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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Analyse und Diagnose von komplexen physikalischen Systemen, wie Antriebssystemen für Kraftfahrzeuge, mithilfe einer externen Recheneinheit.
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Stand der Technik
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Die Berechnungen von Funktionen in einem Steuergerät basieren auf mehreren 1000 Werten von Eingangsgrößen und Zwischengrößen. Während die Eingangsgrößen dem Steuergerät in der Regel von extern zur Verfügung gestellt werden, betreffen Zwischengrößen die aus den Eingangsgrößen rechnerisch ermittelten Größen bzw. die als Reaktion des Antriebssystems auf die bereitgestellten Eingangsgrößen resultierenden gemessenen physikalischen Größen.
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Zum Testen eines Steuergeräts für ein Antriebssystem müssen sowohl Eingangsgrößen, Zwischengrößen als auch die resultierenden Ausgangsgrößen des Antriebssystems ausgewertet werden. Eine solche Auswertung erfolgt in der Regel auf einer Recheneinheit, die über eine Kommunikationsverbindung mit dem Steuergerät in Verbindung steht. Während eines Testlaufs des Antriebssystems ist zur Analyse und Diagnose die Übertragung einer großen Anzahl von Werten der Eingangsgrößen, Zwischengrößen und Ausgangsgrößen erforderlich. Jedoch ist üblicherweise in Testaufbauten die Anzahl von Testkanälen zur Übertragung dieser Werte beschränkt, so dass nicht pauschal alle Größen zur Übertragung ausgewählt werden können. Ein Applikateur, der den Testlauf durchführt, muss daher in der Regel eine Untermenge der Eingangsgrößen, Zwischengrößen und Ausgangsgrößen zur Übertragung an die Recheneinheit auswählen, die für die durchzuführende Analyse und Diagnose geeignet zu sein scheint. Die Erfahrung zeigt, dass sich oftmals erst im Nachhinein herausstellt, dass eine dringend benötigte Größe zuvor nicht ausgewählt wurde. Dies führt dazu, dass der Testlauf wiederholt werden muss, was einen zusätzlichen Zeitaufwand darstellt.
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Die Erhöhung der Anzahl an Testkanälen ist in der Regel aufgrund einer limitierten Bandbreite der Kommunikationsverbindung nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich. Dennoch ist es wünschenswert eine höhere Anzahl von Größen zur Auswertung, d. h. zur Analyse und/oder Diagnose, zur Verfügung zu haben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Durchführen einer Analyse und/oder Diagnose eines Steuergeräts für ein Antriebssystem gemäß Anspruch 1 sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Durchführen einer Analyse und/oder Diagnose eines Steuergeräts eines Antriebssystems in einer separaten Recheneinheit vorgesehen, umfassend die Schritte:
- – Durchführen eines Testlaufs für das Antriebssystem basierend auf mindestens einer bereitgestellten Eingangsgröße, wobei aus der mindestens einen Eingangsgröße basierend auf mindestens einer Steuergerätefunktion eines Steuergeräts des Antriebssystems Zwischengrößen generiert werden, die mittelbar oder unmittelbar zum Ansteuern eines Antriebsmotors des Antriebssystems dienen;
- – Durchführen einer Berechnung von Zwischengrößen entsprechend mindestens einer in der Recheneinheit abgebildeten Steuergerätefunktion in der Recheneinheit basierend auf der mindestens einen bereitgestellten Eingangsgröße, wobei die mindestens eine abgebildete Steuergerätefunktion der Recheneinheit der mindestens einen Steuergerätefunktion des Steuergeräts entspricht;
- – Übermitteln mindestens einer Ausgangsgröße, die als Sensorgröße in dem Antriebssystem erfasst wird oder von dieser abhängt, an die Recheneinheit, wobei die mindestens eine Ausgangsgröße aus dem Anlegen der mindestens einen Eingangsgröße an das Antriebssystem resultiert; und
- – Durchführen der Analyse und/oder Diagnose in der Recheneinheit basierend auf den bereitgestellten Eingangsgrößen, der mindestens einen übermittelten Ausgangsgröße und den in der Recheneinheit ermittelten Zwischengrößen.
