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Die
Erfindung betrifft vor allem ein Verfahren zur Entwicklung eines
Systems für
die Betriebsdiagnostik von Kraftfahrzeugen und genereller von Transportfahrzeugen,
insbesondere auch für
den Luft- und Schienentransport.
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Die
Diagnostiksysteme, auf die hier eingegangen wird, sind der Art,
die von den Kraftfahrzeugmechanikern als Reparaturhilfe für Kraftfahrzeuge verwendet
werden. Sie weisen im Allgemeinen Echtzeitrechner oder -computer
auf, die in zwei Teilen organisiert sind, ein stationärer Teil
beim Kraftfahrzeugmechaniker und ein anderer Teil an Bord des Fahrzeuges.
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Der
feste Rechner kann beim Kraftfahrzeugmechaniker mit dem Bordrechner
verbunden sein, dem Bordrechner die Daten in Form eines Datenrasters
entnehmen, Betriebsdaten aus ihm ausspeichern und auswerten, um
die Diagnostik zu erstellen.
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Der
Bordrechner sammelt, speichert und aktualisiert in Echtzeit Betriebsdaten
des Fahrzeuges bei seiner Verwendung (gespeicherte Fehler, Betriebsparameter,
usw.).
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Die
Bestätigung
und Bewertung der Leistungen des Diagnostiksystems und im Allgemeinen
seine Entwicklung erfolgt derzeit bei den Betriebsversuchen eines
Prototyps vom Fahrzeug vor dem Start der seriellen Herstellung.
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Das
Bestätigungsverfahren
besteht darin, entweder in den Prototyp, der an den festen Rechner angeschlossen
ist, Störungen
einzugeben, oder manuell Raster zu kodieren, die Störungskonfigurationen
entsprechen, die direkt im festen Rechner des Diagnostiksystems
eingegeben sind, und zu prüfen, dass
die von ihm vorgeschlagenen Diagnostiken richtig sind.
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Es
handelt sich um ein Verfahren, das sich als kostspielig erweisen
kann, insbesondere wenn die Diagnostikstrategie nicht gut ist oder
wenn sich ihre Leistungen als unzureichend erweisen, insbesondere
aus Gründen,
die die Konzeption des Fahrzeuges in Frage stellen, und demgemäß die Herstellung
des Prototyps. Mit anderen Worten dürfen die möglichen Änderungen nach diesen Diagnostiktests aufgrund
des fortgeschrittenen Entwicklungsstadiums nur geringfügig sein.
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Um
diesen Problemen Abhilfe zu leisten, schlägt der Anmelder vor allem ein
Verfahren vor, um ein System für
die Diagnostik vor der Herstellung von jedwedem Prototyp zu entwickeln.
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Dementsprechend
betrifft die Erfindung vor allem ein Verfahren zur Entwicklung eines
Systems für
die Betriebsdiagnostik eines Fahrzeuges, wobei das System einen
Teil an Bord des Fahrzeuges und einen stationären Teil aufweisen muss, wobei
der Teil an Bord dazu vorgesehen ist, dem festen Teil mit Hilfe
von Diagnostikdatenrastern Diagnostikdaten zu übertragen, und wobei der Nominalbetrieb
und der Ausfallbetrieb des Fahrzeuges durch ein mathematisches virtuelles
Modell beschrieben werden, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet
ist, dass Folgendes ausgeführt
wird:
- – Modellieren
des Fahrzeuges,
- – Simulieren
von Funktionsstörungen
von Organen des Fahrzeuges und des nachfolgenden Verhaltens des
Fahrzeuges anhand des virtuellen Modells, um Simulationsdaten zu
erhalten,
- – Berechnen
der Diagnostikdatenraster anhand der Simulationsdaten,
- – Eingeben
der Diagnostikraster in den festen Teil des Systems und
- – Vergleichen
der Ausgabezustände
des festen Teils mit den simulierten Funktionsstörungen, um die Entwicklung
zu bestätigen.
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Da
der Teil an Bord des Diagnostiksystems vollständig modelliert ist, kann die
Entwicklung des Diagnostiksystems vor der Konstruktion des Prototyps
bestätigt
werden, was zusätzliche
Kosten verhindert, die die Konstruktion eines neuen Prototyps oder
die spätere Änderung
seiner Konzeption hervorrufen würden.
