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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von technischen
Systemen, insbesondere von Komponenten innerhalb automatisierter Getriebe
von Kraftfahrzeugen. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt
auf Getriebe von Kraftfahrzeugen und kann sich auf jedwedes technische
System anwenden, bei welchem ähnliche Funktionen und Abläufe
wie bei automatisierten Getrieben zum Beispiel mit entsprechenden
Stellantrieben stattfinden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf ein Verfahren zur Systemdiagnose zur Ermittlung von Fehlern.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Früherkennung,
Diagnose und Auffindung sowie der Analyse von Fehlern des untersuchten
Systems. Derartige Verfahren zur Diagnose von technischen Systemen
zielen darauf ab, insbesondere eine Früherkennung und Prognose
von Fehlern im langfristigen Betrieb von technischen Systemen zu
gewährleisten.
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Aus
der
DE 103 32 126
A1 ist ein Verfahren zur Diagnose von technischen Systemen
mittels Zustandstrajektoren bekannt. Bei diesem Diagnoseverfahren
wird auf Basis eines Zustandsmodells eine dynamisierte Analyse von
Zustandssituationen vorgenommen. Anhand der Abbildung des aktuellen
Systemzustands und der Aufnahme von mindestens zwei verschiedenen
Momentsituationen des technischen Systems wird eine Übergangsmatrix
er stellt. Durch eine Dynamisierung dieses an sich statischen Zustandes
wird bei dem bekannten Diagnoseverfahren durch den Vergleich von
zwei Momentaufnahmen des jeweiligen Zustandes und den Vergleich
mit einer entsprechenden Übergangsmatrix festgestellt,
wenn unerlaubte Übergangssituationen auftreten. Auf dieser
Basis werden Fehler des Systems diagnostiziert. Dieses bekannte
Verfahren hat sich an sich bewährt, jedoch erfordert es
eine vorherige Kenntnis und Simulation der Fehlermöglichkeiten
und ist ausserdem nicht zum Zweck einer Prognose entwickelt worden.
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Die
vorliegende Erfindung hat demgegenüber als Aufgabe, ein
Verfahren zur Diagnose von technischen Systemen innerhalb beispielsweise
von Kraftfahrzeugen bereitzustellen, mittels welchem eine optimierte
Diagnose des Systems hinsichtlich von Fehlern und eine verbesserte
Fehlerursachenbestimmung und deren Prognose ermöglicht
wird. Das Verfahren soll dabei bei relativ geringem konstruktiven
und softwarebezogenen Aufwand umsetzbar sein.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Diagnose von
technischen Systemen mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Merkmale und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.
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Nach
der Erfindung wird ein Verfahren zur Diagnose von technischen Systemen,
insbesondere zur Diagnose von Komponenten automatischer Getriebe
für Kraftfahrzeuge, basierend auf einem physikalischen
Modell als Abbild des zu überwachenden Systems, zur Früherkennung,
Diagnose und Auffindung von Fehlern des diagnostizierten Systems
vorgeschlagen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- a) Aufstellen einer Fehler-/Übergangszustandsmatrix;
- b) Bestimmen von möglichen Fehlerparametern durch einen
Regler oder ähnlichem;
- c) Überwachung von Übergangszuständen
des Systems;
- d) Sukzessive Änderung/Variation von verschiedenen
Fehlerparametern;
- e) Auswerten der Fehlerparameter durch Erstellen einer Matrix,
die angibt, welche Fehler bei welchen Zustandsübergängen
tatsächlich gefunden wurden;
- f) Speichern der gefundenen Diskrepanzwerte beziehungsweise
Residuen im Verhältnis zum Systemmodell und der jeweils
relevanten Fehlerwerte in einer Matrix; und
- g) Berechnen einer Diagnose für die jeweils relevanten
Zustandsübergänge.
