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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Ereignissen anhand von beim Betrieb einer Maschine gesammelten Messdaten sowie ein Steuergerät für eine Maschine, das dazu konfiguriert ist, vordefinierte Ereignisse in Messdaten von einer Maschine zu erkennen.
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Zur Regelung und Steuerung von Maschinen werden häufig Sensoren eingesetzt, die Messdaten zu bestimmten Betriebsparametern, wie bspw. einer Gaspedalstellung liefern. Aufgrund einer zunehmenden Verwendung derartiger Sensoren beim Betrieb von Maschinen, wie bspw. Fahrzeugen, wird es zunehmend schwieriger, entsprechende Messdaten auszuwerten, zu interpretieren und bestimmten Ereignissen, d. h. bestimmten Betriebszuständen einer jeweiligen Maschine zuzuordnen.
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Traditionellerweise werden zur Erkennung von bestimmten Ereignissen in Messdaten sogenannte "Datamining"-Techniken eingesetzt. Bei einem "Datamining"-Ansatz werden in der Regel Klassifikatoren eingesetzt, die Messdaten online und/oder offline auswerten können. In derartigen Auswertungen werden jeweilige zu erkennende Ereignisse aufgrund von vordefinierten diskreten Signalwerten/Signalwertkombinationen identifiziert. Dies hat den Nachteil, dass bei der Auswertung ein zeitlicher Verlauf von Signalwerten/Signalwertkombinationen nicht berücksichtigt werden kann. Insbesondere komplexe Ereignisse, die sich durch ein chronologisches Muster verschiedener Messdaten auszeichnen, sind einer traditionellen "Datamining"-Analyse nicht zugänglich, da bei einer derartigen Analyse lediglich Messdaten zu einem bestimmten Zeitpunkt betrachtet werden. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2008 008 012 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Fahrzeugs anhand einer Folge von Testschritten, wobei nach Aktivierung eines Testschritts, Zielvorgaben an eine Recheneinheit des Fahrzeugs ausgebbar sind, und wobei die Erfüllung der Zielvorgaben überprüfbar ist und bei erfüllten Zielvorgaben ein jeweils nächster Testschritt einer jeweiligen Folge aktiviert wird. Dabei werden Messdaten mit vorgegebenen Sollwerten abgeglichen, um einen jeweiligen Testfall zu identifizieren.
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Die
DE 10 2010 008 898 A1 betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Gurtanschnallwarnung, bei der ein Schließzustand zumindest eines Gurtschlosses in Abhängigkeit einer Anwesenheit eines Fahrzeuginsassen durch Auswertung von Signalen zumindest eines Airbag-Sensors detektierbar ist.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 103 54 322 A1 betrifft ein Verfahren und ein System zur Ermittlung einer Fahrsituation eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung von in dem Kraftfahrzeug bereitgestellten Daten, wobei ein Klassifikator in Form eines neuronalen Netzes einen Datensatz hinsichtlich einer aktuellen Fahrsituation analysiert.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Erkennung von komplexen Ereignissen beim Betrieb einer Maschine ermöglicht, auch wenn die komplexen Ereignisse aus verschiedenen, chronologisch voneinander abhängigen Zustandsübergängen aufgebaut sind.
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Es wird somit ein Verfahren zur Erkennung von Ereignissen anhand von beim Betrieb einer Maschine gesammelten Messdaten vorgestellt, bei dem durch mindestens einen Sensor der Maschine erfasste Messdaten mittels eines Zustandsautomaten mit im Voraus bereitzustellenden Werten jeweiliger Zustände und/oder Zustandsübergänge von jeweiligen Ereignissen verglichen werden, wobei die jeweiligen Zustände und/oder Zustandsübergänge der jeweiligen Ereignisse chronologisch voneinander abhängig sind.
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Ausgestaltungen der vorgestellten Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung sowie den abhängigen Patentansprüchen.
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Das vorgestellte Verfahren basiert auf vordefinierten Datenmustern für Zustände bzw. Zustandsübergänge zwischen verschiedenen Zuständen jeweiliger Ereignisse beim Betrieb einer Maschine.
