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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Diagnose eines Kraftfahrzeuges
bzw. einer Steuervorrichtung zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach
der Gattung der unabhängigen
Patentansprüche.
Aus der
DE 100 33
586 A1 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Diagnose eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem ein Kennwert,
der für
die Steuerung des Kraftfahrzeuges verwendet wird, adaptiert wird.
Dabei wird der adaptierte Kennwert mit einem oberen und unteren
Schwellwert verglichen und es erfolgt eine Fehlermeldung, wenn der adaptierte
Kennwert über
den oberen oder unteren Schwellwert hinausgeht. Aus der
DE 100 21 913 A1 ist
bereits ein Verfahren zur Fehlererkennung bekannt, bei dem selbstlernende
Kennlinien als obere oder untere Schwellwerte Verwendung finden.
Aus der
DE 100 36
772 C2 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
bekannt, bei dem eine Förderleistung
von unterschiedlichen Hochdruckpumpen normiert wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche
haben demgegenüber
den Vorteil, dass durch die Normierung die adaptierten Kennwerte
vergleichbar werden und so mehrere normierte Kennwerte als Muster
gemeinsam für
eine Erkennung einer möglicherweise
fehlerhaften Komponente des Kraftfahrzeuges genutzt werden können. Dies
löst die
Aufgabe eine verbesserte Qualität
der Diagnose eines Kraftfahrzeuges zu erreichen. Es können so
Fehler einer Komponente des Kraftfahrzeuges bereits erkannt werden,
bevor sie sich als Fehler bemerkbar machen, die den Fahrbetrieb
oder das Abgas des Kraftfahrzeuges beeinflussen. Weiterhin kann
von einigen Diagnosefunktionen zwar ein Fehler des Systems festgestellt
werden, aber nicht welche Komponente fehlerhaft ist. Eine derartige
fehlerhafte Komponente kann dann durch das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
identifiziert werden.
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Weitere
Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der
abhängigen
Patentansprüche.
Besonders einfach erfolgt die Berechnung der Normierung ausgehend
von dem adaptierten Kennwert unter Berücksichtigung eines Ausgangswertes
und eines Schwellwertes für
den Kennwert. Bei festen Schwellwerten können diese einfach aus einem
Speicher ausgelesen werden. Weiterhin gibt es Schwellwerte, die
von Betriebszuständen
des Kraftfahrzeuges abhängen.
Bei diesen Kennwerten erfolgt dann die Normierung in Abhängigkeit
von den Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine, was insbesondere bei sich ändernden
Betriebszuständen
erlaubt festzustellen, über
welchen Zeitraum denn die normierten Kennwerte eine Abweichung vom
Ausgangswert aufweisen. Durch die Normierung werden die normierten
Kennwerte unabhängig
von den Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren
dazu genutzt werden, ein zusätzliches
Testprogramm auszulösen, um
die Ursache eines mög1ichen
Fehlers zu erkennen, bevor die möglicherweise
fehlerhafte Komponente zu einer Störung des Betriebes des Kraftfahrzeuges
führt.
Es kann so bereits vor dem Auftreten von merkbaren Fehlern eine
Diagnose erfolgen, so dass das Kraftfahrzeug noch rechtzeitig in
eine Werkstatt gebracht wird, bevor eine Fehlfunktion des Kraftfahrzeuges
auftritt. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann auch in einer Werkstatt ausgelöst werden, um auch hier bereits
vor dem spürbaren
Auftreten von Fehlern fehlerhaften Komponenten auf die Spur zu kommen.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch verwendet werden, um beim Auftreten einer Fehlermeldung, die
sich nicht eindeutig einer einzelnen Komponente zuordnen lässt, eine
fehlerhafte Komponente zu ermitteln. Diese Maßnahme kann dann auch genutzt
werden, um einen sinnvollen Notbetrieb zu realisieren.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindungen werden in den Zeichnungen dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Steuervorrichtung und einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeuges und
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2 eine
zeichnerische Darstellung mehrerer normierter Kennwerte.
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Beschreibung
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In
der 1 wird schematisch eine Brennkraftmaschine mit
einem Brennraum 10 gezeigt. Dem Brennraum 10 wird
durch eine Luftzuführung 11 Luft zugeführt, die
dann im Brennraum 10 verbrannt wird. Das Abgas dieser Verbrennung
wird durch das Abgasrohr 12 abgeführt. Ein- und Auslassventile
für den Luftstrom
bzw. den Abgasstrom und Einspritzventile sind zur Vereinfachung
nicht dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist hier als ein Teil
des Kraftfahrzeuges dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
können auch
an anderen Teilen eines Kraftfahrzeuges realisiert sein. Zur Steuerung
des Luftflusses in den Brennraum 10 hinein sind eine Vielzahl
von Sensoren und Komponenten vorgesehen, die von einer Steuervorrichtung 1 ausgewertet
werden oder von der Steuervorrichtung 1 angesteuert werden.