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Auf
diese Weise wird erfindungsgemäß ein Verfahren
zur Diagnose von technischen Systemen bereitgestellt, bei welchem
die Diagnosetiefe deutlich erhöht ist. Eine insgesamt verbesserte
Diagnose und eine aussagekräftigere Fehlervorhersage werden hierdurch
ermöglicht. Durch die gezielte Auswertung von am meisten
relevanten Fehlersituationen beziehungsweise Übergangszuständen
mit Fehlerauftritten des Systems wird eine bessere Vorhersage und ein
besseres Analyseergebnis des Verfahrens zur Fehlerdiagnose bereitgestellt.
Hierdurch wird es möglich, eine aussagekräftige
und trotzdem vergleichsweise wenig aufwändige Ausfall-Prognose des
Systems bzw. der Komponente bereitzustellen. Eine langfristige Überwachung
und zuverlässige Fehlerdarstellung und entsprechende Auswertung wird
sicher gewährleistet. Zudem ist es mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Diagnose von technischen Systemen möglich,
eine zuverlässige und langfristige Prognose der Restlaufzeit
von technischen Komponenten eines Systems, wie zum Beispiel den
Stellantrieben eines automatisierten Getriebes, zu bieten.
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Nach
einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird durch mehrere Messungen
ein Mittelwert bestimmt, der zu einer Verringerung von eventuellen Störeinflüssen
beiträgt. Die Mittelwertbildung erlaubt es, derartige Störeinflüsse
bei der Diagnose von Fehlern und der Prognose der Restlaufzeit der
entsprechenden Komponenten bzw. Systeme weitestgehend zu vermeiden.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird eine Langzeitbetrachtung
hinsichtlich der Fehlerprognose des Verfahrens durchgeführt.
Die langfristige Überwachung und Diagnose von Fehlern ermöglicht
es, die Ausfallrate des entsprechenden technischen Systems oder
der entsprechenden technischen Unterkomponente eines Systems auch über
einen längeren Zeitraum relativ sicher vorherzusagen. Es
ist somit möglich, das System frühzeitig einer Überwachung
oder Wartung zuzuführen. Die technische Sicherheit ist
hierdurch erheblich verbessert.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird eine voraussichtliche
Restlebensdauer der entsprechend überwachten und diagnostizierten
Komponente des technischen Systems geschätzt und auf Basis
des aktuellen Verschleißzustands und/oder einer aktuellen
Verschleißkennlinie kann so eine aussagekräftige
Diagnose hinsichtlich des voraussichtlich erforderlichen Austauschs
der Komponente oder ihrer restlichen erwarteten Lebensdauer erfolgen.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird eine Langzeitprognose
der Restlebensdauer und der Funktionsfähigkeit der diagnostizierten
Komponente durchgeführt, wobei beispielsweise eine Abbildung
der aktuellen Regelgröße, die für entsprechende
Fehler bei Übergängen zwischen den Systemzuständen
relevant ist, durchgeführt wird. Eine derartige ak tuelle
Regelgröße sowie weitere Kenngrößen,
wie zum Beispiel die Schaltzeit, die Synchronisationszeit oder die
Verfahrgeschwindigkeit der Komponente innerhalb eines beispielsweise automatischen
Getriebes eines Kraftfahrzeugs erlauben es, die Ausfallwahrscheinlichkeit
vorherzusehen und frühzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen durchzuführen.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zusätzlich zu
dem Diagnoseverfahren ein Testmuster eingesetzt, das anhand von
bekannten Fehlersituationen erstellt wird. Das zusätzliche
Testmuster kann beispielsweise auch mit entsprechenden aktuellen
Situationen und dem aktuellen Betrieb der Komponente und der entsprechenden
typischen Fehlersituationen ergänzt werden. Auf diese Weise werden
die Diagnosesicherheit und die Aussagekraft des Diagnoseverfahrens
erheblich erhöht.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung werden bestimmte Übergangssituationen
zwischen den Zuständen des technischen Systems der Komponente
ausgeblendet, die dafür bekannt sind, dass sie für
die Fehlerdiagnose nicht relevant sind. Dadurch ist es möglich,
weitere Störeinflüsse und Verfälschungen
des Diagnoseergebnisses so weit als möglich zu verhindern.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein
Schwellenwert für die Diskrepanzwerte zwischen den modifizierten
Fehlerparameter-Werten und den tatsächlichen Werten im
Diagnoseverfahren festgelegt, unterhalb dessen das System als in
Ordnung diagnostiziert wird. Dennoch wird in einer solchen Situation
eine Fehleranalyse durchgeführt, die zur langfristigen
Diagnose und Überwachung des Systems dient. Das System
wird zwar in dem aktuellen Moment als in Ordnung bewertet und somit
auch freigegeben, jedoch werden dennoch die erfassten Werte verwendet,
um langfristige Überwachungs- und Diagnoseauswertungen
des Systems oder der Komponente zu ermöglichen. Dadurch
kann beispielsweise frühzeitig festgestellt werden, ob
eine entsprechende Komponente in naher oder ferner Zukunft ausfallen
wird und ein Austausch derselben erforderlich ist.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird das physikalische
Modell, welches die Basis des Diagnoseverfahrens bildet, zeitdiskret aufgebaut.