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Unter einem Zustand ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Betriebszustand einer Maschine zu verstehen, der zu einer definierten Ausprägung von Messdaten jeweiliger Sensoren zu einem bestimmten Zeitpunkt führt. Entsprechend ist unter einem Zustandsübergang ein Wechsel im Betriebszustand der Maschine zu verstehen, der zu einer Änderung der Messdaten zwischen zwei verschiedenen Zeitpunkten führt.
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Unter einem Zustandsautomaten ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Algorithmus zu verstehen, der vordefinierte chronologische Muster von Daten bzw. Messdaten jeweiliger Zustände und/oder Zustandsübergänge eines jeweiligen Ereignisses mit von einer Sensorik einer jeweiligen Maschine, insbesondere zu verschiedenen Zeitpunkten, erfassten Messdaten abgleicht.
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Durch Verwendung eines Zustandsautomaten, in dem verschiedene Zustände und/oder Zustandsübergänge vordefiniert hinterlegt werden, ist es möglich, dass ein zeitlicher Verlauf, d. h. eine zeitliche Historie von Signalen bei einer Erkennung eines Ereignisses beim Betrieb einer jeweiligen Maschine mit einbezogen werden kann. Dies bedeutet, dass komplexe Muster, wie bspw. ein Ereignis "Anfahren", das bspw. durch einen Zustand "Stillstand" zu einem ersten Zeitpunkt t1 und einen Zustand "Beschleunigung" zu einem zweiten Zeitpunkt t2, sowie einen Zustand "gleichmäßige Fahrt" zu einem dritten Zeitpunkt t3 charakterisiert ist, dadurch erkannt werden können, dass entsprechende Messdaten, bspw. eines Tachometers und/oder einer Gaspedalstellung und/oder einer Motortemperatur mit vordefinierten Daten bzw. Messdaten der entsprechenden Zustände abgeglichen werden. Weiterhin ist vorgesehen, dass nur für den Fall, dass die entsprechenden Messdaten den jeweiligen Zuständen in ihrer exakten chronologischen Reihenfolge entsprechen, ein jeweiliges Ereignis, hier das Ereignis "Anfahren" als erkannt gewertet werden kann.
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Insbesondere basiert das vorgestellte Verfahren auf einer Analyse einer durch eine jeweilige Sensorik einer jeweiligen Maschine erfassten Datenhistorie. Dies bedeutet, dass ein Muster von Daten, das einem vordefinierten Ereignis entspricht, aus verschiedenen Werten verschiedener Sensoren, die zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst wurden, aufgebaut sein kann.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Zustandsübergang durch einen charakteristischen Datenverlauf von Daten, gemessen von mindestens einem Sensor, in einem definierten Zeitraum gekennzeichnet ist.
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Um einen Zustandsübergang identifizieren zu können, können sowohl zwei Zustände zu verschiedenen Zeitpunkten miteinander verglichen, als auch charakteristisch Datenverläufe, wie bspw. ansteigende oder abfallende Kurven von Messdaten, die von mindestens einem Sensor in einem definierten Zeitraum, d. h. zwischen zwei Zuständen gemessen werden, verwendet werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Zustandsautomat einen Klassifikator umfasst.
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Es ist denkbar, dass der Zustandsautomat sowohl durch einen direkten Vergleich zwischen den vordefinierten Zuständen, bzw. Zustandsübergängen und jeweiligen Messdaten jeweiliger Sensoren jeweilige Zustände detektiert, als auch, dass die jeweiligen Zustände mittels eines Klassifikators erkannt werden und ein Ereignis durch verschiedene Klassifikationsverfahren in einem Entscheidungsbaum erkannt wird. Dabei werden die vordefinierten Ereignisse je nach gewähltem Klassifikator mit einer bestimmten Sicherheit erkannt, so dass ein Ereignis auch mit einer gewissen Unschärfe bzw. Varianz erkannt werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass anhand einer vorgegebenen Datenvarianz für ein Ereignis, Fehler beim Betrieb der Maschine erkannt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Diagnose, d. h. zur Erkennung von Fehlern beim Betrieb einer Maschine verwendet werden. Falls während eines Erkennungsvorgangs eines Ereignisses ein unerwarteter Wert auftritt, der keinem bekannten Zustand zugeordnet werden kann, kann auf einen Fehler beim Betrieb geschlossen werden und eine entsprechende Warnung und/oder Gegenmaßnahme ausgegeben werden. Weiterhin ist denkbar, dass für Fehlleistungen charakteristische Ereignisse in dem Zustandsautomaten hinterlegt werden und der Zustandsautomat Fehlleistungen einer jeweiligen Maschine entsprechend durch einen Vergleich mit gesammelten Messdaten erkennen kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass durch den Zustandsautomaten eine Anzahl von Zuständen und/oder Zustandsübergängen eines jeweiligen Ereignisses sequenziell mit gesammelten Messdaten des mindestens einen Sensors abgeglichen wird.
