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Die
Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung, ein rechnergestütztes Diagnosesystem
und ein rechnergestütztes
Verfahren zur Durchführung
einer Diagnose für
ein komplexes technisches System wie z.B. einem Kraftfahrzeug. Das
Diagnosesystem setzt hierbei auf der Systemtopologie des zu untersuchenden
Systems auf und macht sich logische und physikalische Zusammenhänge in der
Systemtopologie zu Nutze, um mit einem softwaremäßig implementierten Algorithmus
zu einer Diagnose zu gelangen.
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Technologische Grundlagen:
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Ziel
der Gewinnung von Diagnose-Wissen ist die Vereinfachung der Fehlersuche.
Man möchte eine
möglichst
scharfe Aussage im Bezug auf mögliche
Fehlerursachen in einem Pannenfall. Als Fehlerursachen kommen Steuergeräte in Frage
sowie Bauteile aus der angeschlossenen Peripherie (Stecker, Leitungen,
Aktoren, Sensoren usw.). Die rechnergestützte Systemdiagnose ist allerdings
nicht in der Lage, mögliche
Fehler im Fahrzeug selbst zu erkennen. Dafür ist die Information zu erkannten
Fehlern aus den Steuergeräten
erforderlich; diese müssen
an die Systemdiagnose übertragen
werden. Nicht von den Steuerge räten
erkannte Fehler können
von der Systemdiagnose nicht verarbeitet bzw. diagnostiziert werden.
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Aus
der obigen Erläuterung
folgt, dass folgende Inputs für
die Gewinnung von Diagnose-Wissen erforderlich sind:
- – Informationen
zur Topologie (Steuergeräte
inklusive Peripherie). Hiermit ist gemeint, dass Informationen zum
Typ eines jeden Bauteils sowie zu seiner Verbindung mit anderen
Bauteilen erforderlich ist. Diese Informationen sind z.B. in Schaltplänen ersichtlich
oder in Leitungssatz-Report-Dateien
(auch Netzlisten genannt) vorhanden. Der Typ eines Bauteils kann
in der Regel anhand des Bauteilnamens identifiziert werden; verschiedene Bauteiltypen
besitzen unterschiedliche Namenspräfixe (z.B. "X23/5" ist eine Trennstelle, "N93" ist ein Steuergerät, "5117" ist ein Schalter
usw.).
- – Informationen
zu den von den Steuergeräten
erkennbaren Fehlern. Im Diagnose-Lastenheft eines jeden Steuergeräts findet
man eine Fehlercodetabelle. Diese Tabelle gibt Auskunft über alle erkennbaren
Fehler: Wann sie vorliegen (Fehlersetzbedingung), wann sie nicht
länger
vorliegen (Fehlerrücksetzbedingung),
und um welche Fehlerart es sich dabei handelt (Software-Fehler,
Unter-/Überspannung,
Unterbrechung, Kurzschluss usw.).
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Um
Diagnose-Wissen aus den oben genannten Inputs gewinnen zu können müssen sie
miteinander kombiniert werden. Das heißt, die von den Steuergeräten erkennbaren
Fehler müssen
ihrem zugehörigen
Peripherieanteil zugeordnet werden; hierzu reicht, den Fehler dem
Steuergerät-Pin
korrekt zuzuordnen. Erst dann kann eine Aussage zu einem Bauteil
bei einem gegebenen Fehler gemacht werden. Die Zuordnung zwischen
Fehlercode und Steuergerät-Pin
muss vom Systemdiagnoseautor gemacht werden und programmtechnisch
in einen Software-Algorithmus umgesetzt werden.
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Bekannte
rechnergestützte
Diagnosesystem sind in der Fachwelt unter dem Begriff modellbasierte Systemdiagnose
bekannt. Derartige Diagnosesysteme sind z.B. in der
DE 195 23 483 A1 und in
der
DE 100 51 781
A1 beschrieben.
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Ziel
der modellbasierten Methode ist die Gewinnung von Diagnose-Wissen
aus der Benutzung eines möglichst
realen Abbilds des betreffenden Systems. Das dadurch gewonnene Diagnose-Wissen ist daher
zur Diagnose des realen Systems am geeignetesten.