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Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, Werte einer möglichst hohen Anzahl von Zwischengrößen, die in dem Steuergerät als weiterzuverarbeitende Daten vorliegen, in der von dem Steuergerät separaten Recheneinheit zur Verfügung zu stellen, die eine Analyse und/oder Diagnose des Steuergeräts durchführt. Da die Anzahl der Übertragungskanäle bzw. die Bandbreite der Kommunikationsverbindung zwischen dem Steuergerät und der Recheneinheit begrenzt ist, sieht das obige Verfahren vor, Zwischengrößen, die gemäß den Funktionen des Steuergeräts ermittelt werden, bereits in der Recheneinheit zu berechnen, die eine Kopie der Funktionen des Steuergeräts enthält. Dadurch ist es ausreichend, lediglich Eingangsgrößen, sofern diese nicht von der Recheneinheit bereitgestellt werden, und entsprechende Ausgangsgrößen, die aus dem Betrieb des Antriebssystems mit den entsprechenden Eingangsgrößen resultieren, über die Kommunikationsverbindung an die Recheneinheit zu übertragen. Dadurch ist es sogar möglich, in der Recheneinheit eine Analyse und/oder Diagnose des Steuergeräts bzw. der Funktion des Antriebssystems in Echtzeit auszuführen, da der Bandbreitenbedarf für die Übertragung der Werte der Eingangs- und Ausgangsgrößen relativ gering ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Analyse einem Überwachen der Funktion des Steuergeräts oder einem Parametrieren der mindestens einen Steuergerätefunktion dienen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Eingangsgröße von der Recheneinheit oder von einer separaten Einheit bereitgestellt wird.
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Weiterhin kann mindestens eine der mindestens einen Steuergerätefunktion in dem Steuergerät in Hardware realisiert sein, wobei die abgebildete Steuergerätefunktion die in Hardware realisierte Steuergerätefunktion in Software abbildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können sowohl in dem Steuergerät als auch in der Recheneinheit Zwischengrößen sowie mindestens eine der mindestens einen Ausgangsgrößen mindestens eines zurückliegenden Berechnungszyklus gespeichert werden, um die Steuergerätefunktion bzw. die abgebildete Steuergerätefunktion basierend auf den gespeicherten Zwischengrößen auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Recheneinheit zum Durchführen einer Analyse und/oder Diagnose eines anschließbaren Steuergeräts eines Antriebssystems vorgesehen, umfassend:
- – einen Steuergerätefunktionsabbildungsblock zum Bereitstellen einer abgebildeten Steuergerätefunktion zum Durchführen einer Berechnung von Zwischengrößen in einem Mikroprozessor entsprechend mindestens einer abgebildeten Steuergerätefunktion basierend auf der mindestens einen bereitgestellten Eingangsgröße, wobei die mindestens eine abgebildete Steuergerätefunktion der Recheneinheit der mindestens einen Steuergerätefunktion eines anschließbaren Steuergeräts entspricht;
- – eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen mindestens einer Ausgangsgröße, die als Sensorgröße in dem anschließbaren Antriebssystem erfasst wird oder von dieser abhängt, wobei die mindestens eine Ausgangsgröße aus dem Anlegen der mindestens einen Eingangsgröße an das anschließbare Antriebssystem resultiert; und
- – einen Testsoftwarefunktionsblock zum Bereitstellen einer Testsoftware zum Durchführen der Analyse und/oder Diagnose in dem Mikroprozessor basierend auf den bereitgestellten Eingangsgrößen, der mindestens einen übermittelten Ausgangsgröße und den in der Recheneinheit ermittelten Zwischengrößen mithilfe der abgebildeten Steuergerätefunktion.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Testsystems zur Analyse und/oder Diagnose eines Antriebssystems; und
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Durchführung einer Analyse bzw. Diagnose der Funktion des Antriebssystems.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Testsystems 1. Das Testsystem 1 umfasst ein Antriebssystem 2 mit einem Steuergerät 21 und einem Antriebsmotor 22, der durch das Steuergerät 21 betrieben wird. Beispielsweise kann der Antriebsmotor 22 in einem Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) betrieben werden. Dazu generiert das Steuergerät 21 basierend auf einer oder mehreren Eingangsgrößen E sowie basierend auf einer oder mehreren erfassten Sensorgrößen S Ansteuergrößen AS für Aktuatoren 24 des Antriebsmotors 22. Die Eingangsgrößen E stellen Größen dar, die von extern des Antriebssystems 2 bereitgestellt werden und sich z.B. aus einer Interaktion durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs oder einer automatischen Steuerung ergeben. Beispielsweise kann eine solche Eingangsgröße E einer Angabe über eine Fahrpedalstellung entsprechen. Im Falle eines Verbrennungsmotors als Antriebsmotor 22 können die Ansteuergrößen AS beispielsweise Stellgrößen für eine Drosselklappe, von Einspritzventilen, von Wastegate-Stellern und dergleichen umfassen.