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Aufgrund
der Verkettung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist kein Kodierfehler des
Diagnostikdatenrasters mehr zu befürchten.
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Vorzugsweise
wird das mathematische virtuelle Modell in eine Einheit aus Übertragungsfunktionen,
die kennzeichnend für
den Nominalbetrieb sind, und den Funktionsstörungen der Organe des Fahrzeuges,
das diagnostiziert werden soll, organisiert und der Betrieb des
Fahrzeuges und Funktionsstörungen
von zumindest einem seiner Organe simuliert, indem Übertragungsfunktionen,
die kennzeichnend für
einen Ausfallbetrieb sind, Übertragungsfunktionen,
die kennzeichnend für
einen Nominalbetrieb sind, ersetzen.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Entwicklung eines
Systems für
die Diagnostik eines Fahrzeuges, um das Verfahren der vorliegenden
Anmeldung einzusetzen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie
Folgendes aufweist:
- – ein informationstechnisches
Testwerkzeug, an dem das Fahrzeug modelliert wird, das das mathematische
virtuelle Modell des Fahrzeuges und den Teil an Bord des Systems
für die
Diagnostik und Mittel zur Erfassung von Daten der Funktionsstörung von
Organen des Fahrzeuges, um Diagnostikdatenraster zu simulieren und
zu berechnen, umfasst,
- – ein
informationstechnisches Diagnostikwerkzeug mit Diagnostikanwendungsmitteln,
um die simulierten Diagnostikdatenraster zu empfangen,
- – eine
Schnittstelle des Testwerkzeugs für die Verbindung zwischen den
beiden Test- und Diagnostikwerkzeugen und um die Diagnostikdatenraster in
die Anwendungsmittel des Diagnostikwerkzeuges einzugeben.
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Die
Mittel zur Erfassung der Daten des Testwerkzeuges übernehmen
eine Funktion, die derjenigen der Busse der Diagnostikdaten der
Fahrzeuge ähnelt,
wobei es das Testwerkzeug, das ein Simulator ist, erlaubt, die Nachrichtenbehandlung
des Rechners des Fahrzeuges zu simulieren.
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In
einer ersten Ausführungsform
der Vorrichtung ist das Testwerkzeug ein erster Computer mit einem
Peripheriegerät
zur Erfassung und einem Kommunkationspilot, das Diagnostikwerkzeug
ein zweiter Computer mit Diagnostikanwendungsmitteln und die Schnittstelle
des Testwerkzeuges eine materielle Schnittstelle.
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Das
Diagnostikwerkzeug kann im Übrigen das
Enddiagnostikwerkzeug sein, das einsatzbereit für eine Verwendung bei einem
Kraftfahrzeugmechaniker ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Anmeldung sind die beiden Test-
und Diagnostikwerkzeuge im selben Computer integriert, und die Schnittstelle
ist eine Schnittstelle von Programmmitteln, die mit den Diagnostikanwendungsmitteln
des Diagnostikwerkzeuges verbunden sind.
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Die
Erfindung wird verständlicher
anhand der nachstehenden Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung
zur Entwicklung der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen. Es zeigen:
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1 ein
Generalschema mit Funktionsblöcken
eines Diagnostiksystems für
Kraftfahrzeuge vom Stand der Technik;
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2 ein
Schema mit Funktionsblöcken
der Vorrichtung zur Entwicklung eines Diagnostiksystems für Kraftfahrzeuge,
die das erfindungsgemäße Verfahren
zur Entwicklung einsetzt, und
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3 ein
Funktionsorganigramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entwicklung.
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Unter
Bezugnahme auf die 1, weist ein klassisches System 100 für die Diagnostik
eines Kraftfahrzeuges 2 einen Teil an Bord 10 und
einen stationären
Teil 12, der mit einem Monitor 120 und einen Pult 130 verbunden
ist, auf, wobei die beiden Teile durch eine materielle Schnittstelle,
die sich aus einem Testkabel 11, elektrische Anschlüsse 11' am Fahrzeug 2 und 11'' am festen Teil 12 zusammensetzt,
miteinander verbunden sind.