Dies bedeutet, dass das physikalische Modell nicht in einem permanenten
durchlaufenden kontinuierlichen Prozess dargestellt wird, sondern
in bestimmten Zeitpunkten jeweils festgelegt aufgebaut wird. Dies
spart unter anderem Rechnerleistung.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung werden in dem
Diagnoseverfahren mögliche Fehler jeweils entsprechend
dem zu diagnostizierenden System zusätzlich modelliert.
Bei bestimmten technischen Komponenten oder technischen Systemen
sind übliche Fehlersituationen meist aus Erfahrungswerten
her bekannt. Diese Fehlersituationen oder möglichen Fehler
können entsprechend modelliert werden und zusätzlich
im Diagnoseverfahren nach der Erfindung entsprechend vorteilhafterweise
berücksichtigt werden. Das Resultat und die Aussagekräftigkeit
des Verfahrens sind hierdurch erhöht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sowie
weitere Vorteile und Merkmale derselben werden aus der nachfolgenden
Beschreibung eines detaillierten Ausführungsbeispiels offenbar,
welches anhand der beigefügten Zeichnung dargestellt. In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Umsetzung des
Verfahrens nach der Erfindung; und
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2 ein
schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens für
technische Systeme.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose von technischen
Systemen wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben, wobei es selbstverständlich nicht auf das Ausführungsbeispiel
beschränkt ist, sondern alle im Rahmen des unabhängigen
Anspruchs 1 liegende Varianten umfasst. Das Diagnoseverfahren nach
der Erfindung dient zur Diagnose und frühzeitigen Fehlererkennung
bei technischen Systemen, wobei anhand einer Art Soll-/Ist-Vergleich
des Betriebsverhaltens des Systems eine Diagnose durchgeführt
wird. Der Soll-/Ist-Vergleich erfolgt zwischen einer Erfassung von
Betriebsparametern des Systems beziehungsweise der zu untersuchenden
Komponente und einem Vergleich mit einem physikalischen Modell,
welches für das System beziehungsweise die Komponente aufgestellt
wurde. Das Diagnoseverfahren nach der Erfindung ist in der Lage,
Störgrößen auf diese Art und Weise zu
erkennen und Hinweise auf sich anbahnende Fehler oder Fehlfunktionen
im Betrieb des Systems frühzeitig zu bestimmen. Als zu diagnostizierendes
technisches System beziehungsweise Komponente können vielfältige
technische Systeme dienen. Die Erfindung kann sich beispielsweise
insbesondere auf ein Gangmodul eines automatischen Getriebes eines
Kraftfahrzeugs oder andere elektro-pneumatische beziehungsweise
elektro-hydraulische Systeme in Kraftfahrzeugen beziehen: Beispiele
hierfür sind das Gassenmodul, das Rangemodul, das Splitmodul,
die Vorgelegewellenbremse oder die Kupplung von Fahrzeugen. Allen diesen
Systemen ist gemeinsam, dass sie eine Ansteuerung über
Eingangsgrößen sowie Ausgangsgrößen
aufweisen. Die Ausgangsgrößen können
beispielsweise die tatsächlichen Verstellwege von Zylindern
sein, die über geeignete Sensoren erfasst werden können.