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Um
ein möglichst
reales Abbild des Systems zu erstellen ist eine detaillierte Modellierung
erforderlich. Dazu zählen
zum einen die Systemtopologie (auch Strukturmodell genannt) und
zum anderen das Systemverhalten (auch Verhaltensmodell genannt); beide
zusammen werden der Einfachheit halber "Modell" genannt (daher der Name "modellbasierte Diagnose").
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Das
Strukturmodell kann aus dem Schaltplan oder aus den Leitungssatz-Report-Dateien
gewonnen werden. Die Erstellung des Strukturmodells kann dabei automatisch
erfolgen, lediglich auf mögliche
Varianten muss geachtet werden.
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Das
Strukturmodell allein stellt kein geeignetes Abbild des realen Systems
dar. Es muss mit Verhaltensinformationen --in der Regel bestehend
aus mathematischen Beziehungen-- angereichert werden. Diese Arbeit
kann nur bedingt automatisch erfolgen: Für einfache, Standardbauteile
kann das Verhalten aus einer Bibliothek entnommen werden, für komplexere
Bauteile muss der Systemdiagnoseautor das Verhalten selbst eingeben.
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Ist
das Systemmodell, bestehend aus Struktur- und Verhaltensmodell,
komplett, so kann man Schlüsse
im Bezug auf das Verhalten in verschiedenen Situationen ziehen.
Um Diagnose-Wissen
aus diesem Modell zu extrahieren, werden dann alle möglichen
Fehlerbilder in das Modell eingebaut und das Verhalten beobachtet;
dies geschieht im Rahmen einer Reihe von Simulationen, aus denen
eine Datenbank entsteht. Diese Datenbank enthält dann für alle Fehlerkombinationen
die Parameter aller Systemkomponenten, also gewissermaßen das
Verhalten in jeder Fehlersituation.
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Mit
einem im Diagnosesystem implementierten Entscheidungsalgorithmus
findet man zu einem Fehlersymptom passende Verhaltensbilder in der Datenbank,
so kann man auf die möglichen
Fehlerursachen rechnergestützt
schließen.
Diese Methode ist aber in der Praxis oft nur für einfache Systeme durchführbar, da
die Datenbank für
aufwendigere Systeme sehr groß sein
kann. Man hat deshalb in der Vergangenheit z.B. in der
DE 197 42 450 A1 den Weg
der Datenreduktion eingeschlagen. Durch die Beschränkung auf
beobachtbare Größen und
durch graphentheoretische Überlegungen
werden alle Systemknoten, die keinen Einfluss auf die beobachtbaren
Größen haben,
mittels eines Reduktionsgraphen eliminiert.
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Einige
Steuergeräte
realisieren sehr einfache Funktionen, wie z.B. die Bedienung des
Dachs oder der Beifahrertür.
Die physikalische Ausprägung solcher
Systeme spiegelt die Komplexität
der Funktion wider, d.h., solche Steuergeräte besitzen eine kleine Peripherie
und erkennen nur wenige Fehler. Hierfür ist eine aufwendige Modellierung
und Simulation nicht erforderlich; der Systemdiagnoseautor ist in
der Lage, mit Hilfe der verfügbaren
Informationen das Diagnose-Wissen selbst manuell zu erstellen. Dazu
ist lediglich ein EDV-Editor notwendig, mit dem die funktionalen
Zusammenhänge
in Form von rechnergestützten
Entscheidungsregeln festgehalten werden, z.B. durch einfache „wenn...
dann... Regeln".
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Bei
der manuellen Erstellung von Diagnose-Wissen hat man folgende Vorteile:
- – Das
Diagnose-Wissen kann direkt formuliert werden; keine Vorarbeit ist
hier erforderlich.
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Bei
der manuellen Erstellung von Diagnose-Wissen hat man folgende Nachteile:
- – Unterschiedliche
Qualität
des Diagnose-Wissens. Da der Erstellungsprozess manuell durchgeführt wird,
ist die Qualität
des Diagnose-Wissens abhängig
vom Systemdiagnoseautor. Um ein Mindestmaß an Qualität zu garantieren sind daher
regelmäßige Reviews
erforderlich.
- – Aufwendige
Nachvollziehbarkeit. Der Weg zur Erstellung des Diagnose-Wissens
lässt sich
nicht explizit darstellen, es ist eine Leistung des Systemdiagnoseautors.