Exemplarisch ist hier ein Umgebungsdrucksensor 2, ein Massenflusssensor 3,
eine Drosselklappe 4 und ein Saugrohrdrucksensor 5 gezeigt.
All diese Komponenten stehen über
entsprechchende Leitungen 6 mit dem Steuergerät 1 in
Verbindung.
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Durch
den Umgebungsdrucksensor 2 wird der Luftdruck außerhalb
des Kraftfahrzeuges gemessen. Durch den Durchflusssensor 3 wird
die die Luftzuführung 11 durchströmende Luftmenge
gemessen. Durch die Drosselklappe 4 wird der Strömungsquerschnitt
der Luftzuführung 11 beeinflusst,
so dass die Menge an Luft, die in den Brennraum 10 einströmt, kontrolliert
werden kann. Durch den Saugrohrdrucksensor 5 wird der Druck
in der Luftzuführung 11 unmittelbar
vor dem Brennraum 10 gemessen.
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All
diese Komponenten, d. h. Sensoren 2, 3, 5,
oder Stellglieder 4 dienen zur Steuerung des Kraftfahrzeuges
oder hier der Brennkraftmaschine. Innerhalb der Steuervorrichtung 1 werden
für interne
Berechnungen Kennwerte verwendet, d. h. Werte, die entweder einen
Sensorwert oder eine Steuergröße für ein Stellglied
oder einen Zwischenschritt der Berechnungen repräsentieren. Aufgrund von Fertigungsstreuungen
der Komponenten oder aber Veränderungen
während
des laufendes Betriebes ist es dabei erforderlich zum Zweck der
Auswertung der Sensorsignale oder zum Zweck der Ansteuerung von Stellgliedern
die Kennwerte an die Komponenten anzupassen. Beispielsweise kann
die Stellung der Drosselklappe 4 in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen,
die von der Steuervorrichtung 1 erzeugt werden, in gewissem
Maße variieren.
Aufgrund von Messungen von Sensoren kann die Steuervorrichtung 1 ermitteln,
welche Abweichungen die Drosselklappe 4 von einem idealen
Verhalten hat und durch eine entsprechende Anpassung oder Adaption
der Kennwerte, die für
die Ansteuerung der Drosselklappe 4 verwendet werden, diesen
Effekt kompensieren. Die Adaption geht von einem Ausgangswert für den Kennwert
aus der einen idealen Zustand der Sensoren oder Stellglieder entspricht.
Ausgehend von diesem Ausgangswert erfolgt dann eine Adaption, d.h.
eine Anpassung an das reale Verhalten der einzelnen Komponenten.
Ebenso kann beispielsweise das Messsignal des Sensors 5 gewisse
Abweichungen von einem Ausgangswert aufweisen, der dann ebenfalls
von einem adaptierten Kennwert in der Steuervorrichtung berücksichtigt
wird.
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Wenn
derart adaptierte Kennwerte verwendet werden, muss dabei die Adaptierung
der Steuervorrichtung 1 begrenzt werden, um die Kennwerte nicht
auf unsinnige und unplausible Werte zu adaptieren. Es sind daher
für jeden
adaptierten Kennwert Schwellwerte vorgesehen. Bei Kennwerten, die
sowohl in positiver als auch negativer Richtung adaptiert werden
können,
sind dann entsprechend ein oberer und unterer Schwellwert vorgesehen.
Bei Kennwerten, die nur in einer Richtung, beispielsweise nur positiv
adaptiert werden können,
ist dann jeweils nur ein Schwellwert vorgesehen. Bei einem Hinausgehen
des adaptierten Kennwertes über
den Schwellwert hinaus, wird dieser Kennwert als fehlerhaft beurteilt
und es erfolgt eine entsprechende Fehlermeldung. In Abhängigkeit
von einer derartigen Fehlermeldung können dann weitere Maßnahmen wie
beispielsweise ein Notbetrieb oder eine weitere Fehlersuche vorgenommen
werden.
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Bei
einem Teil der Kennwerte wird es so sein, dass eine feste Ober-
und Untergrenze für
den Schwellwert vorgesehen ist. Beispielsweise bei der Drosselklappe
kann ein Winkelfehler der Stellung der Drosselklappe 4 vorhanden
sein, der aus Fertigungsschwankungen stammt. Dieser ist beispielsweise
auf ± 2
Grad möglich.