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Von
den zu untersuchenden Systemen 4 wird nach der Erfindung
zunächst ein physikalisches Modell 3 in Form eines
Abbilds des zu überwachenden Systems erstellt. In der 1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Störgrößenreglers
zur Umsetzung des Verfahrens zur Diagnose von technischen Systemen
nach der Erfindung als ein mögliches Ausführungsbeispiel
dargestellt. Die 2 der angehängten Zeichnungen
zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm mit den hauptsächlichen
Schritten A bis D eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Diagnoseverfahrens (vgl. auch Schritte a) bis g) von anhängendem
Anspruch 1).
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Das
physikalische Modell 3 des technischen Systems 4 soll
das technische System 4 möglichst realitätsnah
abbilden. Das Modell kann beispielsweise zeitdiskret aufgebaut sein.
Dies ermöglicht eine einfache Portierung beziehungsweise Übertragung auf
Steuergeräte. Das abzubildende System 4 kann auch
näherungsweise in dem physikalischen Modell 3 modelliert
werden. Wenn zum Beispiel ein automatisches Getriebe eines Kraftfahrzeugs
das zu diagnostizierende System ist, stellen die Vorgänge
in dem Getriebe, wie die mechanischen Anschläge im Gangzylinder
Vorgänge dar, die mit einer bestimmten Zeitkonstante stattfinden,
welche sehr viel kleiner ist, als die möglichen Simulationsschritte.
Ein solcher technischer Vorgang des Systems 4 kann daher
unter den gegebenen Randbedingungen (Simulation auf dem Steuergerät,
feste diskrete Schrittweite etc.) nicht wirklich exakt physikalisch
modelliert werden. Das Modell 3 muss daher mit entsprechenden
Begrenzungen und Randwerten versehen werden. Außerdem ist
es möglich, in dem Modell 3 des technischen Systems 4 bestimmte
jeweilige bekannte Fehlermöglichkeiten zusätzlich
zu modellieren. Wenn es zum Beispiel bekannt ist, dass in der Realität
Luftleckagen oder dergleichen auftreten, können diese zu sätzlich
in dem physikalischen Modell 3 des Systems 4 mit
aufgenommen werden. Wesentlich für die Umsetzung des Verfahrens
nach der Erfindung ist, dass die hauptsächlichen Eigenschaften
des technischen Systems 4 physikalisch korrekt abgebildet
werden. Jedoch muss eine Abbildung in dem Modell 3 auch die
zur Verfügung stehenden begrenzten Ressourcen hinsichtlich
Speicherkapazität, Rechenzeit etc. in dem Regler 2 oder
Steuergerät bzw. anderer relevanter Komponenten berücksichtigen.
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Die
hauptsächlichen Schritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens können in der folgenden Art und Weise zusammengefasst
werden (im Folgenden insbesondere Bezug nehmend auf die Abbildung
der 2):
- A:
- Aufstellen einer Fehler-/Übergangszustands-Matrix 1;
- B:
- Beobachten von Umschalt-
oder Übergangsvorgängen des Systems, wobei sich
hieraus bei X ein Diskrepanzwert oder Residuum ergibt, der schon
auf einen möglichen Fehler oder eine mögliche
Fehlerquelle hinweist;
- C:
- Betreiben der Fehlersteuergeräte
beziehungsweise des Reglers 2 und Identifizieren von möglichen
Fehlern anhand einer Fehler-/Übergangszustands-Matrix 1';
und
- D:
- Schrittweises Auswerten
und Analysieren der möglichen identifizierten Fehler anhand
der Untersuchung von Zustandsübergängen, die tatsächlich
gefunden wurden, zur Erstellung einer Fehler-/Übergangszustands-Matrix 1'', welche
identifizierte jeweils relevante Fehler angibt.