Durch ausreichende Dokumentation lässt sich dieser Weg nachvollziehen; diese
Dokumentation muss vom Systemdiagnoseautor erstellt werden.
- – Hoher
Aufwand bei Varianten. Besitzt ein System verschiedene Varianten,
so muss der Erstellungsprozess für
jede Variante neu angestoßen werden.
In gewissen Fällen
lassen sich Teilumfänge
wiederverwenden.
- – Hoher
Pflegeaufwand. Bei Änderungen
muss der Erstellungsprozess im schlimmsten Fall, sprich, wenn keine
ausreichende Dokumentation vorliegt, neu angestoßen werden.
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Bei
der modellbasierten Methode zur Gewinnung von Diagnose-Wissen hat man dagegen
folgende Vorteile:
- – Garantiertes Qualitätsmaß. Unter
Verwendung einer geeigneten Komponentenbibliothek und der Modellierung
des Verhal tens auf der mathematischen Ebene kann ein hohes Maß an Qualität sichergestellt
werden.
- – Gute
Nachvollziehbarkeit. Das Systemmodell stellt eine geeignete Dokumentation
der Modellierung dar.
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Bei
der modellbasierten Methode zur Gewinnung von Diagnose-Wissen hat man folgende
Nachteile:
- – Aufwendiger Prozess. Auch
mit Hilfe eines modellbasierten Werkzeugs ist die Modellierungsarbeit
aufwendig. Die Modellierung des Verhaltens ist zum großen Teil
manuelle Arbeit, die Simulation ist zeitintensiv.
- – Hoher
Aufwand bei Varianten. Die Modellierung von Varianten erfordert
einen Neuanstoß des
Prozesses ab der Struktur- oder Verhaltensmodellebene.
- – Hoher
Pflegeaufwand. Bei Änderungen
muss der Erstellungsprozess neu angestoßen werden, im schlimmsten
Fall angefangen beim Strukturmodell.
- – Unnötige Tiefe
des Diagnose-Wissens. Das Diagnose-Wissen, welches sich in der Simulationsdatenbank
befindet, ist sehr tief bzw. zu umfangreich für die Nutzung im Fahrzeug.
Das gewonnene Diagnose-Wissen muss also stark vereinfacht werden,
damit es benutzt werden kann.
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Obwohl
beide Methoden für
manche Fälle sehr
gut anwendbar sind, gibt es viele andere Fälle, bei denen die modellbasierte
Methode zu aufwendig ist, und weitere Fälle, bei denen die manuelle
Erstellung des Diagnose-Wissens zu riskant ist. Typischerweise ist
das System zu umfangreich, um manuell verarbeitet zu werden, aber
gleichzeitig ist eine aufwendige Modellierung nicht lohnenswert.
In solchen Situationen wäre
eine vereinfachte Modellierung wünschenswert,
so dass der Prozess qualitativ hochwertiges Diagnose-Wissen bei
vertretbarem Aufwand liefert.
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Bekannt
ist ebenfalls, dass es möglich
ist, mittels bekannter Pfadsuchalgorithmen Kopplungen und funktionale
Zusammenhänge
in Strukturmodellen aufzufinden und die zugehörigen Bauteile korrekt zu identifizieren.
An der Universität
Paderborn mit Unterstützung
durch die DFG, unter Projekt Nummer KI529/7-1;Schw120/56-1 hat man verschiedene Pfadsuchalgorithmen
auf deren Verlässlichkeit
hin untersucht. Die Ergebnisse wurden in Form eines technischen
Berichtes „Topological
Analysis of Hydraulic Systems" an
der Universität
Paderborn von Benno Stein und Andre Schulz im Juni 1997 veröffentlicht.
Beginnend mit dem physikalischen Strukturmodell, der System-Topologie,
das in einen Graphen entsprechend der oben erwähnten Graphentheorie z.B. aus
DE 19 742 450 A1 umgewandelt
wird, ist es daher mit Pfadsuchalgorithmen möglich, zu einem vorgegebenen
funktionalen Zusammenhang den zugehörigen Pfad im Strukturgraphen
mit den zugehörigen
Bauteilen automatisch und rechnergestützt korrekt zu ermitteln.
