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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Diagnose mindestens einer mit einem Steuergerät in einem Kraftfahrzeug verbundenen Funktionseinheit, insbesondere einer Sensoreinheit, sowie eine Vorrichtung, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Eine Fahrzeugdiagnose beschreibt generell eine genaue Zuordnung von Befunden zu Fehlern an elektrischen und elektronischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug. Unter dem Begriff Fahrzeugdiagnose sind eine Reihe von technischen Verfahren und Anwendungen zusammengefasst, welche zum Beispiel bei einer Fehleranalyse in einem Reparaturfall, bei Qualitätssicherung für statistische Auswertungen und bei einer Fahrzeugentwicklung angewendet werden. Darüber hinaus dient eine Fahrzeugdiagnose auch zur Information bzw. Warnung eines entsprechenden Fahrers über aufgetretene Fehler und zum Einleiten von Deaktivierungen von Fahrzeugfunktionseinheiten, wenn deren Betrieb nicht zweifelsfrei sichergestellt werden kann. Zwischenzeitlich sind eine Vielzahl von Diagnosefunktionen in einer Software eines jeweiligen Steuergeräts hinterlegt, so dass das Steuergerät über seine Steuergerätesoftware in der Lage ist, insbesondere mit ihm verbundene Sensoreinheiten zu kontrollieren. Getrieben durch die Gesetzgebung, kommen im Bereich Steuerung von Verbrennungsmotoren immer mehr Diagnosefunktionen in der Steuergerätesoftware zum Einsatz. Eine Kalibrierung dieser Diagnosefunktionen inklusive ihrer Einschaltbedingungen stellt einen nicht unerheblichen Anteil an entsprechendem Applikationsaufwand dar.
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Eine Klasse von Diagnosefunktionen versucht eine fehlerhafte Komponente, beispielsweise eine Sensoreinheit durch einen Vergleich eines Messwerts, wie beispielsweise eines Luftmassenstroms gemessen mit einem HFM-Sensor mit einem in einem entsprechenden Steuergerät berechneten Modellwert zu erkennen. Ein prinzipieller Aufbau einer solchen Funktionsstruktur ist nachfolgend in 1 dargestellt. Ein in einem Steuergerät hinterlegtes Modell basiert dabei auf physikalischen Ansätzen oder einer Heuristik. Ein Modellwert wird dabei auf Basis von Größen berechnet, die nicht von der zu diagnostizierenden Komponente beeinflusst werden. So wird beispielsweise ein Drosselklappenwinkel für eine Berechnung des oben genannten Luftmassenstroms verwendet, welcher unabhängig von der zu diagnostizierenden Sensoreinheit ist.
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Ein Vergleichswert zwischen Messwert und Modellwert kann beispielsweise durch eine Quotientenbildung oder eine Differenzbildung berechnet werden. In vielen Fällen ist das zugrundeliegende Modell für eine Berechnung eines Modellwerts nicht im kompletten Betriebsbereich des entsprechenden Sensors oder des Kraftfahrzeugs gültig. Deshalb müssen zusätzlich zum Modellwert auch Einschaltbedingungen angegeben werden, unter denen eine Diagnose den auf dem Modellwert basierenden Vergleichswert auch tatsächlich auswerten darf und damit zu einem Diagnoseergebnis kommen kann. Dazu ist es notwendig, eine Vielzahl von Schwellwerten anzupassen, um genau die Rahmen- bzw. Einschaltbedingungen definieren zu können. Die Anpassung dieser Schwellwerte stellt neben einer Anpassung der dem Modell innewohnenden Parameter einen weiteren Kalibrierungsaufwand dar.
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Außerdem muss bei einer Kalibrierung der genannten Einschaltbedingungen in der Regel ein Zielkonflikt zwischen einem möglichst hohen Aktivanteil der Diagnose und der Vermeidung von Fehl-Erkennungen über Einschränkung der Einschaltbedingungen gelöst werden. Das Problem für einen Nutzer besteht darin, dass er, um sichere Diagnoseergebnisse zu erhalten, konservative Einschaltbedingungen wählen muss, was bedeutet, dem Modell wenig zu vertrauen. Dabei ist es jedoch nicht selten möglich, dass gar kein oder nur wenige Diagnoseergebnisse erhalten werden. Umgekehrt, wenn ein Nutzer die Einschaltbedingungen wenig konservativ wählt, d. h. dem Modell in einem großen Bereich vertraut, so erhält er häufiger ein Diagnoseergebnis, aber verbunden mit einem größeren Risiko für ein fehlerhaftes Diagnoseergebnis, weil unzuverlässige Modellausgabewerte verwendet wurden. Der Zielkonflikt besteht nun darin, dass ein Nutzer beides möchte, nämlich eine zuverlässige Diagnose und diese nicht nur zeitweise, sondern vergleichsweise häufig.