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Nach
der Erfindung wird ein Regler 2 auf einem Steuergerät
(Controller) zum Bestimmen von möglichen und tatsächlichen
Fehlerparametern verwendet. Dieser Regler 2 kann beispielsweise
Teil der Systemsteuerung oder -regelung sein oder als separates
Bauteil im Fahrzeug integriert sein. Bei dem Beispiel einer Steuerung
eines automatischen Getriebes eines Kraftfahrzeugs gibt es in der
Steuerung Zustände, bei welchen über einen längeren
Zeitraum nur eine geringe Rechenleistung von der Steuerung benötigt
wird. Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können
diese vergleichsweise schwachen Nutzungszeiten vorteilhafterweise
verwendet werden, um die erfindungsgemäße Diagnose
anhand beispielsweise von aufgezeichneten Daten durchzuführen.
Die Diagnose mittels eines Reglers 2 kann auch anhand von
tatsächlichen aktuellen Werten erfolgen, welche über
entsprechende und dem Fachmann des Gebiets hinlänglich
bekannte Sensoren am System 4 erfasst werden. Die erfindungsgemäße Diagnose
kann jedoch auch anhand von aufgezeichneten Sensorwerten erfolgen,
um die erforderliche Rechenleistung und Speicherkapazität
der allgemeinen Fahrzeugsteuerung nicht zu überlasten.
Ziel dieses ersten Schrittes ist es, dass mögliche Fehlerparameter
durch den Regler 2 bestimmt werden. Anschließend
wird in einem Schritt C) das System insbesondere im Hinblick auf Übergangszustände überwacht.
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Nach
dem in Anspruch 1 gegebenen weiteren Schritt D) erfolgt sodann eine
sukzessive Änderung beziehungsweise Variierung von verschiedenen jeweils
gefundenen Fehlerparametern des Systems 4. In dem Fall,
dass das aufgestellte Modell 3 genau dem reellen System 4 entspricht,
werden die gemessenen Systemwerte den im Modell 3 simulierten
Werten exakt entsprechen. Wenn jedoch ein Parameter im realen System
auf Grund eines Fehlers der Komponente oder des Systems 4 abweicht
auf Grund eines aufgetretenen Fehlers, entsteht ein Diskrepanzwert
(auch bezeichnet als Residuum) zwischen dem gemessenen und dem simulierten
Vorgang oder Zustand des Systems. Als ein Maß für
die Ähnlichkeit zwischen dem Modell 3 und dem
simulierten System 4 wird der durchschnittliche Diskrepanzwert während eines Übergangszustands
herangezogen. Als ein Beispiel kann der Schaltvorgang bei einem
automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs dienen. Um einzelne
mögliche Fehler des Systems 4 zu bestimmen, werden
nacheinander verschiedene mögliche Fehlerparameter, die
in Schritt B) bestimmt wurden, variiert. Um diese Variation der
Fehlerparameter nach der Erfindung zielgerecht vornehmen zu können, wird
die Änderung der jeweiligen Parameter als eine „Regelaufgabe"
aufgefasst. Es wird beispielsweise ein PI-Regler 2 eingesetzt,
der die Funktion und Aufgabe hat, den entsprechenden Fehlerparameter
so zu verändern, dass das Residuum oder der Diskrepanzwert
minimiert wird. Mögliche Fehlerminimierungsverfahren sind
dem Fachmann des Gebiets hinlänglich bekannt. Ziel dieser Überwachung,
Variierung und Auswertung der möglichen Fehlerparameter
ist es, dass derjenige geänderte Parameter bestimmt wird,
welcher einen gemessenen Zustand oder Vorgang am besten mit dem
im physikalischen Modell 3 simulierten Zustand oder Vorgang
des Systems 4 in Deckung bringt. Dieser Fehlerparameter
ist dann der Kandidat für die Ursache des beobachteten Fehlers.