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Weiterhin weist der Antriebsmotor 22 Sensoren 23 auf, die die Sensorgrößen S bereitstellen, die von dem Steuergerät 21 empfangen und ausgewertet werden können. Derartige Sensoren 23 können beispielsweise im Falle eines Verbrennungsmotors als Antriebsmotor 22 Temperatursensoren, Drucksensoren, wie z. B. einen Ladedrucksensor, einen Drehzahlsensor zur Bestimmung der Motordrehzahl und dergleichen umfassen. Allgemein betreffen die Sensorgrößen von den Sensoren 23 des Antriebssystems 2 bereitgestellte Größen, d.h. die intern des Antriebssystems 2 bereitgestellte Größen.
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Das Steuergerät 21 enthält eine Vielzahl von Steuergerätefunktionen, die in einem Steuerfunktionsblock 25 realisiert sind. Die Steuergerätefunktionen können beispielsweise als Software-Steuergerätefunktionen zur Verfügung gestellt sein, die in einem Mikrocontroller-Kern 26 des Steuergeräts 21 ausgeführt werden. Weiterhin können die Steuergerätefunktionen auch in Hardware (festverdrahtet) als Hardware-Steuergerätefunktionen in dem Steuergerät 21 realisiert sein. Die Steuergerätefunktionen können Steuerfunktionen für den Antriebsmotor 22 umfassen, die basierend auf den von extern bereitgestellten Eingangsgrößen E und den erfassten Sensorgrößen S Ansteuergrößen AS zur Ansteuerung des Antriebsmotors 22 ermitteln, um diesen in vorgegebener Weise, d. h. entsprechend den Steuergerätefunktionen, zu betreiben. Dabei ermitteln die Steuergerätefunktionen eine Vielzahl von Zwischengrößen Z.
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Die Zwischengrößen Z umfassen aus den Eingangsgrößen E in dem Steuergerät 21 rechnerisch ermittelte Größen, die durch Anwenden der Steuergerätefunktionen im Steuerfunktionsblock 25 ermittelt werden und weiterhin diejenigen Sensorgrößen S, die nicht als Ausgangsgrößen A des Antriebssystems 2 erfasst wurden. Die Zwischengrößen Z entsprechen den und/oder bestimmen über die Steuergerätefunktionen die Ansteuergrößen AS zur Ansteuerung des Antriebsmotors 22. Die Ausgangsgrößen A entsprechen einer oder mehrerer der Sensorgrößen S bzw. aufbereiteten Sensorgrößen, die gefilterten, normierten und/oder in sonstiger Weise verarbeiteten Sensorgrößen S entsprechen.
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Weiterhin kann für eine oder mehrere der Steuergerätefunktionen vorgesehen sein, dass sie vergangene (historische) Werte der Eingangsgrößen E, Sensorgrößen S und der Zwischengrößen Z zur Ermittlung der Ansteuergrößen AS verwenden. Die vergangenen Werte der Eingangsgrößen E, der Sensorgrößen S und der Zwischengrößen Z können beispielsweise in einer Speichereinheit 27 in dem Steuergerät 21 gespeichert sein.
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Das Steuergerät 21 umfasst ebenfalls eine Kommunikationsschnittstelle 28, über die Werte der Eingangsgrößen E empfangen und/oder ausgewählte Zwischengrößen Z sowie eine oder mehrere der Sensorgrößen S als Ausgangsgrößen A übermittelt werden können.
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Zur Analyse und/oder Diagnose der Funktion des Steuergeräts 21 bzw. der Funktion des Antriebssystems 2 insgesamt kann eine externe Recheneinheit 3 vorgesehen sein. Die externe Recheneinheit 3 ist Teil des Testsystems 1 und über die Kommunikationsverbindung 4 mit dem Steuergerät 21 verbunden. Die Recheneinheit 3 ist ausgebildet, um den Testlauf in dem Antriebssystem 2 zu überwachen, d. h. das Verhalten des Antriebssystems 2 zu analysieren und/oder Fehler im Antriebssystem 2 zu diagnostizieren und/oder das Antriebssystem 2 zu parametrieren.