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Komplexere Einschaltbedingungen, die auch zeitabhängig sein können, d. h. die auch Werte aus der Vergangenheit in die Bedingung einbeziehen, sind möglicherweise sinnvoll, werden aber wegen des potentiellen Kalibrierungsaufwands in der Regel vermieden.
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Ferner findet derzeit eine Ausweitung der Verwendung von sogenannten datenbasierten Modellen, wie beispielsweise von neuronalen Netzen ohne Ausgabe eines Vertrauens- oder Gültigkeitsbereiches auf Steuergeräte für Verbrennungsmotoren statt.
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Aus der
DE 196 36 443 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung von Sensoren in einem Fahrzeug bekannt. Hierbei werden Sensorwerte anhand von Vergleichsgrößen überwacht, die wiederum unter Verwendung von mathematischen Modellen gebildet werden. Die Gültigkeit der mathematischen Modelle wird ebenfalls ermittelt.
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Vor dem Hintergrund des Standes der Technik ist es nunmehr eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit vorzusehen, um den Applikationsaufwand für Diagnosefunktionen zu reduzieren, ohne deren Qualität zu beeinträchtigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 bereitgestellt. Weitere Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Durchführen einer Diagnose mindestens einer mit einem Steuergerät in einem Kraftfahrzeug verbundenen Funktionseinheit bereitgestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein von der Funktionseinheit ermittelter Messwert mit einem entsprechenden Modellwert unter Bildung eines Vergleichswerts verglichen. Dabei wird der Modellwert auf Basis eines datenbasierten Modells in dem Steuergerät berechnet und zusammen mit einem Gültigkeitswert des Modells ausgegeben. Durch Abgleich des Gültigkeitswerts mit einem vorgegebenen Schwellwert wird die Diagnose aktiviert oder deaktiviert, und nur bei aktivierter Diagnose wird der Vergleichswert ausgewertet.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als datenbasiertes Modell ein Gauß-Prozess-basiertes Modell verwendet.
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Ferner ist es möglich, dass das datenbasierte Modell als integraler Bestandteil einer entsprechenden Steuergerätesoftware in dem Steuergerät bereitgestellt wird.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Abgleich des Gültigkeitswerts mit dem vorgegebenen Schwellwert ein Überprüfen eines als Diagnoseeingangsbedingung vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Gültigkeitswert und dem Schwellwert, wobei nur bei erfüllter Diagnosebedingung die Diagnose aktiviert, andernfalls deaktiviert wird bzw. bleibt. Ein derartiger funktionaler Zusammenhang kann beispielsweise darin bestehen, dass der Gültigkeitswert größer als der Schwellwert ist, d. h. bei Überprüfen einer derartigen Diagnosebedingung wird geprüft, ob der Gültigkeitswert größer als der Schwellwert ist. Nur falls dies erfüllt ist, wird die Diagnose aktiviert.
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Je nach Anwendung sind gegebenenfalls auch andere funktionale Zusammenhänge zwischen Gültigkeitswert und Schwellwert denkbar, die als Diagnoseeingangsbedingung zu überprüfen sind.
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In weiterer Ausgestaltung wird als Funktionseinheit eine Sensoreinheit verwendet, die mit dem Steuergerät in Verbindung steht und Messwerte erfasst, die dem Steuergerät mitzuteilen sind. Ist die Diagnose aktiviert, so kommt es erfindungsgemäß zu einer Auswertung des ermittelten Vergleichswerts. Dabei ist es denkbar, dass bei Auswertung des Vergleichswerts geprüft wird, ob der Vergleichswert in einem vorgegebenen Werteintervall liegt. Beispielsweise kann dabei geprüft werden, ob der Vergleichswert zwischen einem vorgegebenen Minimum und einem ferner vorgegebenen Maximum liegt.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine vorzunehmende Nachkalibrierung durch ein Aktualisieren des datenbasierten Modells mit entsprechend neuen Daten durchgeführt. Das bedeutet, dass eine Nachkalibrierung sehr einfach und zeitsparend vorzunehmen ist.
