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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten eines Messsignals einer Komponente eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, welches zur Durchführung des genannten Verfahrens eingerichtet ist.
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Viele Fahrzeugkomponenten moderner Kraftfahrzeuge kommunizieren über einen Feldbus mit einem im Fahrzeug vorgesehenen Steuergerät. Besagte Kommunikation kann einerseits dazu dienen, Steuerbefehle vom Steuergerät an die Komponenten zu übertragen. Andererseits erlaubt eine solche Kommunikationsverbindung auch die Übermittlung von Informationen von der Komponente an das Steuergerät. Sollen einzelne Fahrzeugkomponenten, etwa während eines Werkstattaufenthalts, hinsichtlich des Vorhandenseins von Fehlerzuständen geprüft werden, so kann eine solche Überprüfung basierend auf Diagnosedaten durchgeführt werden, welche von der betroffenen Komponente auf dem genannten Feldbus bereitgestellt werden. Derartige Diagnosedaten können im Prinzip beliebige, zumeist zeitabhängige Signale sein, die vom Feldbus in digitaler Form an das Steuergerät übertragen und von diesem ausgewertet werden können.
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Als problematisch erweist sich vor diesem Hintergrund, dass besagte Diagnosedaten unter der Vielzahl an über den Feldbus übertragenen Datenpaketen typischerweise eine niedrige Übertragungspriorität besitzen, was zum einen zu unerwünschten Verzögerungen in der Signalübertragung, andererseits aber auch zu nicht unerheblichen Genauigkeitsschwankungen bei der Übermittlung der Signalwerte führen kann. Im Ergebnis kann dies signifikante Fehler im vom Steuergerät empfangenen analogen Signal zur Folge haben führen, was das Auffinden von Anomalien im Signalverlauf, die etwa auf einen in der Fahrzeugkomponenten vorhandenen Fehlerzustand hindeuten, deutlich erschwert oder gar unmöglich macht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Auswertung eines Messsignals zu schaffen, welches insbesondere zur Durchführung in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs geeignet ist, um die mit dem Steuergerät über einen Feldbus kommunizierenden Fahrzeugkomponenten diagnostisch untersuchen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke des hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahrens ist demnach, zur Analyse eines Messsignals nicht den zeitlichen Signalverlauf direkt auszuwerten, sondern zur Auswertung das Integral des besagten Messsignals über die Zeit für die eigentliche Signalauswertung heranzuziehen. Die Berechnung des Integrals erfolgt dabei über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg, durch welchen die Integrationsgrenzen bei der Integration festgelegt werden. Der einer solchen, bestimmten Integration zugeordnete Zahlenwert entspricht folglich dem Flächeninhalt zwischen dem Graphen des zeitabhängigen Messsignals, der in X-Richtung verlaufenden Zeitachse und den begrenzenden, durch die Integralgrenzen festgelegten Parallelen in der Y-Richtung liegt.
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Experimentelle Untersuchungen in Verbindung mit Simulationsrechnungen haben gezeigt, dass besagter Zahlenwert ein Maß für den Diagnosezustand derjenigen Komponente des Kraftfahrzeugs ist, die ein solches Messsignal erzeugt. Insbesondere lässt sich anhand des Zahlenwerts – durch Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzwert – feststellen, ob in der Komponente ein Fehlerzustand vorliegt oder nicht. Mit anderen Worten, arbeitet die betreffende Fahrzeugkomponente nominell, d. h. Fehlerfrei, so ergibt sich durch die erfindungsgemäße Integration des Messsignals ein Zahlenwert, welcher sich von jenem unterscheidet, der berechnet wird, wenn die Fahrzeugkomponente besagtes Messsignal bei Vorhandensein eines Fehlerzustands erzeugt. Ist der exakte Zahlenwert im fehlerfreien Zustand – dieser lässt sich etwa mit Hilfe einer geeigneten Referenzmessung ohne größeren Aufwand ermitteln – bekannt, so lässt sich durch einen einfachen Vergleich des momentan von der Komponente empfangenen und durch Integration weiterverarbeiteten Messsignals mit besagtem Referenzwert ermitteln, ob ein Fehlerzustand vorliegt.
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Das hier vorgestellte, erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also die Untersuchung von Fahrzeugkomponenten auf etwaige Fehlerzustände hin, ohne dass hierzu aufwändige Simulationsmodelle für die betreffenden Komponenten erstellt werden müssten, die die Simulation von Messsignalen ermöglichen.