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Die Kommunikationsverbindung 4 kann eine kabelgebundene oder drahtlose Datenverbindung umfassen. Alternativ kann die Kommunikationsverbindung 4 auch paketbasierte Datenverbindungen wie z.B. eine Internetverbindung umfassen, so dass die Recheneinheit auch räumlich entfernt von dem Antriebssystem 2 als zu testendes physikalisches System angeordnet sein kann.
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Die Recheneinheit 3 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 31 und einen Mikroprozessor 32, der zur Ausführung von Softwarefunktionen ausgebildet ist. Die Kommunikationsschnittstelle 31 dient zum Ausbilden der Kommunikationsverbindung 4 mit dem Steuergerät 21 des Antriebssystems 2.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel können beispielsweise auf einem Prüfstand die Eingangsgrößen E zum Durchführen des Testlaufs des Antriebssystems 2 durch die Recheneinheit 3 bereitgestellt und über die Kommunikationsschnittstelle 31 der Recheneinheit 3 und die Kommunikationsverbindung 4 an die Kommunikationsschnittstelle 28 des Steuergeräts 21 übertragen werden. Die Auswahl und Abfolge der Werte der Eingangsgrößen E können dabei in geeigneter Weise so vorgesehen sein, dass möglichst viele verschiedene Betriebspunkte bzw. Betriebsbereiche des Antriebssystems 2 angefahren werden können. Alternativ können die Werte der Eingangsgrößen E auch von einer von der Recheneinheit 3 separaten Einheit sowohl an die Recheneinheit 3 als auch an das Steuergerät 21 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die separate Einheit einen Fahrpedalgeber umfassen, durch den eine Fahrpedalstellungsangabe als Eingangsgröße E sowohl an die Recheneinheit 3 als auch an das Steuergerät 21 bereitgestellt werden kann.
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In einem Testsoftwarefunktionsblock 33 der Recheneinheit 3 kann eine Testsoftware vorgesehen sein, durch die Testfunktionen bereitgestellt werden, mit denen die Analyse und/oder Diagnose und/oder Parametrierung für das Antriebssystem 2 durchgeführt werden kann. Die Testsoftware kann in dem Mikroprozessor 32 ausgeführt werden, um die Testfunktionen zu realisieren.
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Weiterhin ist ein Steuergerätefunktionsabbildungsblock 34 vorgesehen, in dem die in dem Steuerfunktionsblock 25 realisierten Software- und Hardware-Steuergerätefunktionen des Steuergeräts 21 abgebildet sind. Mit anderen Worten entsprechen die Funktionen des Steuergerätefunktionsabbildungsblocks 34 den Steuergerätefunktionen des Steuerfunktionsblocks 25 im Steuergerät 21.
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Die Kommunikationsschnittstelle 31 ist ferner dazu ausgebildet, Werte von Sensorgrößen S als Ausgangsgrößen A von dem Steuergerät 21 zu empfangen. Darüber hinaus kann, zumindest zu Beginn der Messung, mindesten eine in der Speichereinheit 27 gespeicherte Zwischengröße Z über die Kommunikationsverbindung 4 als Ausgangsgröße A an die externe Recheneinheit 3 übertragen werden.
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Die Recheneinheit 3 umfasst weiterhin eine Speichereinheit 35, in die vergangene Werte der Eingangs- und Zwischengrößen E, Z gespeichert werden können, die für die Berechnung der Steuergerätefunktionen des Steuergerätefunktionsblocks 34 benötigt werden. Im Wesentlichen entspricht die Speichereinheit 35 der Speichereinheit 27 des Steuergeräts 21 und soll dazu ausgebildet sein, die gleichen Werte der Eingangs- und Zwischengrößen E, Z zu speichern, wie dies bei der Speichereinheit 27 des Steuergeräts 21 der Fall ist.
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In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Durchführen eines Testlaufes mithilfe des Testsystems 1 dargestellt.