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Anstelle
einer Kabelverbindung kann ebenfalls eine Funkverbindung, eine Softwareverbindung an
einem informationstechnischen Bus usw. vorgesehen werden.
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Gewöhnlicherweise
benötigt
eine Vorrichtung zur Entwicklung 1 des vorstehenden Diagnostiksystems 100 einen
Prototyp 2 des Kraftfahrzeuges mit der Einheit seiner elektronischen
Bordrechner 3, die mit dem Teil an Bord 10 des
Diagnostiksystems 100 ausgerüstet ist, das weiter unten
mit dem Begriff Bordrechner 10 bezeichnet wird. Dieser
Bordrechner erstellt Diagnostikdatenraster T und gibt diese aus.
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Die
Einheit der Rechner 3 ist mit Hilfe der Verbindung 11 mit
dem informationstechnischen Diagnostikwerkzeug 12 verbunden,
wobei sie über
diese Verbindung die Diagnostikdatenraster T empfängt. Im
Anschluss wird dieses Diagnostikwerkzeug 12 mit dem Begriff
Fernrechner bezeichnet.
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Der
Fernrechner 12 ist überdies
mit zwei Peripheriegeräten
verbunden, wobei der Monitor 120 und die Schnittstelle 130 sowohl
als Kontrollsteuerpult, als auch für die Eingabe der Datenraster,
die der Art derjenigen T entsprechen, die von der Verbindung 11 übertragen
werden, dient. Er steuert die Anwendungsprogramme der Diagnostik
LA, mit der er beauftragt ist, wenn er ein Raster T empfängt, und
führt sie
aus.
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Es
können überdies
die Simulationsdaten eines Computers 20 verwendet werden,
der einen Simulator 29 des Verhaltens des Fahrzeuges anhand eines
mathematischen virtuellen Modells M aufweist, das die Funktionen
modelliert, die von den verschiedenen Organen des Fahrzeuges übernommen
werden, das vorher im Computer 20 gespeichert wird (in einem
nicht dargestellten Speicher). Um diese Simulationsdaten anzuzeigen,
ist der Computer 20 mit einem Monitor 22 verbunden.
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Wenn
mit Hilfe des Pults (nicht dargestellt) des Computers 20 Parameter
P der normalen Verwendung des Fahrzeuges (Trajektorien, Geschwindigkeiten,
Beschleunigungen usw.) und Betriebsfehler D (Temperaturfehler, elektrische
Fehler usw.) eingegeben werden, berechnet der Simulator 29 das entsprechende
Verhalten C(P, D) des Fahrzeuges 2 und zeigt dessen Ausgabezustände auf
dem Monitor 22 an.
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Das
klassische Testverfahren beläuft
sich dementsprechend darauf:
- – entweder
Störungen
D1 im Prototyp 2 des Fahrzeuges, das mit dem Rechner 12 verbunden
ist, hervorzurufen,
- – oder
manuell Raster T, die Störungen
D2 und Verhalten C(P, D2) im festen Rechner 12 des Diagnos tiksystems 100 entsprechen, über den
Kanal der Schnittstelle 130 einzugeben und zu kodieren,
- – zu
prüfen,
ob die Diagnostiken D'1
oder D'2, die auf
dem Monitor 120 angezeigt werden, den Fehlern D1 oder D2
entsprechen,
- – und
schließlich
zu prüfen,
ob die vorstehenden Verhaltensweisen C(P, D1 oder D2) denjenigen C(P,
D) entsprechen, die im Computer 20 vom Simulator 29 simuliert
und auf dem Monitor 22 angezeigt werden.
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Für den Test
bezüglich
eines selben Fehlers D können
dementsprechend zwei Diagnostiken erhalten werden, die entweder
identisch D' oder
verschieden D'1,
D'2 sind, wenn fälschlicherweise
D1 oder D2, die T entsprechen, von D abweichen.
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Letztlich
wird ersichtlich, dass es die klassische Vorrichtung zur Entwicklung 1 hauptsächlich erlaubt,
den Prototyp des Fahrzeuges zu testen und zu bestätigen.