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Zur Erzeugung des im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzuzeichnenden Messsignals können vorbestimmte Testsequenzen definiert werden, die vom Steuergerät über das Bussystem des Fahrzeugs an die zu analysierende Fahrzeugkomponente übertragen werden. Im Gegenzug sendet die Komponente das gewünschte Messsignal an das Steuergerät zurück.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswerten eines Messsignals umfasst somit die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Aufzeichnen eines zeitabhängigen Messsignals über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg,
- b) Berechnung des zeitliches Integrals des vorbestimmten Messsignals über den vorbestimmten Zeitraum,
- c) Vergleichen des Wertes des Integrals mit einem vorbestimmten Referenzwert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das in Verfahrensschritt a) aufgezeichnete, zeitabhängige Messsignal ein Diagnosesignal einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. Ein solches Diagnosesignal kann etwa ein von einem Drucksensor erzeugtes Sensorsignal sein, welches den Hydraulikdruck eines elektro-hydraulischen Gassenaktuators, der Bestandteil eines automatisierten Handschaltgetriebes (AMT) sein kann, wiedergibt. Besagtes Messsignal kann grundsätzlich von der Komponente in Reaktion einer vordefinierten Testsequenz für die Komponente erzeugt werden, die vom Steuergerät über den Feldbus an die zu analysierende Fahrzeugkomponente übertragen werden. Im Gegenzug sendet die Komponente das gewünschte Messsignal, an das Steuergerät zurück. Im genannten Beispiel des Gassenaktuators ist es also denkbar, eine Testsequenz derart zu definieren, dass besagter Gassenaktuator durch Bewegen dessen Gassenkolbens gezielt verstellt wird, um die aktuelle Schaltgasse des Getriebes zu variieren. Beim Bewegen des Gassenkolbens wird vom Drucksensor der im Aktuator vorhandene Hydraulikdruck bestimmt und als Messsignal an das Steuergerät übertragen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der für den Vergleich gemäß Verfahrensschritt c) erforderliche Referenzwert einem zeitabhängigen Referenz-Messsignal zugeordnet, welches die Komponente in einem fehlerfreien Betriebszustand erzeugt. Stimmt der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt b) berechnete Zahlenwert des zeitlichen Integrals über das Messsignal mit dem Referenzwert überein, so bedeutet dies, dass die betreffende Komponente fehlerfrei arbeitet, sich also nicht in einem Fehlerzustand befindet.
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Besonders zweckmäßig lässt sich der Referenzwert in als Teil des Verfahrensschritts Schritt c) durch folgende Unter-Verfahrensschritte berechnet wird:
- x1) Aufzeichnen des von der Komponente in einem fehlerfreien Betriebszustand erzeugten zeitabhängigen Messsignals über den vorbestimmten Zeitraum hinweg,
- x2) Berechnung des zeitliches Integrals des in Schritt x1 aufgezeichneten Messsignals. Der Zahlenwert des in Schritt x2 berechneten zeitlichen Integrals ist der gesuchte Referenzwert.
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Der Vergleich zwischen dem Zahlenwert des Integrals und dem Referenzwert mag in einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch eine einfache Differenzbildung des in Schritt b) bestimmten zeitliches Integrals und des vorbestimmten Referenzwerts erfolgen. Selbstverständlich sind in Varianten auch andere Arten des Vergleichs vorstellbar.
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Für den Fall, dass die vorgeschlagene Differenzbildung zur Durchführung des Vergleichs herangezogen wird, empfiehlt es sich in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, in einem zusätzlichen Verfahrensschritt d) ein Fehlersignal zu erzeugen wird, falls der berechnete Differenzwert einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Eine solche Schwellwertüberschreitung bedeutet demzufolge, dass die betreffende Komponente nicht mehr nominell arbeitet, sondern, sondern ein Fehlerzustand vorliegt.
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Zur Verbesserung der Signalqualität des Messsignals, die sich auch auf den durch Integration des Messsignals erhaltenen Zahlenwert auswirkt, wird vorgeschlagen, das zeitabhängige Messsignal beim Aufzeichnen oder nach dem Aufzeichnen, in letzterem Fall in einem dem Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrensschritts nachgeschalteten Verfahrensschritt a1) einer Filterung zu unterziehen. Dies kann etwa mit Hilfe eines geeigneten Filterelements, insbesondere eines Tiefpasses, geschehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das zeitabhängige Messsignal auf einem Bussystem, insbesondere einem CAN-Bus, bereitgestellt werden. Dies erlaubt es, dass besagtes Messsignal – alternativ oder zusätzlich zum Steuergerät – auch von einer externen Auswertungseinheit, etwa einem geeigneten, mit dem Bussystem zu Diagnosezwecken temporär verbundenen Computer, analysiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät sowie mit wenigstens einer Fahrzeugkomponente, welche über ein Bussystem mit dem Steuergerät zur Übertragung von Messsignalen an das Steuergerät in Kommunikationsverbindung steht. Im Steuergerät wird zur Diagnose der wenigstens eine Fahrzeugkomponente das vorangehend vorgestellte Verfahren durchgeführt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehorigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend 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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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2a der Graph eines von einer Komponente des Fahrzeugs erzeugten Messsignals, wenn die betroffene Komponente sich in einem fehlerfreien Zustand befindet,
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2b der Graph eines von einer Komponente des Fahrzeugs erzeugten Messsignals, wenn die betroffene Komponente sich in einem Fehlerzustand befindet,
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3 ein grobschematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 illustriert in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1. In diesem ist ein Steuergerät 2 verbaut, welches vorliegend über ein Bussystem 3, im Beispielszenario der 1 über einen CAN-Bus, mit mehreren Fahrzeugkomponenten 4 kommuniziert. Bei einer dieser Komponenten 4 handelt es sich um einen elektro-hydraulischen Gassenaktuator 5 eines automatisierten Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs 1. Ein Bestandteil des Gassenaktuators 5 ist ein in 1 nur schematisch dargestellter Drucksensor 6, mittels welchem der momentan im Gassenaktuator 5 herrschende Hydraulikdruck bestimmt werden kann. Der gemessene Hydraulikdruck wird als Messsignal vom Drucksensor 6 über das Bussystem 3 an das Steuergerät 2 übermittelt.
