schematische Ansicht der Mustererkennung für Zylinder 2. Das Endstufenbaustein-Fehlermuster 21 für Zylinder 2 (Bezugszeichen 38) wird bitweise XODER-verknüpft 40 mit einem Eintrag der Patternmatrix 16. Das Resultat 41 beinhaltet nun für alle Bits, die im Fehlermuster 21 und im Eintrag der Patternmatrix 16 übereinstimmen eine 0 und für alle anderen eine 1.
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Dieses Resultat 41 wird jetzt mit dem zugehörigen Eintrag (gleicher Index) der Selektmatrix 15 bitweise UND-verknüpft 39. Alle Bits, die für das gerade betrachtete Fehlerbild nicht von Bedeutung sind, werden auf 0 gesetzt und alle anderen behalten ihren Wert. Wenn nach dieser Verknüpfung alle Bits des Resultats 42 auf 0 stehen, bedeutet das, daß ein Fehlermuster erkannt wurde.
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Mit Hilfe der Pattern- und der Selektmatrix können also drei Zustände beschrieben werden:
- – Das Bit muß für das betreffende Muster 19 gesetzt sein (Pattern = 1, Selekt = 1).
- – Das Bit muß für das betreffende Muster 19 gelöscht sein (Pattern = 0, Selekt = 1).
- – Der Wert des Bits ist unerheblich (Pattern = x, Selekt = 0).
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Enthält ein Selektmatrixeintrag nur Nullen, so wird dieser Eintrag und der Eintrag der Patternmatrix mit dem gleichen Index nicht für die Mustererkennung verwendet.
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Falls ein Fehlermuster 21 erkannt wird, so wird das zugehörige in den Bits 27 bis 31 der Patternmatrix 16 angegebene Fehlerbit in dem Fehlerspeicher 18 unter dem gleichen Index wie der Matrixeintrag gesetzt. Aus dem Fehlerspeicher 18 kann ausgelesen werden 43, bei welchen Einträgen der Matrizen 15 und 16 ein Muster erkannt werden konnte.
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Die in 7 schematisch dargestellte Mustererkennung wird für jeden Zylinder einzeln durchgeführt. Dabei werden die Verknüpfungen (Bezugszeichen 40, 39, =), beginnend mit Eintrag 31 von Patternmatrix 16 und Selektmatrix 15 für 30 Einträge der beiden Matrizen durchgeführt, einschließlich Eintrag 2. Es können dabei mehrere Muster erkannt werden.
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Die Einträge 0 und 1 von Pattern- und Selektmatrix 33, 34 sind reserviert für die Behandlung von nicht klassifizierbaren Fehlern 14 von Bank und Zylinder. Wird bei der Verknüpfung des Endstufenbaustein-Fehlermusters 21 eines Zylinders mit allen Einträgen der Pattern- und Selektmatrix kein Muster erkannt, so wird das Fehlerbild als nicht klassifizierbarer Fehler 14 eingestuft, der dann in den entsprechenden Fehlerpfaden eingetragen wird.
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Bei allen Fehlern außer bei Lastabfall eines einzelnen Zylinders wird das System irreversibel abgeschaltet. Des Weiteren wird in einem Parameter festgelegt, ab welcher Anzahl von Zylindern mit Lastabfall das System über den Abschaltkoordinator 17 abgeschaltet werden soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Common Rail-Endstufe
- 2
- Endstufenbaustein
- 3
- Systemgrenze Endstufenbaustein
- 4
- Mustererkennung
- 5
- Diagnosetester
- 6
- Systemgrenze Steuergerät
- 7
- Physikalischer Fehler
- 8
- Injektoransteuerleitungen
- 9
- Fehlersymptom
- 10
- I/U-Konvertierung
- 11
- SPI-Kommunikation
- 12
- Diagnoseschnittstelle, CAN, K-Linie
- 13
- Ordnen
- 14
- Nicht klassifizierbarer Fehler
- 15
- Selektmatrix
- 16
- Patternmatrix
- 17
- Abschaltkoordinator
- 18
- Fehlerspeicher
- 19
- Fehlermuster
- 20
- Endstufenbaustein-Fehlermeldungen
- 21
- Endstufenbaustein-Fehlermuster
- 22
- Zylinderspezifische Bits des Fehlermusters
- 23
- Bankspezifische Bits des Fehlermusters
- 24
- Bitweise ODER-Verknüpfung
- 25
- Fehlerinformation eines anderen Zylinders
- 26
- Fehlerinformation eines anderen Zylinders
- 27
- Fehlerinformation eines anderen Zylinders
- 28
- Nicht verwendete Bits
- 29
- Bits entsprechend dem Fehlermuster
- 30
- Fehlerart
- 31
- Fehlertyp
- 32
- Fehlerpfad
- 33
- Erste zwei Patternmatrixeinträge
- 34
- Erste zwei Selektmatrixeinträge
- 35
- Auswahlbits
- 36
- Zylinder 8
- 37
- Zylinder 1
- 38
- Zylinder 2
- 39
- Bitweise UND-Verknüpfung
- 40
- Bitweise XODER-Verknüpfung
- 41
- Resultat der XODER-Verknüpfung
- 42
- Resultat der UND-Verknüpfung
- 43
- Auslesen des Fehlerspeichers
- μC
- Mikrocontroller