Dabei ist diese Schwankung unabhängig
von Betriebszuständen
des Kraftfahrzeuges, d. h. der entsprechende adaptierte Kennwert,
der die Schwankung der Drosselklappenstellung ausweicht, hat einen
Schwellwert, der unabhängig
von den Betriebszuständen
des Kraftfahrzeuges ist. Bei dem Drucksensor 5, der den
Saugrohrdruck unmittelbar vor dem Brennraum 10 misst, ist
es hingegen so, dass der Messfehler, der am Drucksensor 5 vorliegt, von
dem Betriebszustand des Kraftfahrzeuges bzw. der Brennkraftmaschine
abhängt.
Bei geringer Drehzahl ist der Messfehler des Drucksensor 5 gering, während bei
einer hohen Drehzahl und gleichzeitig weitgehend geschlossener Drosselklappe 4 ein
sehr hoher Messfehler auftreten kann. Der entsprechende adaptierte
Kennwert, der diese Schwankungen berücksichtigt, muss daher mit
Schwellwerten verglichen werden, die ebenfalls von den Betriebszuständen des
Kraftfahrzeuges bzw. der Brennkraftmaschine abhängen.
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Aus
den adaptierten Kennwerten werden daher normierte Kennwerte gebildet,
die die einzelnen Kennwerte miteinander vergleichbar machen. Prinzipiell
wird dabei immer auf einen Wert von 100 % normiert, wobei eine Normierung
von 100 % bedeutet, dass der adaptierte Kennwert den Schwellwert
erreicht hat. Im Fall des oben genannten Beispieles der Drosselklappe 4 bedeutet
dies, dass ein normierter Kennwert von ± 100 % der zulässigen Maximalabweichung
von ± 2
Grad Winkeltoleranz der Drosselklappe 4 entspricht. Für das oben
ausgeführte
Beispiel des Drucksensors muss für
den Zweck der Normierung die Abhängigkeit
der Schwellwerte von den Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges bzw.
der Brennkraftmaschine berücksichtigt
werden. Für
eine geringe Drehzahl und weit geöffneter Drosselklappe 4 bedeutet
somit der normierte Wert ± 100
% ein deutlich schmaleres Band als für einen Betriebszustand mit nahezu
geschlossener Drosselklappe und hoher Drehzahl, bei dem ja hohe
Werte für
den Saugrohrdruck und entsprechend hohe Schwankungen des vom Drucksensor 5 gemessenen
Signals auftreten können.
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Generell
wird durch die Normierung angegeben, wie weit sich der adaptierte
Kennwert bereits ausgehend von seinem Ausgangswert durch die Adaptierung
in Richtung auf den Schwellwert verändert hat. Dieser Wert kann
dann beispielsweise in Prozent oder als ein Wert zwischen 0 und ± 1 angegeben
werden.
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In 2 werden
schematisch mehrere normierte Kennwerte A, B, C, D auf einer Skala
von –100 bis
+100 % dargestellt. Die normierten Kennwerte A, B, C, D werden aus
adaptierten Kennwerten berechnet, die zur Steuerung des Kraftfahrzeuges
herangezogen werden. Der normierte Kennwert A stellt dabei ein Kennwert
für die
Plausibilität
der Luftzuführung
in den Brennraum 10 dar, d. h. ein Kennwert, der angesichts
des gemessenen Umgebungsdrucks des Sensors 2, des Massenflusses
durch den Massenflusssensor 3, der Stellung der Drosselklappen 4 und
des vom Saugrohrdrucksensor 5 gemessenen Wertes ein Plausibilitätswert bildet,
der angibt, ob diese Werte alle zueinander plausibel sind. Wie in
der 2 zu sehen ist, erreicht der Kennwert A einen
Wert von +90 %, d. h. er befindet sich unmittelbar vor dem Erreichen
des Schwellwertes. Die Werte B und C stellen normierte Kennwerte
der Adaption des Massenflusssensors 3 und der Drosselklappe 4 dar.
Der Kennwert B für
den Massenflusssensor 3 weist einen Wert von –10 % auf
und befindet sich somit in unmittelbarer Nähe zum Ausgangswert, dessen
Wert als normierter Wert den Betrag 0 aufweist. Ebenso ist der adaptierte
Kennwert für
die Drosselklappenstellung nah beim Ausgangswert, so dass auch der
normierte Kennwert C mit +20 % in der Nähe des Ausgangswertes 0 liegt.
Auffällig
ist jedoch der normierte Kennwert D, der einen Wert von –80 % aufweist.