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In
Anbetracht der Tatsache, dass die manuelle Erstellung von Diagnose-Wissen
oft unzureichend ist und die klasssische modellbasierte Vorgehensweise
oft zu aufwendig ist, wird erfindungsgemäß eine Lösung angestrebt, die dazwischen
liegt.
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Ausgehend
von dem vorbeschriebenen Stand der Technik ist es daher erfindungsgemäße Aufgabe
eine alternative Form der rechnergestützten Diagnose anzugeben, die
mit einer reduzierten Modellbildung, insbesondere ohne der Modellierung
eines Verhaltensmodell, und ohne Simulation zur Erzeugung von entscheidungsrelevantem
Diagnosewissen auskommt.
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Die
Lösung
gelingt mit einem rechnergestützten
Diagnosesystem nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen Ansprüchen und
der Erfindungsbeschreibung enthalten.
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Die
Lösung
gelingt mit einem rechnergestützten
Diagnosesystem, bei dem die physikalische Struktur des zu diagnostizierenden
technischen Systems in Form eines Strukturmodells implementiert
ist. Tritt in einem zur Eigendiagnose fähigen Bauteil des technischen
Systems und damit auch im Strukturmodell ein Fehlercode auf, so
wird mit einer parametrierbaren Pfadsuche abhängig von dem aufgetretenen Fehler
in dem Strukturmodell mittels des Pfadsuchalgorithmus nach dem Fehlerort
gesucht. Die Parametrierung der Pfadsuche gelingt hierbei durch
fehlerspezifische Heuristiken. Eine Heuristik im Sinne der Erfindung
ist hierbei ein in Abhängigkeit
eines aufgetretenen Fehlers auswählbares
Softwaremodul, das einen fehlerspezifischen Auswertealgorithmus
enthält,
das Angaben zur Menge der Kandidaten, die in die Fehlersuche einzubeziehen
sind, enthält
und das Regellisten mit Fehlersetzbedingungen enthält, die vom
Auswertealgorithmus für
eine Fehlerentscheidung herangezogen werden. Der Fehlerort ist gefunden,
wenn eine Zustandsvariable eines Bauteils im Strukturmodell eine
Fehlersetzbedingung erfüllt
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In
einer Ausführungsform
ist hierbei in dem Auswertealgorithmus der Heuristik ein Pfadsuchalgorithmus
integriert. Dann kann es zu jedem Fehler einen fehlerspezifischen
Pfadsuchalgorithmus geben.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung dient die Heuritik lediglich der Parametrierung der
Pfadsuche, im folgenden auch als informierte Graphensuche bezeichnet.
Das hat den Vorteil, das für
die Pfadsuche unabhängig
vom Fehler jedesmal der gleiche Pfadsuchalgorithmus verwendet werden
kann. Über
den Auswertealgorithmus, der in diesem Fall mit dem Pfadsuchalgorithmus
zusammenarbeitet, gelingt dann die Parametrierung auf den jeweils
aufgetretenen Fehler. Der Auswertealgorithmus stellt dann auf die
zu untersuchenden Systemobservablen und Systemvariablen ab, und
stellt fest, wann für
eine Systemvariable oder Systemobservable eine Fehlersetzbedingung
erfüllt ist.
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Das
erfindungsgemäße Diagnosesystem
ist vorteilhafterweise geeignet für technische Systeme mit einer
Topologie, bei der die zur Eigendiagnose fähigen Bauteile des technischen
Systems über
einen Datenbus miteinander und mit einem Buscontroller kommunizieren.
In diesem Fall ist es zweckmäßig dem
Mikroprozessor, der die Funktion des Buscontrollers übernimmt
soweit zu erweitern, dass er auch in Lage ist, das erfindungsgemäße Diagnosesystem aufzunehmen
und die Diagnose auf der Basis des Strukturmodells durchzuführen. Die
Erweiterung besteht hierbei hauptsächlich darin, genügend Arbeitsspeicher
und genügend
Programmspeicher vorzuhalten sowie ein in seiner Rechenleistung
geeignet dimensionierten Mikrocontroller einzusetzen. Die Rechenleistung
ist hierbei nicht besonders kritisch, da lediglich die Buskommunikation
quasi in Echtzeit zu erfolgen hat. Die Durchführung der Diagnose braucht nicht
in Echtzeit zu erfolgen.