Nach einem vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen
Diagnoseverfahrens kann die Ansteuerung des Reglers 2 sowie
die Diagnoseauswertung in Form eines Softwaremoduls einmal in der Steuerung
implementiert werden. In diesem implementierten Softwaremodul können
dann jeweils verschiedene Systemmodelle von verschiedenen technischen
Systemen 4 eingeklinkt werden, sodass das einmal installierte
Modul für verschiedenste Komponenten und technische Systeme 4 beispielsweise dienen
kann.
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In
den nächsten Schritten C und D erfolgen sodann eine Auswertung
der gewonnenen Fehlerparameter und eine Analyse des auftretenden
oder in Zukunft vorausschauend möglicherweise auftretbaren
Fehlers des Systems. Hierfür wird zunächst eine Matrix 1 erstellt,
die angibt, welche Fehler bei welchen Zustandsübergängen
gefunden werden können. Diese Fehler- /Übergangszustands-Matrix 1 (vergleiche
Schritt a) im Anspruch 1) wird erfindungsgemäß zur
Diagnose und Bestimmung von Fehlern verwendet, da derartige Fehler
in der Regel nur bei bestimmten Zustandsübergängen
des Systems 4 in der Regel auftreten. So wird zum Beispiel
bei einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs eine Leckage
in einer Druckkammer nur beobachtbar sein, wenn diese Kammer auch
mit Druck beaufschlagt wird. Der Zustandsübergang ist somit
erfindungsgemäß für die Diagnose das
relevante Kriterium. Diese Information wird in einer Matrix 1 abgelegt, wobei
zeilenweise Fehler 6 aufgetragen sind und spaltenweise
jeweilige Zustandsübergänge 7. In der 2 ist
ein Beispiel einer solchen Matrix 1 zu dem Schritt A abgebildet.
Nachdem eine solche Matrix 1 aufgestellt wurde und die
möglichen Fehlerparameter durch einen Regler 2 anhand
der Überwachung von Übergangszuständen
und eine sukzessive Änderung der verschiedenen Fehlerparametern
durchgeführt wurde, werden die entsprechenden Diskrepanzwerte
oder Residuen zwischen dem aufgestellten physikalischen Modell 3 und
dem tatsächlichen System 4 in einer Matrix 1' abgelegt.
Durch die Änderung der jeweiligen Parameterwerte und der Überwachung
der entsprechenden Systemübergangszustände können
anhand dieser Matrix 1' die relevanten Fehler somit herausgefiltert
werden. Für die Diagnoseauswertung ist es sodann wichtig,
dass diese Diskrepanzwerte 5 in einer modifizierten Fehler-/Übergangsmatrix 1' zusammen
mit dem vom Regler 2 jeweils geschätzten Wert
des jeweiligen Fehlers in Abhängigkeit vom Zustandsübergang
abgelegt werden. Mögliche Fehlerarten sind hier zum Beispiel
eine Leckage in einer Kammer eines Zylinders, ein Strömungswiderstand
in der Kammer, der gerade erhöht ist oder ein Reibwert,
der erhöht ist. Zustandsübergänge in
technischen Systemen können beispielsweise sein: „Schalten
von gerade nach neutral", „Schalten von neutral nach ungerade"
... etc.
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Eine
anschließende Diagnose der Fehler erfolgt jeweils nur für
die relevanten Zustandsübergänge. Die Rechenzeit
der Steuerung kann so optimiert werden. Die vorgenannte Information
eines relevanten Zustandsübergangs wird in einer Matrix 1' abgelegt.