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Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Verwendung eines datenbasierten Modells mit einer integrierten Ausgabe eines Gültigkeits- oder Vertrauenswerts für das Modell bzw. Messwertmodell. Der Gültigkeitswert wird dazu verwendet, um eine durchzuführende Diagnose zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Dies wird über einen Vergleich des Gültigkeitswerts des Modells mit einer vorgegebenen Schwelle bzw. einem vorgegebenen Schwellwert erreicht. Dieser Schwellwert ist vorzugsweise in der Steuereinheit hinterlegt. Damit kann ein Großteil der nach dem Stand der Technik erforderlichen Einschaltbedingungen bis auf eine Abfrage für eine Modellgültigkeit durch Abgleich zwischen Gültigkeitswert und Schwellwert entfallen.
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Das bedeutet, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Reduktion des Applikationsaufwands erreicht wird, da beispielsweise die bislang notwendigen Einschaltbedingungen nicht mehr separat kalibriert werden müssen. Ferner können zu kalibrierende Parameter eingespart werden. Der voranstehend genannte Zielkonflikt zwischen maximaler Aktivzeit und minimaler Wahrscheinlichkeit für eine Fehlererkennung kann einfacher gelöst werden. Zudem kann ein Qualitätsgewinn verbucht werden, da keine Inkonsistenz zwischen Modell und Einschaltbedingung entstehen kann. Das bedeutet, dass der bislang mögliche Fall, dass durch unzureichende Kalibrierung der Einschaltbedingungen das Modell für Betriebsbedingungen ausgewertet wird, bei denen es kein hinreichend genaues Ergebnis liefert, ausgeschlossen ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Diagnosesystem mindestens eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug handeln, wobei das Diagnosesystem mindestens ein Einlesemodul zum Einlesen mindestens eines Messwerts, ein datenbasiertes Modell zum Berechnen und Bereitstellen eines Modellwerts und eines Gültigkeitswerts, ein Vergleichsmodul zum Vergleichen des Modellwerts mit dem Messwert unter Bildung eines Vergleichswerts und ein Kontrollmodul zum Durchführen eines Abgleichs zwischen dem Gültigkeitswert und einem vorgegebenen Schwellwert umfasst, wodurch die Diagnose aktiviert bzw. deaktiviert wird, wobei nur bei aktivierter Diagnose der Vergleichswert auszuwerten ist.
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In einer Ausgestaltung des beispielhaften Systems umfasst der Abgleich des Gültigkeitswerts mit dem vorgegebenen Schwellwert ein Überprüfen eines als Diagnoseeingangsbedingung vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Gültigkeitswert und dem Schwellwert, wobei nur bei erfüllter Diagnosebedingung die Diagnose zu aktivieren, andernfalls zu deaktivieren ist. Bei dem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang wird insbesondere geprüft, ob der Gültigkeitswert größer ist als der vorgegebene Schwellwert.
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In weiterer Ausführung des beispielhaften Systems wird der Messwert von einer mit dem System, insbesondere mit dem Einlesemodul verbundenen Sensoreinheit bereitgestellt.
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Das System ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagnosesystem als integralen Bestandteil eines Steuergerätes, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, wie es in einem Steuergerät implementiert sein kann.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Prinzipbild einer Sensordiagnose, welche von einem Steuergerät im Hinblick auf einen mit ihm verbundenen Sensor durchgeführt werden kann. Das dabei zum Einsatz kommende Modell ist aus dem Stand der Technik bekannt und basiert auf physikalischen Ansätzen oder einer Heuristik. Das Diagnosesystem 100 ist in einer Steuergerätesoftware eines Steuergerätes 101 hinterlegt. Ein Sensor 102, welcher zu diagnostizieren ist, stellt einen Messwert 110 bereit, welcher über eine Verbindung 100_1 zwischen dem Sensor 102 und einem von dem System 100 vorgesehenen Einlesemodul 103 transferiert wird. Der Messwert 110 wird von dem Einlesemodul 103 eingelesen und dann einem Vergleichsmodul 104 über eine Verbindung 100_2 