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Der
mit der Erfindung hauptsächlich
erzielte Vorteil liegt im verminderten Aufwand für die Modellbildung. Der Rückgriff
auf die Fehlercodes der zur Eigendiagnose fähigen Bauteile des technischen
Systems erlaubt in Kombination mit den fehlerspezifischen den Verzicht
auf die Modellierung eines Verhaltensmodells und den Verzicht auf
eine aufwendige Simulation, mit der bei bekannten modellbasierten Diagnosesystemen
erst alle möglichen
Systemzustände
durchgespielt und bewertet werden müssen, um eine Datenbank mit
Diagnosewissen aufbauen zu können,
mit dem dann erst die eigentliche Diagnose durchgeführt werden
kann. Zwar ist dadurch das erfindungsgemäße Diagnosesystem beschränkt auf diejenigen
Fehler, die von den zur Eigendiagnose fähigen Bauteilen des Strukturmodells
erkannt werden können,
jedoch ergibt die tägliche
Erfahrung, dass damit etwa 90%–95%
der auftretenden Fehler erfasst werden, und die vereinfachte Fehlersuche
mit Heuristiken eher bessere Ergebnisse für die Fehlersuche liefert,
als ein modellbasiertes Diagnosesystem, dass alle denkbaren Varianten
der Systemzustände
durchrechnet und doch nicht zu einem eindeutigen Ergebnis kommt
und dadurch die Fehlersuche doch wieder dem Fachmann bleibt, der
naturgemäß sowieso
heuristisch vorgeht.
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Man
kann also als einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Diagnosesystems
herausstellen, dass es besser an die Vorgehensweise eines Fachmanns
angepasst ist, und dadurch die Diagnoseergebnisse von diesem Fachmann
besser beurteilt werden können.
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Anhand
von graphischen Darstellungen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 Eine Übersichtsgraphik
mit den wichtigsten Elementen der Erfindung,
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2 Eine
Blockgraphik zur Veranschaulichung einer softwaremäßig implementierten
Heuristik,
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3 Eine
Kurzdarstellung der Erfindung zur Erläuterung des Hauptunterschiedes
der Erfindung im Vergleich mit einem modellbasierten Diagnosesystem
aus dem Stand der Technik,
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4 Ein
modellbasiertes Diagnosesystem aus dem Stand der Technik.
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Der
größte Teil
des Aufwands bei einer modellbasierten Methode aus dem Stand der
Technik nach 4 fällt bei der Verhaltensmodellierung
und der anschließenden
Simulation an. Außerdem
wird die aus diesem aufwendigen Prozess entstehende Modelltiefe
in der Realität
einer Werkstatt nicht genutzt. Beschränkt man sich bei der Modellierung
des Diagnosesystems auf das Strukturmodell, also auf die Systemtopologie,
so kann man auch Diagnose-Wissen daraus extrahieren. Im Vergleich
zur vorbekannten modellbasierten Diagnose ist das gewonnene Diagnose-Wissen
zwar vereinfacht, aber die resultierende Tiefe entspricht der, die
von der heutigen Systemdiagnose in einer Werkstatt genutzt werden kann.
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Die 3 illustriert
die vereinfachte Modellierung auf der Strukturmodell-Ebene gemäß der Erfindung.
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Hier
wird nur das Strukturmodell des zu analysierenden technischen Systems
benutzt. Die einzige Informationen, die man außer der Topologie benötigt, sind
die Typen der Komponenten, die im Strukturmodell vorhanden sind;
abhängig
davon, ob es Arbeitselemente, Versorgungselemente oder Schaltelemente
sind, wird unterschiedlich vorgegangen bei der Analyse des Strukturmodells.
Diese unterschiedlichen Vorgehensweisen werden mit einer informierten
Graphensuche umgesetzt.
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Die
informierte Graphensuche ist eine parametrierte Tiefensuche beginnend
beim Steuergerät das
auf Grund seiner Eigendiagnose einen Fehlercode gemeldet hat. Ein
Fehlercode besteht hierbei aus Informationen, von wem der Fehlercode
stammt und um welche Fehlerart es sich handelt. Dabei ist die Fehlerart
der wichtigste Parameter zur Steuerung der informierten Gra phemsuche.
Die Fehlerart bestimmt dabei, wie man mit der besuchten Peripherie des
meldenden Steuergeräts
umzugehen hat.