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Das vom Drucksensor 6 erzeugte, zeitabhängige Messsignal ist in den 2a und 2b exemplarisch dargestellt. Es zeigt den jeweils Hydraulikdruck p als Funktion der Zeit t, also p = p(t). Das in 2 gezeigte Messsignal wird vom Drucksensor 6 in Reaktion einer vordefinierten Testsequenz für den Gassenaktuator 5 erzeugt, die die vom Steuergerät 2 über das Bussystem 3 an den Gassenaktuator 5 übermittelt wird. Im Beispielszenario ist eine solche Testsequenz derart definiert, dass der Gassenaktuator 5 durch Bewegen seines Gassenkolbens gezielt verstellt wird, um auf diese Weise die gewählte Schaltgasse des Getriebes zu variieren. Zur Bewegung des Gassenaktuators 5 werden folglich vom Steuergerät 2 – ebenfalls über das Bussystem 3 – entsprechende Befehle an den Gassenaktuator 5 gesandt, welche das gewünschte Verstellen des Gassenkolbens des Gassenaktuators 5 zur Folge haben. Während der Bewegung des Gassenkolbens wird vom Drucksensor 6 der im Aktuator 5 vorhandene Hydraulikdruck p als Funktion der Zeit t bestimmt, d. h. p = p(t), und als zeitabhängiges Messsignal an das Steuergerät 2 übertragen. Die sich ergebende zeitliche Abhängigkeit des Hydraulikdrucks p(t) ist exemplarisch in den 2a und 2b gezeigten Graphen 7a bzw. 7b dargestellt.
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Der Graph 7a der 2a unterscheidet sich vom Graph 7b der 2b darin, dass der Graph 7a das vom Drucksensor 6 erzeugte Messsignal wiedergibt, wenn im Gassenaktuator 5 kein Fehlerzustand vorliegt. Die Einzelkomponenten des Gassenaktuators 5 sorgen also bei fehlerfreiem Betrieb für einen zeitlichen Verlauf des Hydraulikdrucks im Aktuator 5, wie er in 2a in Form des Graphen 7a dargestellt ist. Demgegenüber zeigt der Graph 7b besagten Druckverlauf im Gassenaktuator 5, wenn in diesem ein Fehlerzustand vorliegt. Ein solcher fehlerbehafteter Zustand mag etwa eine beschädigte Dichtung oder ein defektes Federelement im Aktuator 5 sein. Dies führt zu einem – wenn auch im Extremfall nur geringfügig – veränderten Hydraulikdruck im Gassenaktuator 5, insbesondere wenn dieser im Zuge der bereits erwähnten Testsequenz bewegt wird. Im Ergebnis weist der Graph 7b der 2b einen anderen Verlauf auf als der Graph 2a in 2. Dem geneigten Betrachter der 2a und 2b erschließt sich jedoch, dass die Unterschiede im zeitlichen Verlauf relativ geringfügiger Natur sind und somit bei der Auswertung des Messsignals p(t) durch das Steuergerät 2 nur schwer verarbeitbar und erkennbar sind. Hinzu kommt, dass geringe Schwankungen im Messsignal auch durch das Bussystem 2 selbst aufgeprägt werden können. Insofern eignet sich das Messsignal p(t) in zeitabhängiger Form nur sehr eingeschränkt zum Nachweis eines Fehlerzustands in dem Gassenaktuator 5.