zugeführt. Die erhaltenen und weiterzugebenden Werte, wie hier der Messwert, werden sowohl in 1 als auch in 2 jeweils unterhalb des die entsprechende Verbindung kennzeichnenden Pfeil angegeben, während die jeweilige Verbindung selbst oberhalb des jeweiligen Pfeils bezeichnet wird. Das Vergleichsmodul 104 erhält ferner über eine Verbindung 100_3 einen von einem physikalischen oder heuristischen Messwertmodell 105 berechneten Modellwert 111. Die Berechnung eines Vergleichswerts 112 kann beispielsweise durch eine Quotientenbildung zwischen Modellwert 111 und Messwert 110 oder durch entsprechende Differenzbildung berechnet werden. Der Vergleichswert 112 wird dann über eine Verbindung 100_4 der eigentlichen Diagnoseeinheit 106 zugeführt. Die Diagnoseeinheit 106 kann aktiviert oder auch deaktiviert sein. Ob die Diagnoseeinheit 106 aktiviert ist, hängt von den Einschaltbedingungen ab, die in dem Funktionsmodul „Einschaltbedingungen“ 107 zu prüfen sind. Das Modul „Einschaltbedingungen“ 107 nimmt eine Reihe von Parametern U1, U2 ... Un auf und überprüft jeweils, ob die jeweiligen Parameter U1, U1 ... Un in einem entsprechenden jeweiligen Intervall U1_min < U1 < U1_max bzw. U2_min < U2 < U2_max bzw.... Un_min < Un > Un_max liegen. Nur wenn alle diese n Bedingungen erfüllt sind, wird über eine Verbindung 100_5 dies der Diagnose 106 mitgeteilt, so dass die Diagnoseeinheit 106 die Diagnose durchführen kann und den Vergleichswert 112 auswerten kann. Die Auswertung des Vergleichswerts 112 bedeutet beispielsweise eine Überprüfung, ob der Vergleichswert 112 zwischen einem vorgegebenen Minimum und einem vorgegebenen Maximum liegt. Das Ergebnis wird dann über Verbindung 100_6 ausgegeben.
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2 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes System 200, wie es in einem Steuergerät 201 in der entsprechenden Steuergerätesoftware implementiert sein kann. Wiederum ist eine Sensoreinheit 202 vorgesehen, welche einen Messwert 210 erfasst und diesen über eine Verbindung 200_1 einem Einlesemodul 203 des Systems 200 zukommen lässt. Das Einlesemodul 203 des erfindungsgemäßen Systems 200 liest den Messwert 210 ein und leitet diesen über eine Verbindung 200_2 einem Vergleichsmodul 204 zu. Das Vergleichsmodul 204 bekommt ferner von einem datenbasierten Modell 205 einen daraus berechneten Modellwert 211 über eine Verbindung 200_3. Der Vergleichswert 212 kann in dem Vergleichsmodul 204 beispielsweise durch Differenzbildung zwischen Messwert 210 und Modellwert 211 oder durch Quotientenbildung zwischen Messwert 210 und Modellwert 211 gebildet werden. Der Vergleichswert 212 wird dann über eine Verbindung 200_4 einem Diagnosemodul 206 zugeführt. Die Diagnose wird dabei nur durchgeführt, wenn sie aktiviert ist. Um aktiviert zu sein bzw. zu werden, muss auch hier, wie zuvor in Zusammenhang mit dem Stand der Technik in 1 erläutert, eine bestimmte Einschaltbedingung erfüllt sein. Im Gegensatz zu dem voranstehend in 1 beschriebenen System 100 wird bei dem hier vorliegenden System 200 jedoch lediglich von dem Modell 205 ein Gültigkeitswert 213 berechnet und ausgegeben und über eine Verbindung 200_7 einem Kontrollmodul 207 zugeführt. Das Kontrollmodul 207 gleicht den Gültigkeitswert 213 mit einem vorgegebenen, dem Kontrollmodul 207 bereitgestellten Schwellwert 214 ab, welcher in der Regel in dem Steuergerät hinterlegt ist. Der Abgleich kann dabei eine Überprüfung eines funktionalen Zusammenhangs zwischen Gültigkeitswert 213 und Schwellwert 214 umfassen, wie beispielsweise eine Überprüfung, ob der Gültigkeitswert 213 größer als der Schwellwert 214 ist. Dieser funktionale Zusammenhang dient als Diagnosebedingung, und nur wenn diese erfüllt ist, wird die Diagnose über den Pfad 200_5 aktiviert. Bei aktivierter Diagnose wird der Vergleichswert 212 ausgewertet. Dabei wird beispielsweise überprüft, ob der Vergleichswert 212 zwischen einem vorgegebenen Minimum 215 und einem ferner vorgegebenen Maximum 216 liegt, d. h. ob der Vergleichswert 212 größer als das vorgegebene Minimum 215 und kleiner als das vorgegebene Maximum 216 ist. Je nachdem, wie die Auswertung ausfällt, wird dies über eine Verbindung 200_6 als Ergebnis ausgegeben.