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Die
Parametrierung besteht aus einer fehlerartspezifischen Heuristik
Zn, die vorgibt, welchen Umfang der zu untersuchenden Peripherie
in die Menge der Fehlerkandidaten Zn des aktuell zu verarbeitenden
Fehlercodes Zn übernommen
werden soll. Eine beispielhafte Heuristik ist in 2 veranschaulicht.
Die Heuristik Zn schließt
nicht nur den fehlerspezifischen Auswertealgorithmus Zn der Vorgehensweise
mit den zu untersuchenden Komponenten ein, sondern spiegelt die
Vorgehensweise gemäß der Modellierungsrichtlinie
wieder. Die Modellierungsrichtlinie ist eine Sammlung von Vorschriften,
die bei der Erstellung von fehlerspezifischen Regellisten Zn eingehalten
werden müssen.
Beispiele für
solche Richtlinien: "Masseknoten
dürfen
nicht entlastet werden" oder "Bei Fehlerart Kurzschluss
nach Masse werden Schalter mit dem Fehlermodus 'Klemmt' versehen". Die Regellisten geben also an, bei
welcher Belegung der Zustandvariablen eines Bauteils im Strukturmodell
das Bauteil durch den Auswertealgorithmus als fehlerhaft zu bewerten
ist.
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Die
wichtigsten, von den Steuergeräten
erkennbaren Fehlerarten sind "Unterbrechung", "Kurzschluss nach
Masse" und "Kurzschluss nach
Versorgung". Diese
Fehlerarten treten in der Realität
sowohl vereinzelt als auch in Kombination mit anderen Fehlerarten
auf, z.B. als "Unterbrechung
und Kurzschluss nach Masse".
Um solche Fälle
abzudecken müssen
die erfindungsgemäßen Heuristiken
in Kombination verwendet werden können oder hintereinander geschaltet
werden können.
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Heuristik "Unterbrechung"
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Bei
der Fehlerart "Unterbrechung" werden alle Komponenten
auf dem Weg zwischen dem Steuergerät und dem Masseknoten berücksichtigt.
Dabei wird nach Komponententypen unterschieden:
Stecker: Stecker
werden mit der Ausfallart "Unterbrechung" verdächtigt.
Leitung:
Leitungen werden mit der Ausfallart "Unterbrechung" verdächtigt.
Bauteile: Bauteile
werden mit der Ausfallart "Defekt" verdächtig; der
Masseknoten wird mit der Ausfallart "Unterbrechung" verdächtigt.
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Befinden
sich in der mit dem Pfadsuchalgorithmus und der Heuristik zu untersuchenden
Peripherie mehrere Masseknoten, so werden alle Massepfade berücksichtigt.
Dies führt
zur Übernahme
von überflüssigen Komponenten
und muss anschließend vom
Fachmann beurteilt werden. Jedoch hat dann der Fachmann Hinweise
in welchen Massepfaden, welche Bauteile genauer zu untersuchen sind.
Sind im Strukturmodell weitere Informationen vorhanden, z.B. welches
der Standard Massepfad ist, so kann die Fehlersuche weiter eingeschränkt werden,
auf diejenigen Massepfade, die durch einen Kurzschluss neu hinzugetreten
sind.
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Heuristik "Kurzschluss nach
Masse"
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Bei
der Fehlerart "Kurzschluss
nach Masse" werden
alle Komponenten auf dem Weg zwischen dem Steuergerät und dem
letzten Bauteil vor der Masse berücksichtigt. Dabei wird nach
Komponententypen unterschieden:
Stecker: Stecker werden nicht
verdächtigt.
Leitung:
Leitungen werden mit der Ausfallart "Kurschluss nach Masse" verdächtigt.
Bauteil:
Bauteile werden feiner unterschieden:
Schalter: Schalter werden
mit der Ausfallart "Klemmt" verdächtigt.
Motoren:
Motoren werden mit der Ausfallart "Kurschluss" verdächtigt (alternativ: "Defekt").
Sonstige:
Sonstige Bauteile werden mit der Ausfallart "Defekt" verdächtigt.
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Heuristik "Kurzschluss nach
Versorgung"
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Bei
der Fehlerart "Kurzschluss
nach Versorgung" werden
alle Komponenten auf dem Weg zwischen dem Steuergerät und der
Masse berücksichtigt.