Anhand dieser Matrix wird durch die Steuerung des Verfahrens vorgegeben,
welche Parameter bei welcher Zustandsänderung bestimmt
werden sollen. Im Falle, dass der Diskrepanzwert 5 kleiner
als ein vorab definierter Schwellenwert ist, wird das System 4 als
in Ordnung oder O. K. diagnostiziert. Ungeachtet dessen findet trotzdem
eine Fehlerschätzung nach dem erfindungsgemäßen
Beispiel des Diagnoseverfahrens statt, über welche Fehlertendenzen
erkannt werden können, die aber zum aktuellen Zeitpunkt
tatsächlich noch nicht zu einer Beeinträchtigung
des Systems 4 führen.
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Nach
einem vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen
Verfahrens können bei bestimmten Zustandsübergängen
des Systems 4 nicht modellierbare Zustände ausgeblendet
werden. Zum Beispiel Einflüsse außerhalb des entsprechenden
Systems, wie zum Beispiel einem Gangmodul, können nämlich das
Diagnoseergebnis bei bestimmten Zustandsübergängen
beeinträchtigen. Dies ist zum Beispiel beim Einlegen eines
Gangs bei einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs der Fall, wenn eine „Zahn-auf-Zahn"-Stellung
auftritt und der Gang nicht oder nur verzögert eingelegt
werden kann. Nach der Erfindung werden daher für die Erstellung
einer Diagnose diese Zustände vorteilhafterweise ausgeblendet.
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Anschließend
wird mit dem Diagnoseverfahren nach der Erfindung der beste Diskrepanzwert
gesucht und gefunden. Wenn eine so ausgefüllte Matrix 1' von
Fehlern und Übergangszuständen vorliegt, kann
diese beispielsweise wie folgt ausgewertet werden:
- 1. Innerhalb einer Spalte (entspricht einem Zustandsübergang 7)
wird der kleinste Diskrepanzwert 5 gesucht, dessen zugehöriger
Fehlerwert 6 physikalisch plausibel ist.
- 2. Der zugehörige Fehler 6 ist ein Fehlerkandidat.
- 3. Über alle Zustandsübergänge des
zu diagnostizierenden Systems 4 wird der Fehlerkandidat
mit dem kleinsten Diskrepanzwert 5 gesucht.
- 4. Dieser Fehler 6 ist der wahrscheinlichste Fehlerkandidat.
- 5. Ist der Diskrepanzwert 5 ohne ausgeregelten Fehler 6 größer
als der definierte "O. K."-Schwellenwert, so wird dieser Fehler 6 ausgegeben.
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Andere
Arten zum Auffinden des besten Diskrepanzwertes innerhalb der Matrix 1 beziehungsweise 1' sind
ebenso denkbar.
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Um
die Aussagekräftigkeit der Diagnose nach der Erfindung
und die entsprechende Diagnoseschärfe weiter zu erhöhen,
kann nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung neben
einer reinen Überwachung auch gezielt ein definiertes Testmuster
eingesetzt werden, welches die Erkennung von einem bestimmten Fehler
ermöglicht. Bei vielen technischen Systemen sind mögliche
Fehlerarten vorab als häufig auftretende Fehler bekannt. Beispielsweise
kann während eines Werkstattaufenthalts eines Kraftfahrzeugs
ein solcher Einsatz eines Testmusters für das entsprechende
Kraftfahrzeug sinnvoll sein. Die Reaktion des technischen Systems 4 (hier
Kraftfahrzeug) auf dieses Testmuster hat für den Betrachter
den Fehler 6 ein eindeutiges und charakteristisches Verhalten.
Hieraus lässt sich schon eine Anregung entnehmen, in welcher
Richtung der Fehler 6 zu suchen ist. Der entsprechende
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in
den groben Schritten A bis D in der 2 dargestellt.
Nachdem die Fehler und die Matrix 1' überwacht
und diagnostiziert wurden, wird erfindungsgemäß in
Schritt D eine Matrix 1'' gespeichert, in welcher die gefundenen Diskrepanzwerte 5 zwischen
dem Systemmodell 3 und dem jeweils relevanten Fehlerwert 6 gespeichert sind.