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Dem begegnet das hier vorgestellte, erfindungsgemäße Verfahren durch Integration der Funktion p(t) über die Zeit t, und zwar über ein vorbestimmtes Zeitintervall Δt hinweg, welches etwa durch die Zeitpunkte t1 und t2 > t1 festgelegt wird. Hierzu wird vom Steuergerät 2 das vom Gassenaktuator 5 empfangene Messsignal p(t) in einem ersten Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens, dessen Ablauf in 3 in Form eines Ablaufdiagramms grobschematisch dargestellt ist, für die Dauer des vorbestimmten Zeitintervalls Δt aufgezeichnet. Anschließend wird in einem zweiten Schritt b) des Verfahrens die aufgezeichnete Funktion p(t) in den durch das Zeitintervall Δt definierten Intervallgrenzen über die Zeit t integriert, also P = f t2 / t1p(t)dt
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Der Zahlenwert P des bestimmten Integrals P entspricht somit dem Flächeninhalt, welcher zwischen dem Graphen 7a, 7b des zeitabhängigen Messsignals, der in X-Richtung verlaufenden Zeitachse und den begrenzenden Parallelen in der Y-Richtung liegt.
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Der Zahlenwert PNom des Integrals P über den Graphen 7a der 2a ist somit ein Referenzwert, der sich aus dem zeitabhängigen Messsignal ergibt, wenn der Gassenaktuator 5 nominell arbeitet, d. h. wenn in diesem kein Fehlerzustand vorliegt. Ein solcher Fehlerzustand mag etwa ein defektes Dichtungsbauteil oder beschädigte Feder sein, welche beim Bewegen des Gassenkolbens zu zeitlich veränderten Druckverhältnissen führen, die wiederum vom Drucksensor 6 gemessen und in Form des Messsignals p(t) an das Steuergerät 2 übermittelt werden.
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Ergibt sich also durch einen in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Vergleich des durch Integration des Messsignals p(t) erhaltenen Zahlenwerts P mit dem Referenzwert PNom, etwa durch Differenzbildung, dass die beiden Zahlenwerte voneinander abweichen, so kann daraus gefolgert werden, dass in dem Gassenaktuator 5 ein Fehlerzustand vorliegt. Dies ist, wie bereits erwähnt, in dem in 2b gezeigten Messsignal der Fall; der Zahlenwert des Integrals P der 2b ist also vom Zahlenwert PNom des Integrals der 2a verschieden.
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Der Referenzwert PNom lässt sich dabei im Rahmen einer einfachen Referenz-Messung mit einem zeitabhängigen Referenz-Messsignal durchführen, welches die Komponente in einem fehlerfreien Betriebszustand erzeugt. Auch dieses von der betroffenen Komponente erzeugte Referenz-Messsignal kann für ein vorbestimmtes Zeitintervall aufgezeichnet und anschließend über die Zeit integriert werden. Bei einer solchen Referenz-Messung muss selbstverständlich sichergestellt sein, dass die betreffende Komponente, im vorliegenden Beispielszenario der Gassenaktuator 5, fehlerfrei arbeitet.
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Erfolgt der erfindungswesentliche Vergleich durch die bereits genannte Differenzbildung, so kann vom Steuergerät 2 in einem optionalen, vierten Verfahrensschritt d) ein Fehlersignal erzeugt werden, falls dieser einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. In diesem Fall wird die betreffende Komponente, im Beispielszenario der Gassenaktuator 5, vom Steuergerät 2 als fehlerhaft arbeitend eingestuft. Das Fehlersignal kann vom Steuergerät an eine nicht zum Kraftfahrzeug 1 gehörige, externe Kontrolleinheit 8, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens über das Bussystem 3 temporär mit dem Steuergerät 2 verbunden werden kann, übertragen werden und von dieser einem Benutzer angezeigt werden. Eine solche Kontrolleinheit 8 kann ein herkömmliches Computersystem sein, in welchem auch die zur Erzeugung des Messsignals erforderliche Testsequenz in Form von Programmcode abgelegt sein kann.
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In einer Variante des Beispiels kann daran gedacht sein, dass Messsignal vor der zeitlichen Integration, etwa durch Verwendung eines geeigneten Tiefpass-Filters, zu filtern, um störende Artefakte aus dem Signal zu entfernen, bevor dieses integriert und mit dem Referenzwert verglichen wird.
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Das hier exemplarisch anhand des Gassenaktuators 5 erläuterte, erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich auch auf andere Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 übertragen werden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch, das Verfahren iterativ mit voneinander verschiedenen Komponenten durchzuführen, um zu prüfen, ob in diesen ein Fehlerzustand vorliegt. Hierzu kann für jede solche Komponente eine individuelle Testsequenz definiert werden, so dass von den Komponenten im Gegenzug jeweils ein individuelles Messsignal erzeugt wird. Somit können auf einfache und dennoch zuverlässige Weise verschiedene Komponenten im Rahmen einer Fahrzeug-Diagnose auf Fehler untersucht werden.