Dabei wird nach Komponententypen unterschieden:
Stecker: Stecker
werden nicht verdächtigt.
Leitung:
Leitungen werden mit der Ausfallart "Kurzschluss nach Versorgung" verdächtigt.
Bauteile:
Bauteile werden feiner unterschieden:
Schalter: Schalter werden
mit der Ausfallart "Klemmt" verdächtigt.
Motoren:
Motoren werden mit der Ausfallart "Kurschluss" verdächtigt (alternativ: "Defekt").
Sonstige:
Sonstige Bauteile werden mit der Ausfallart "Defekt" verdächtigt.
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Um
die Qualität
des gewonnenen Diagnose-Wissens zu steigern, können einige Erweiterungen hinzugenommen
werden. Hierzu werden dem Strukturmodell zusätzliche Informationen hinzugefügt; dieses
zusätzliche
Wissen kann dann von den Heuristiken ausgenutzt werden.
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Für die Heuristik "Kurschluss nach Masse" ist das Wissen über vorhandene
Massepfade sehr hilfreich, da es der Heuristik ermöglicht,
die Suche rechtzeitig abzubrechen und eine manuelle Nachbesserung
des Diagnose-Wissens überflüssig macht.
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Die
Bestimmung der Massepfade kann direkt nach der Nachbildung der Topologie
anhand der Leitungssatz-Report-Dateien erfolgen. Masseknoten müssen dafür als solche
erkannt werden können;
bei Mercedes-Benz kann man Masseknoten anhand des Namens erkennen,
da sie mit dem Buchstaben "W" beginnen müssen. Nach
dem Laden der Leitungssatz-Report-Dateien und der Nachbildung der
Topologie kann die Vorverarbeitung stattfinden: Angefangen bei jedem
vorhandenen Masseknoten werden die Wege zu allen Nachbarn besucht
und die darauf liegenden Komponenten als zum Masseweg gehörend markiert.
Diese Suche endet auf jedem Weg immer beim ersten Bauteil, der eine
nichttriviale Funktion besitzt (solche Bauteile können anhand
des Namens erkannt werden). Auf einem Massepfad liegen schließlich nur
Stecker, Trennstellen, Leitungen, Verteilerknoten (sie können anhand
des Namens ebenfalls erkannt werden) sowie der Masseknoten selbst.
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In
manchen Fällen
beziehen Bauteile, die zur Peripherie eines Steuergeräts gehören, ihre
Masse vom Steuergerät
selbst. In solchen Fällen
werden diese Massepfade nicht während
der Vorverarbeitung erkannt. Damit dies aber doch funktioniert,
kann die Information über
eine Masseleitung am Steuergerät
dem System übergeben
werden -- in gewisser Weise fügt
man virtuelle Masseknoten in die System-Topologie ein. In einer "zwei ten" Vorverarbeitung kann
dann analog zur Bestimmung der Massepfade während der Vorverarbeitung verfahren
und diese Wege als Massepfade markiert werden.
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Angabe von
Versorgungspfaden
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Für die Heuristik "Kurzschluss nach
Versorgung" gilt Ähnliches
wie bei der Heuristik "Kurzschluss
nach Masse". Der
Unterschied hier ist, dass die Suche die Versorgungspfade selbst
nicht betrachten muss.
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Weitere Fehlerarten
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Es
gibt weitere Fehlerarten, die bisher nicht in Betracht gezogen worden
sind. Diese Fehlerarten, wie z.B. "Signal unplausibel" oder "CAN-Kommunikationsfehler" sind keine elektrischen
Fehler, sondern logische Fehler. Im Falle der Fehlerart "CAN-Kommunikationsfehler" dürfen nur
CAN-Leitungen in die Fehlerkandidatenmenge aufgenommen werden. In den
Leitungssatz-Report-Dateien müssen
die CAN-Leitungen hierzu über
eine geeignete Identifizierungsmöglichkeit
verfügen.