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Hier
wird gemäß der Erfindung
der vorliegenden Anmeldung unter Bezugnahme auf die 2 eine
Vorrichtung 1' zur
Entwicklung des Diagnostiksystems 100 vorgeschlagen, in
dem kein Prototyp des Fahrzeuges 2 verwendet wird.
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Der
Prototyp 2 wird durch ein informationstechnisches Testwerkzeug 15 ersetzt,
das sich aus dem vorgenannten Computer 20 mit dem mathematischen
virtuellen Modell M des Prototyps und einem Simulator 30 der
vorgenannten Bordrechner 10 zusammensetzt.
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Der
Computer 20, dessen Struktur weiter unten im Detail erläutert wird,
simuliert das Fahrzeug 2 und überträgt dessen Ausgabezustände von
seiner Simulation, die kennzeichnend für das Verhalten C(P, D) des
Fahrzeuges sind, an den Simulator 30, der seinerseits den
vorgenannten Bordrechner 10 simuliert.
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Der
Simulator 30 berechnet Diagnostikdaten anhand der Ausgabezustände C(P,
D) des Computers 20 dank einer Verbindung 28,
berechnet die Diagnostikdatenraster T und simuliert die Nachrichtenbehandlung
des vorgenannten Bordrechners 10 nach einem Protokoll,
das der Nachrichtenbehandlung der Rechner des Fahrzeuges entspricht,
das beispielsweise dem Protokoll CAN oder KWP 2000 entspricht,
um den Fernrechner 12 zu versorgen.
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Hierzu
weist der Simulator 30 einen Anschluss 11' für Diagnostikdaten
auf, an dem die berechneten Raster T verfügbar sind, so dass der Fernrechner 12 des
vorgenannten Diagnostiksystems 100 dank der Kabelverbindung 11 direkt
damit verbunden werden kann.
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Das
Testwerkzeug 15 und das informationstechnische Diagnostikwerkzeug 12 bilden
somit eine regelrechte Vorrichtung 100' zur Entwicklung des Diagnostiksystems 100.
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Des
Weiteren sind die weiter oben erwähnten manuellen Kodieroperationen
des Rasters T an der Schnittstelle 130 nicht mehr notwendig.
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Obwohl
er Tasks ausführt,
die denen des Bordrechners 10 ähneln, ist der Simulator 30 anders:
- – der
Simulator 30 ist ein üblicher
Rechner für
den Allgemeingebrauch, der kostengünstig und komplett programmiert
(Software) ist und von dem die Simulationsprogramme leicht weiterentwickelt werden
können,
wobei er gemäß diesem
entwicklungsfähigen
Merkmal organisiert ist,
- – der
Bordrechner 10 ist ein notwendigerweise stark integrierter
Rechner, da er definitiv ist, und verfügt über verkabelte Funktionen (Firmware, oder gar
Hardware), die kaum oder gar nicht entwicklungsfähig sind, er ist kostspielig
und organisiert, um in einer Echtzeitumgebung leistungsfähig zu sein.
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Der
Computer 20 weist ein Modul 27 zur Erfassung von
Simulationsdaten und Parametern auf, beispielsweise eine Computertastatur,
ein Simulator 29 zum Simulieren des Betriebs des Fahrzeuges
anhand des mathematischen virtuellen Modells M, das in einem Speicher 25 gespeichert
ist und das sich aus Übertragungsfunktionen
zusammensetzt, die weiter unten erwähnten Speichern 23 und 24 entnommen
wurden, und eine Schnittstelle 26 für den Anschluss an den Simulatorrechner 30.
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Das
mathematische virtuelle Modell M setzt sich genauer gesagt aus Übertragungsfunktionen
zusammen, die kennzeichnend für
die Funktionen der verschiedenen Organe des Fahrzeuges sind, im
Nominalbetrieb im Speicher 23 und bei Funktionsstörung im
Speicher 24.
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Der
Simulator 30 weist genauer gesagt ein Modul 37 zur
Erfassung von Daten auf, die sich an der Verbindung 28 befinden,
das ein Kommunikationspilot (oder Driver), ein Simulationsmodul 32 des Rechners 10 und
ein Modul 34 zur Berechnung von Diagnostikdatenrastern
T und zur Nachrichtenbehandlung an der Verbindung 11 sein
kann. Das Modul 34 weist des Weiteren einen Driver zur
Nachrichtenbehandlung (oder. Piloten, nicht dargestellt) auf, der demjenigen
des Bordrechners 10 entspricht, um die Nachrichtenbehandlung
des Bordrechners des Fahrzeuges an der Verbindung 11 zu
simulieren.