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In Schritt S1 werden einmalig, regelmäßig oder permanent eine oder mehrere Eingangsgrößen E zum Anlegen an das Steuergerät 21 zum Betreiben des Antriebssystems 2 bereitgestellt. Die Werte der Eingangsgrößen E können dabei entweder von der Recheneinheit 3 oder von einer separaten Einheit (z.B. einen Fahrpedalstellungsgeber) generiert bzw. bereitgestellt werden. Die Werte der Eingangsgrößen E dienen dazu, das Antriebssystem 2 in möglichst vielen Betriebspunkten zu betreiben, um das Verhalten des Antriebssystems 2 analysieren bzw. diagnostizieren zu können. Insbesondere kann die Analyse dazu dienen, das Antriebssystem 2 zu parametrieren.
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In Schritt S2 werden in dem Antriebssystem 2 basierend auf den Werten der einen oder mehreren Eingangsgrößen E und den Werten von Sensorgrößen S Steuergerätefunktionen (in dem Steuerfunktionsblock 25) ausgeführt, um den Antriebsmotor 22 entsprechend zu betreiben. Das Ausführen der Steuergerätefunktionen des Steuerfunktionsblocks 25 führt zu der Berechnung von Zwischengrößen Z, die zumindest teilweise als Ansteuergrößen AS an Aktuatoren 23 des Antriebsmotors 22 angelegt werden.
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In Schritt S3 werden Ausgangsgrößen A, die einer oder mehrerer der Sensorgrößen S bzw. den aufbereiteten Sensorgrößen und/oder einer oder mehreren der Zwischengrößen Z umfassen, sowie die eine oder mehreren Eingangsgrößen E, sofern diese nicht bereits von der Recheneinheit 3 bereitgestellt wurden, über die Kommunikationsverbindung 4 an die Recheneinheit 3 übertragen.
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In Schritt S4 werden in der Recheneinheit 3 basierend auf den Werten der Ausgangsgrößen A und der einen oder mehreren Eingangsgrößen E (und ggfs. der einen oder den mehreren übermittelten Zwischengrößen Z), die Steuergerätefunktionen, die in dem Steuergerätefunktionsabbildungsblock 34 implementiert sind, ebenfalls ausgeführt, um die gleichen Werte für die (nicht übermittelten) Zwischengrößen Z zu erhalten, die bei der Ausführung der Steuergerätefunktionen in dem Steuerfunktionsblock 25 erhalten wurden. Es stehen nun in der Recheneinheit 3 neben den Eingangsgrößen E auch alle Zwischengrößen Z zur Verfügung, wie sie in dem Steuergerät 21 berechnet wurden.
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Die Berechnungen in der Recheneinheit 3 sowie in dem Steuergerät 21 erfolgen zyklisch, so dass die übertragenen Ausgangsgrößen A den jeweiligen dazu gehörigen Eingangsgrößen E zugeordnet sind. Sind Werte zurückliegender Zyklen von Eingangsgrößen E oder Zwischengrößen Z zur Durchführung einer oder mehrerer Steuergerätefunktionen erforderlich, so werden diese zuvor in den jeweiligen Speichereinheiten 27, 35 gespeichert, um zur Durchführung der Steuergerätefunktionen in nachfolgenden Zyklen zur Verfügung zu stehen.
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In Schritt S5 können nun Datensätze, jeweils basierend auf den in der Recheneinheit 3 berechneten Zwischengrößen Z und den bereitgestellten Eingangsgrößen E und empfangenen Ausgangsgrößen A, analysiert und ausgewertet werden, um das Antriebssystem 2 zu überwachen, auf Fehler zu untersuchen, Fehler zu diagnostizieren und/oder das Antriebssystem 2 zu parametrieren.
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Das oben beschriebene Verfahren kann kontinuierlich ausgeführt werden, so dass während eines Testlaufs in der Recheneinheit 3 eine permanente Analyse des Betriebs des Antriebssystems 2 durchgeführt werden kann.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, die übertragenen Ausgangsgrößen A zu speichern. Nachträglich kann dann offline in der Recheneinheit 3 aus diesen gespeicherten Ausgangsgrößen A die Zwischengrößen Z berechnet werden und für eine Analyse verwendet werden.
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Insbesondere ist es durch das obige Verfahren möglich, die Ausgangsgrößen A an eine von dem Antriebssystem 2 entfernte Recheneinheit 3 über herkömmliche Kommunikationskanäle zu übertragen, da die für die Diagnose und das Testen benötigte Datenmenge deutlich reduziert ist.