In einem anschließenden Schritt g) (vergleiche Anspruch
1) wird sodann eine Diagnose für den jeweils relevanten
Zustandsübergang des Fehlers berechnet.
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Nach
einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Diagnose
von technischen Systemen kann zusätzlich eine Prognose
durch eine Langzeitbetrachtung des Verhaltens und der Zustandsübergänge
des Systems 4 durchgeführt werden. Als Basis für eine
Langzeitbetrachtung und -prognose von möglicherweise auftretenden
Fehlern 6 kann zum Beispiel eine Entwicklung der Fehlerparameter
zusammen mit der Verschleißkennlinie des Fehlers 6 bzw.
der Komponente dienen, wobei hierdurch eine Bestimmung des aktuellen
Verschleißes möglich ist. Viele Fehler haben spezifische
Fehlerkennlinien beziehungsweise Verschleißkennlinien,
welche üblicherweise bei den Komponenten und den Systemen 4 jeweils
auftreten können. Die Regelparameter sowie weitere Kenngrößen,
wie beispielsweise bei einem Automatikgetriebe die Schaltzeit, die
Synchronisationszeit oder die Verfahrgeschwindigkeit können
als ein Maß für den aktuellen Verschleiß des
Systems 4 beziehungsweise der Komponenten herangezogen werden.
Aus derartigen Analysen und Untersuchungen beziehungsweise Messwerterfassungen
können sodann erfindungsgemäß Aussagen über
das zukünftige Verschleißverhalten und das Auftreten
von möglichen Fehlern 6 gemacht werden, wie beispielsweise „der
Reibwert ist um 30% erhöht". Hierzu muss die Verschleißkennlinie
der jeweiligen Komponente oder des Systems 4 vom prinzipiellen
Verlauf her bekannt sein. Der exakte Verlauf der Verschleißkennlinie
wird zum Beispiel durch die Langzeitbeobachtung der entsprechenden
Kennwerte über jeweilige Sensoren zur Laufzeit bestimmt.
Ist beispielsweise bekannt, wie sich der tatsächliche Verschleiß einer Komponente
im System 4 prinzipiell entwickelt (zum Beispiel „bis
70% Verschleiß in etwa linear, sodann exponentiell"), so
kann dann diese Verschleißkennlinie anhand von gemessenen
Verschleißpunkten parametriert werden. Auf diese Weise
lässt sich eine Langzeitbetrachtung und -prognose von Fehlerauftretungswahrscheinlichkeiten
mit aussagekräftigen Ergebnissen erzielen. Eine weitere
Verbesserung dieser Bestimmung von einer Prognose von Fehlern 6 lässt
sich durch eine Mittelwertbildung über mehrere Messungen
hinweg realisieren. Um die Prognose von Fehlern und damit die Aussagekräftigkeit
des Diagnoseverfahrens weiter zu verbessern, muss die Prognose weitgehend
von Störeinflüssen entkoppelt werden, hierfür
kann beispielsweise eine Mittelwertbildung über verschiedene
Messungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann bei einem Fahrzeug
und dem Automatikgetriebe alle 10.000 km ein über 100 Schaltungen
gemittelter Wert abgelegt und gespeichert werden. Hierauf aufbauend
können sodann eine aussagekräftige Vorhersage
von Fehlern und die Restlebensdauer des Systems 4 insgesamt erfolgen.
Aus den vorhergehenden Modulen des erfindungsgemäßen
Diagnoseverfahrens können der aktuelle Verschleißzustand
und die Verschleißkurve der Komponente des Systems 4 ermittelt
werden. Hierauf aufbauend kann unter der Annahme einer in etwa gleich
bleibenden Beanspruchung der Komponente oder des Systems 4 die
Restlaufzeit der Komponente auf relativ einfache Art und Weise sodann ermittelt
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose von technischen
Systemen ist selbstverständlich nicht auf das zuvor beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt und umfasst alle
unter den Umfang der beigefügten Ansprüche fallenden
Varianten und Ausgestaltungen eines derartigen Verfahrens.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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