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Eine
Zusammenfassung der bisher behandelten Merkmale des erfindungsgemäßen Diagnosesystems
gibt die graphische Darstellung der 1. In einem
rechnerverarbeitbaren Strukturmodell 1 ist die Systemtopologie
des technischen Systems mit den vorhandenen Steuergeräten 2a, 2b, 2c und
der den Steuergeräten
zugeordneten Peripherie P2a1, P2a2, P2b1, P2b2, P2b3, P2c1, P2c2
und Masseknoten W1 unter Verwendung von Datensatz-Report-Dateien erfasst und
festgehalten. Das Strukturmodell kann hierbei z.B. ein Systemgraph
aus Kanten und Knoten sein, wie er aus der Graphentheorie bekannt
ist, und der mittels Triangulation zu einem Junction Tree umgewandelt
wurde, so dass er mit Pfadsuchalgorithmen bearbeitet werden kann.
Miterfasst im Strukturmodell wird die Kommunikationsstruktur der
Steuergeräte,
die alle über
einen Datenbus 3 mit Datenbustypischen Datenleitungen 3L vernetzt
sind. Unter Strukturmodell wird im Sinne der Erfindung jede Repräsentationsform
der Systemtopologie des technischen Systems verstanden. Die einzelnen
Repräsentationsformen,
wie Datensatz-Reportdateien, Graph oder Junction Tree können durch
Anwendung entsprechender Umwandlungsprogramme per Rechner in einander
umgewandelt werden. Jedes der zur Eigendiagnose fähigen Steuergeräte verfügt über eine im
technischen System vereinbarte Fehlercodeliste 4, die für jedes
Steuergerät
die Liste der von diesem Steuergerät erkennbaren Fehlerzustände enthält. Jeder
Fehlercode enthält
hierbei Angaben über
das Steuergerät
von dem die Fehlermeldung stammt sowie über die Fehlerart, die aufgetreten
ist. In dem Ausführungsbeispiel
der 1 sei z.B. das Format für den Fehlercode SXFCODEY.
Dann gibt z.B. SX das Steuergerät
an, von dem die Fehlermeldung stammt und FCODEY die Fehlerart die
aufgetreten ist. Je nach Belegung der Variablen X und Y können verschiedene
Steuergeräte
und verschiedene Fehlerarten identifiziert werden.
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Mit
einem Mikrocontroller 5, in dem das Diagnosesystem mit
Strukturmodell, Diagnoseprogramm, Heuristiken und Pfadsuchalgorithmen
softwaremäßig implementiert
ist, werden die Busnachrichten auf dem Datenbus mitgelesen. Immer
dann wenn eine Fehlermeldung auf dem Datenbus versendet wird, wird
das hier beschriebene Diagnosesystem angewandt. Das heißt mit einem
ablauffähigen Diagnoseprogramm
werden in einem ersten Schritt anhand des aufgetretenen Fehlercodes
die oder der Pfadsuchalgorithmus bzw. Pfadsuchalgorithmen um eine
fehlerspezifische Heuristik Zn ergänzt. Die Heuristik enthält hierbei
die Menge der Fehlerkandidaten, die es zu untersuchen gilt, die
Regellisten für
das Vorliegen einer Fehlersetzbedingung sowie den fehlerspezifischen
Auswertealgorithmus, der angibt welche Zustandsvariablen der einzelnen
Bauteile nach welchen Kriterien zu untersuchen ist und nach welchen
Regeln an Knoten des Strukturmodells mit dem Pfadsuchalgorithmus
zu verzweigen ist. Der Fehlerort bzw. das defekte Bauteil gilt entsprechend
dem erfindungsgemäßen Diagnosesystem
als gefunden, wenn mit dem durch die Heuristik parametrisierten Pfadsuchalgorithmus
bei einem Bauteil eine Fehlersetzbedingung gefunden wurde.
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Prototypische
Realisierung
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Der
hier vorgestellte Ansatz zur Gewinnung von Diagnose-Wissen wurde prototypisch
realisiert und verfügt über folgende
Features:
Nachbildung der Topologie
Bestimmung der Massepfade
Drei
Heuristiken ("Unterbrechung", "Kurzschluss nach
Masse" und "Kurzschluss nach
Versorgung"), die
vereinzelt oder in Kombination ausgeführt werden können.
Einhaltung
der aktuellen Modellierungsrichtlinien, d.h. zu jeder Fehlerart
werden die richtigen Bauteiltypen aus der Peripherie bestimmt und
einem Fehlermodus zugewiesen.