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Um komplexe Ereignisse sicher zu identifizieren, ist vorgesehen, dass jeweilige Ereignisse in eine Sequenz von Zuständen und/oder Zustandsübergängen aufgespalten werden und die vordefinierten Zustände bzw. Zustandsübergänge mit ihrer spezifischen chronologischen Reihenfolge in dem Zustandsautomaten hinterlegt werden. Entsprechend ist der Zustandsautomat in der Lage, eine aktuelle Datenhistorie, die bspw. über einen definierten Zeitabschnitt hinweg gesammelt wurde, mit vordefinierten Mustern jeweiliger Ereignisse abzugleichen und diese dadurch zu erkennen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels einer Filterfunktion jeweilige Zustände und/oder Zustandsübergänge aus den im Voraus bereitzustellenden Zuständen und/oder Zustandsübergängen ausgewählt werden und ausschließlich die ausgewählten Zustände und/oder Zustandsübergänge durch den Zustandsautomat erkannt werden.
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Um eine Informationsflut mit unnötigen Erkennungsleistungen von Ereignissen für einen Fahrer und/oder ein Rechenmodul zu verhindern, ist vorgesehen, dass lediglich relevante Ereignisse ausgewählt werden können und aktuelle Messdaten lediglich auf die ausgewählten Ereignisse hin analysiert werden. Es ist denkbar, dass jeweilige Ereignisse bspw. in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation oder in Abhängigkeit einer Nutzerauswahl durch den Fahrer ausgewählt bzw. als relevant eingestuft werden können.
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Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für eine Maschine, das dazu konfiguriert ist, vordefinierte Ereignisse in Messdaten der Maschine zu erkennen, wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, durch mindestens einen Sensor der Maschine erfasste Messdaten mittels eines Zustandsautomaten mit den im Voraus bereitzustellenden Werten jeweiliger Zustände und/oder Zustandsübergängen von jeweiligen Ereignissen zu vergleichen.
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Das vorgestellte Steuergerät dient insbesondere zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das vorgestellte Steuergerät zum Betrieb eines Fahrzeugs verwendet wird. Das vorgestellte Steuergerät eignet sich bspw. zur Erkennung von Fahrzuständen und Fehlregelungen beim Betrieb eines Fahrzeugs.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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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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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips eines Zustandsautomaten gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
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In 1 sind vordefinierte Zustände 1 und 7 eines Ereignisses, in diesem Fall einer Fahrsituation "Anfahren" dargestellt, wobei von dem Zustand 1 zu dem Zustand 7 über Zustandsübergänge 3 und 5 gewechselt wird. Dies bedeutet, dass der Zustand 1 bspw. definiert ist durch folgende Parameter zu einem Zeitpunkt t1: Geschwindigkeit: 0, Beschleunigung: 0, Gaspedalstellung: 0, wobei der Zustand 7 definiert ist durch folgende Parameter zu einem Zeitpunkt t4: Geschwindigkeit: > 0, Beschleunigung: 0, Gaspedalstellung > 0.