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Der
Fernrechner 12 empfängt
die Raster T über
einen Driver (nicht dargestellt), der mit der Verbindung 11 verbunden
ist und normalerweise kompatibel mit dem vorhergehenden Driver ist,
und kontrolliert die Ausführung
der Anwendungssoftwares für die
Diagnostik LA, die er umfasst, um auf dem Monitor 120 die
Diagnostiken zu liefern, die jedem empfangenen Raster entsprechen.
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Die
Anwendungssoftwares LA können
diejenigen des weiter oben erwähnten
Systems 100 sein.
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Es
ist möglich,
aber nicht unerlässlich,
einen Supervisorrechner 31 des Betriebs der Vorrichtung 100' einzuführen, der
die Ausgabezustände
der Rechner 30 und 12 am Computer 20 einschleift,
was es erlaubt, nacheinander alle möglichen Funktionsstörungen D
abzutasten und die Ergebnisse der Tests zu erstellen und anschließend zu
speichern.
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Hierzu
weist der Rechner 31 ein Modul 35 für den Vergleich
der Diagnostik, die vom Rechner 12 übertragen wird, mit der laufenden
Funktionsstörung D,
die vom Computer 20 übertragen
wird, und ein Modul 36 für den Start einer neuen Funktionsstörung D' zum Computer 20 auf.
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Der
Rechner 31 kann somit seine Ergebnisse editieren, indem
er den Monitor 120 oder irgendein anderes Peripheriegerät für die Ausgabe
von Ergebnissen, wie einen Drucker 121, verwendet.
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Um
die Gründe
der Misserfolge oder Fehler des Diagnostikverfahrens des Diagnostiksystems 100 zu
identifizieren, kann es sinnvoll sein, einen Algorithmus des Typs
der Fehlermöglichkeits-
und Einflussanalyse (FMEA) zu verwenden.
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Jetzt
wird die Verwendung der Vorrichtung erläutert.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 erlaubt es die Vorrichtung
zur Entwicklung einem Operator, das Diagnostiksystem 100 zu
bestätigen,
indem das Diagnostiksystem 100' vor der Konstruktion des Prototyps 2 getestet
wird. Es wird wie folgt vorgegangen.
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Nachdem
eine Funktionsstörung
D in den Computer 20 eingegeben wurde:
- – In einem
ersten Schritt 101 der Initialisierung der Verwendung,
setzt der Operator mit Hilfe des Moduls 27 den Computer 20 in
einen ursprünglichen Simulationszustand
des Fahrzeuges, wobei insbesondere die Parameter P der Verwendung
des Fahrzeuges eingegeben werden.
- – In
einem Schritt 102 der Bildung des Versuchssatzes überträgt der Operator
mit Hilfe des Moduls 27 in den Speicher 25 des
Computers 20 alle Übertragungsfunktionen
des Fahrzeuges, die nützlich
für den
Test der Diagnostik im Fall der Funktionsstörung D sind, und ersetzt hier
insbesondere durch die Übertragungsfunktion
des Organs, das die Funktionsstörung
D (im Speicher 24 gespeichert) hervorruft, die Übertragungsfunktion des
einwandfreien Betriebs desselben Organs.
- – In
einem Startschritt 103 startet der Operator den Simulator 29 des
Computers 20, der das Verhalten C(P, D) des Fahrzeuges
simuliert, wobei alle Übertragungsfunktionen,
die im Speicher 25 gespeichert sind, verwendet werden,
und
- – in
einem Schritt 104 überträgt der Simulator 29 gleichzeitig
die Parameter und Ausgabezustände seiner
Simulation an das Modul 26.