Dieser normierte Kennwert D wird aus dem adaptierten Kennwert für den vom
Saugrohrdrucksensor 5 gemessenen Druckwert abgeleitet.
Der adaptierte Kennwert für
den Saugrohrdruck 5 wird vor einem Start der Brennkraftmaschine
mit dem Umgebungsdruck, der vom Umgebungsdrucksensor 2 gemessen wird,
verglichen und es wird daraus ein Korrekturwert für den Nullpunkt
des Saugrohrdrucksensor 5 berechnet.
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Keiner
der hier gezeigten normierten Kennwerte weist einen Wert jenseits
der Schwellwerte von ± 100
% auf. Für
sich allein betrachtet, wäre
es auch unproblematisch, wenn der Plausibilitätswert, d. h. der normierte
Kennwert A oder der Saugrohrdrucksensorkorrekturwert, d. h. der
normierte Kennwert D einen Wert von –80 % aufweisen wurde. Das
hier gezeigte Muster, Kennwert A +90 %, Kennwert D –80 %, kann
jedoch typisch sein für
einen fehlerhaften Drucksensor 5. Zum Zweck der Diagnose
wird somit nicht nur ein Hinausgehen über einen der Schwellwerte
ausgewertet, sondern auch wenn sich mehrere Kennwerte in bestimmter
Weise verändern.
Derartige typische Muster der adaptierten Kennwerte bzw. der daraus
abgeleiteten normierten Kennwerte können entweder aufgrund theoretischer Überlegungen
oder aber durch Erfahrungen an realen Kraftfahrzeugen gewonnen werden.
Es kann so eine Fehlfunktion oder Ausfall einer bestimmten Komponente,
sei es nun ein Sensor oder ein Stellglied mit bestimmten Abweichungsmustern
der normierten Kennwerte in Verbindung gebracht werden. Die Möglichkeiten
der Diagnose und insbesondere der Identifizierung einer einzelnen
fehlerhaften Komponente werden so verbessert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann beispielsweise auch genutzt werden, um fehlerhafte Komponenten
zu identifizieren, wenn einer der adaptierten Kennwerte über einen
Schwellwert hinausginge. Beispielsweise könnte der normierte Kennwert
A einen Wert von +110 % aufweisen, was ein Hinweis auf eine nichtplausible
stimmige Luftzuführung
durch die Luftzuführung 11 gibt.
Aufgrund dieser Information alleine könnte jedoch nicht identifiziert
werden, welche der verschiedenen im Zusammenhang mit der Luftzuführung 11 stehenden
Komponenten, wie Massenflusssensor 3, Drosselklappensteller 4 oder Saugrohrdrucksensor 5 denn
fehlerhaft ist. Die Identifizierung der fehlerhaften Komponente 3, 4, 5 könnte dann
durch Auswertung weiterer Werte, beispielsweise wie eben beschrieben,
den normierten Kennwerten B, C, D erfolgen.
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Wenn,
wie zur 2 beschrieben, aufgrund der
normierten Kennwerte eine Fehlfunktion des Saugrohrdrucksensor 5 festgestellt
wird, so können weitere
Tests erfolgen, um diese Fehlfunktion des Saugrohrdrucksensor 5 zu
verifizieren. Beispielsweise könnte
in einem Betriebsstand, in dem die Drosselklappe 4 weitgehend
geöffnet
ist, der Druck des Saugrohrdrucksensor 5 mit dem Umgebungsdruck oder
drehzahlabhängig
mit dem Massenfluss am Massenflusssensor 3 verglichen werden.
Bei vollständig
geöffneter
Drosselklappe 4 gibt es nämlich einen unmittelbaren Zusammenhang
zwischen dem Umgebungsdruck und dem Massenfluss durch die Luftzuführung 11.
Es kann auf diesem Weg überprüft werden,
ob der aufgrund der Abweichung der mehreren normierten Kennwerte
festgestellte Fehler des Saugrohrdrucksensor 5 tatsächlich vorliegt
oder nicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auch von einer Werkstat ausgelöst werden, entweder um bei
einer Reparatur die tatsächlich
fehlerhafte Komponente zu identifizieren oder aber routinemäßig im Rahmen
einer Inspektion. Dabei können
in einem Diagnosetester der Werkstatt Informationen bezüglich charakteristischer
Muster von normierten Kennwerten abgelegt sein, die eine fehlerhafte
Komponente identifizieren. Bei Komponenten, die einer Alterung unterworfen
sind, können
diese Muster auch dazu benutzt werden, um den Alterungszustand einer Komponente
zu identifizieren und gegebenenfalls bereits vor dem Ausfall einer
Komponente einen Austausch zu ermöglichen.