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Da der Zustand 7 jedoch auch charakteristisch für ein Ereignis "Fahren" sein kann, muss zwischen dem Ereignis "Anfahren" und dem Ereignis "Fahren" unterschieden werden. Dazu ist vorgesehen, dass die Zustandsübergänge 3 und 5 mit Messdaten einer jeweiligen Sensorik verglichen werden, noch bevor eine aktuelle Situation eines jeweiligen Fahrzeugs als "Anfahren" oder "Fahren" erkannt wird. Entsprechend muss, um das Ereignis "Anfahren" korrekt zu erkennen, von dem voranstehend beschriebenen Zustand 1 zu einem Zeitpunkt t1 zunächst zu dem Zustandsübergang 3 zu einem Zeitpunkt t2 gewechselt werden, der sich bspw. durch folgende Parameter auszeichnen kann: Geschwindigkeit: < 1 und > 0, Beschleunigung: > 1, Gaspedalstellung: > 0 und Raddrehzahl: kontinuierlich steigend. Ferner ist das Ereignis "Anfahren" definiert durch den zweiten Übergangszustand 5 zu einem Zeitpunkt t3, der sich durch folgende Parameter auszeichnet: Geschwindigkeit: > 1, Beschleunigung: 0, Gaspedalstellung: > 0 und Raddrehzahl: ansteigend.
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Die voranstehend beschriebenen Zustände sind in einem Zustandsautomaten hinterlegt, der eine durch die jeweilige Sensorik erfasste Datenhistorie mit den definierten Zuständen 1 und 7 bzw. der Zustandsübergänge 3 und 5 abgleicht. Dazu vergleicht der Zustandsautomat jeweilige Messdaten zu den Zeitpunkten t1, t2, t3 und t4 mit in den entsprechenden Zuständen 1 und 7 bzw. Zustandsübergängen 3 und 5 vorgegebenen Werten für spezifische Parameter, wie hier Geschwindigkeit, Beschleunigung, Gaspedalstellung und Raddrehzahl und gibt für den Fall einer Übereinstimmung ein Erkennungssignal aus.
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Für den Fall, dass bei einer Erkennung eines der Zustände 1 und 7 bzw. der Zustandsübergänge 3 und 5 keine Übereinstimmung zwischen erfassten Messdaten und vorgegebenen Werten festgestellt werden kann, ist vorgesehen, dass zu jedem Zeitpunkt t1, t2, t3 oder t4 bei der Überprüfung der Übereinstimmung ein Ereignis als nicht erkannt gewertet wird und eine Prüfung auf Grundlage neuer Messdaten von Neuem beginnen kann. Dabei erfolgt die Überprüfung der Übereinstimmung der Zustände 1 und 7 bzw. der Zustandsübergänge 3 und 5 und den vorgegebenen Werten unabhängig voneinander, wobei jeder vorangegangene Überprüfungsschritt eine Voraussetzung für einen nachfolgenden Überprüfungsschritt darstellt, wie durch die Pfeile 2, 4, 6 und 8 angedeutet.
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In 2 ist ein möglicher Algorithmus zur Durchführung einer Betriebszustandserkennung mittels des vorgestellten Verfahrens dargestellt.
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Bei einem ersten Schritt 21 erfolgt eine Aktivierung des Zustandsautomaten, so dass in einem zweiten Schritt 22 jeweilige Ereignisse mit entsprechenden Zustands/Zustandsübergangsketten angelernt bzw. definiert werden können. Für einen Anlernvorgang kann bspw. eine jeweilige Maschine in einen bestimmten Betriebszustand gebracht werden, der einem Ereignis entspricht, wobei der Zustandsautomat automatisch in regelmäßigen Abständen oder in Momenten charakteristischer Änderungen jeweiliger Parameter Messdaten jeweiliger Sensoren speichert und als Zustände bzw. Zustandsübergänge hinterlegt.
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In einem dritten Schritt 23 werden die vordefinierten Zustände bzw. Zustandsübergänge in eine Datenstruktur der jeweiligen Maschine eingebunden. Dies bedeutet, dass der Zustandsautomat jeweilige, den vordefinierten Zuständen bzw. Zustandsübergängen entsprechende Messdaten überwacht, d. h. protokolliert und kontinuierlich auswertet.
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In einem vierten Schritt 24 erfolgt eine Auswertung durch sequentielles Vergleichen der vordefinierten Zustände bzw. Zustandsübergänge mit jeweiligen Messdaten, wie es bspw. in 1 beschrieben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008008012 A1 [0003]
- DE 102010008898 A1 [0004]
- DE 10354322 A1 [0005]