- – In
einem Schritt 105 überträgt das Modul 26, über die
Verbindung 28, diese Parameter und Ausgabezustände in Echtzeit
an den Simulator 30, und dies gemäß dem Kommunikationsprotokoll
des Prototyps. Der Simulator 30 simuliert somit anhand
seines Moduls 32 den Bordrechner 10 (der entworfen,
aber noch nicht gebaut ist) und aktualisiert anhand seines Moduls 34 die
Daten des Diagnostikdatenrasters T, die an der Verbindung 11 auf
die Übertragung
warten.
- – Erkennt
der Computer 20 in einem Schritt 106 eine Störung des
Fahrzeuges, normalerweise nach dem Fehler D, in den Ausgabezuständen der
Simulation, wird ein Schritt 107 ausgelöst. Solange keine Störungserkennung
erfolgt, startet der Computer 20 den Schritt 105 durch
eine Echtzeit-Rückführung 1056 wieder
neu.
- – Im
Schritt 107 simuliert und berechnet das Modul 34 das
Raster T, das vom Fernrechner 12 behandelt werden soll,
und überträgt es ihm über die Verbindung 11.
- – In
einem Schritt 108 erstellt der Fernrechner 12 mit
Hilfe seiner Anwendungssoftwares LA eine Diagnostik anhand des Rasters
T und überträgt es dem
Monitor 120, der es anzeigt, oder aber dem Drucker 121 oder
aber dem Computer 20 oder gar dem Rechner 31,
sofern er vorhanden ist, um somit zu Folgendem übergehen zu können:
- – ein
Schritt 109 zur Analyse der Ergebnisse, der entweder manuell
oder automatisch, beispielsweise durch das Vergleichsmodul 35 des
Rechners 31, ausgeführt
werden kann, wobei der Rechner:
- – entweder
zu einem Schritt 110 der Bestätigung des Diagnostikverfahrens
der Funktionsstörung D,
- – oder
zu einem Schritt 111 der Nichtbestätigung des Diagnostikverfahrens
und der Analyse der Gründe
des Diagnostikfehlers übergeht.
- – Wie
dem auch sei, der Rechner 31 kann anschließend in
einem Schritt 112, anhand seines Moduls 36, den
Computer 20 automatisch auf einen nächsten „D'"-Test
neu starten, indem es ihm die Kontrolle überlässt, um den Schritt 101 nach Ersetzung
und inverser Ersetzung der Übertragungsfunktionen,
die jeweils die Fehler D' und
D betreffen, auszuführen.
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Zusammenfassend
beläuft
sich das Verfahren, das über
eine Modellierung des Fahrzeuges verfügt, auf Folgendes:
- – Simulieren
der Funktionsstörungen
D der Organe und des nachfolgenden Verhaltens C des Fahrzeuges anhand
des virtuellen Modells M, um Simulationsdaten C(P, D) zu erhalten,
- – Berechnen
der entsprechenden Diagnostikdatenraster T,
- – Eingeben
der Raster T in den Fernrechner 12 und
- – Vergleichen
der Diagnostiken des Rechners 12 und im Allgemeinen seiner
Ausgabezustände
(die zusätzliche
testbezügliche
Parameter aufweisen können)
mit den eingegebenen Funktionsstörungen
D, um die Entwicklung des Diagnostiksystems 100 zu bestätigen.
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Der
Fernrechner 12 des Diagnostiksystems 100 wird
hier direkt getestet und bestätigt
und wird nicht simuliert. Diese Ausführungsform wird hier bevorzugt.
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In
dieser ersten Ausführungsform
der Vorrichtung kann das Testwerkzeug 15 ein erster Computer
mit einem Peripheriegerät
zur Erfassung 27 und einem Kommunikationspiloten 34 sein,
ist das Diagnostikwerkzeug 12 ein zweiter Computer mit
den Diagnostikanwendungsmitteln LA und ist die Schnittstelle, die
das Testwerkzeug 15 mit dem Diagnostikwerkzeug 12 verbindet,
eine materielle Schnittstelle 11.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Vorrichtung 100' der
vorliegenden Anmeldung sind die beiden Test- 15 und Diagnostikwerkzeuge 12 in
denselben Computer integriert und ist die Schnittstelle 11 eine
Schnittstelle von Programmmitteln, die mit den Diagnostikanwendungsmitteln
des Diagnostikwerkzeuges verbunden ist.