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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 62/260,833, eingereicht am 30. November 2015, deren Offenbarung durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen im Allgemeinen Fahrzeugdiagnosesysteme. Genauer gesagt beziehen sich Ausführungsformen des Gegenstands auf ein Verfahren für die Lokalisierung von Masseversatz in Zusammenhang mit einem elektronischen Steuergerät.
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Ein modernes Automobil besitzt zahlreiche elektronische Steuergeräte (ECUs), die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Teilsysteme des Fahrzeugs steuern wie Motor, Getriebe, Airbags, Antiblockiersystem, Geschwindigkeitsregelung, elektrische Servolenkung, Audiosysteme, Fenster, Türen und Spiegelverstellung, um nur einige zu nennen. Einige dieser Teilsysteme sind unabhängig voneinander, während bei anderen im normalen Betrieb des Fahrzeugs ein Datenaustausch mit anderen nötig ist. Wenn ein ECU versagt oder nur mangelhaft funktioniert, kann dies zu einer Verschlechterung der Fahrzeugleistung führen oder das Fahrzeug komplett manövrierunfähig machen.
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Ein ECU am Fahrzeug kann einen Masseversatz-Zustand erleiden. Ein Masseversatz bedeutet, dass sich eine erwartete Referenzspannung (z. B. null Volt) eines ECU verschoben hat. Wenn daher dieselbe Signalspannung bezogen auf verschiedene Referenzspannungen gemessen wird, werden unterschiedliche Messwerte erzielt.
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In einem idealen ECU-Netzwerk sind alle Referenzspannungen identisch, sodass alle Spannungssignalmessungen zueinander konsistent sind. Masseversätze in Fahrzeug-ECUs können durch die wechselnde elektrische Ladung zu inkonsistentem Fahrzeugbetrieb führen. Außerdem haben Masseversätze die Tendenz, sich mit der Zeit zu verschlechtern (und vielleicht das betroffene ECU unbrauchbar zu machen).
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein Vorteil der Erfindung ist ein Erfassen eines Massefehlers und das Erkennen, welches elektronische Steuergerät (ECU) unter einer Vielzahl von ECUs den Masseschlussfehler verursacht. Das System kann ein fahrzeugeigenes oder ein Off-Board-System und/oder ein Diagnosewerkzeug sein, das den ordnungsgemäßen Zustand der ECUs im fahrzeugeigenen Host-System zum automatischen Identifizieren und Orten der Quelle eines Masseversatzes in einem Netzwerk von ECUs prüfen kann. Das Diagnosesystem nutzt das Zählen von Nachrichten bezüglich Spannungsmessungen von Nachrichten, die über eine erwartete Zielspannung hinausgehen. Ein Zählerstand bezüglich der Hochspannungsmessungen ist erfasst und der Zählerstand ist normiert. Das Erfassen des fehlerhaften ECU kann durch Identifizieren des ECU mit dem höchsten Zählerstand bestimmt werden oder weiteres Auswerten kann verwendet werden, wo das Testen vor der Installation durchgeführt wird und Fehlersignaturen erzeugt werden und Zählungen, die den Fehlersignaturen entsprechen, das fehlerhafte ECU zu identifizieren.
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Eine Ausführungsform betrachtet ein Verfahren zum Erfassen eines Fehlers in einem fehlerhaften elektronischen Steuergerät. Eine Massefehler-Erfassungstechnik, ausgeführt von einem Prozessor, wird aktiviert. Der Prozessor erfasst einen Nachrichtenzählerstand für jedes jeweilige elektronische Steuergerät, übertragen während eines Masseversatzes über eine vorgegebene Zeitperiode. Der Nachrichtenzählerstand beinhaltet innerhalb eines Kommunikationsbusses kommunizierte Nachrichten mit einer gemessenen Spannung von mindestens einem vorbestimmten Spannungswert oberhalb eines erwarteten Spannungswerts. Die Zählerstände für jedes jeweilige elektronische Steuergerät werden normiert. Das fehlerhafte elektronische Steuergerät wird abhängig von den normierten Zählerständen identifiziert. Ein Fehlersignal wird ausgegeben, um das fehlerhafte elektronische Steuergerät zu identifizieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Netzwerks elektronischer Steuergeräte.
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2 ist ein Diagnosesystem zum Diagnostizieren von Modulfehlern.
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3 stellt exemplarische Spannungssignaleigenschaften für eine Vielzahl von CAN-Nachrichten dar.
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4 ist eine vergrößerte Ansicht des Signals in 3.
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5a stellt eine beispielhafte Tabelle von Framezählerständen während eines Masseversatz-Zustands dar.
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5b stellt Zählerstanddaten in normiertem Format dar.
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6 ist eine beispielhafte Tabelle zur Veranschaulichung von ECUs und zugehörigen Fehlersignaturen.
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7 zeigt beispielhafte Tabellen zur Musteranpassungskorrelation.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm für das Verfahren zur Erfassung eines fehlerhaften Moduls.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die nachfolgende ausführliche Beschreibung dient lediglich zum besseren Verständnis der Ausführungsformen und ist nicht dazu bestimmt, die Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen dieser erwähnten Ausführungsformen zu beschränken. Jeder Gebrauch des Wortes „exemplarisch” ist auszulegen als „dient als Beispiel, Sachverhalt oder zur Veranschaulichung”. Hierin beschriebene Anwendungen sind exemplarisch und nicht als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Anwendungen zu verstehen. Die Beschreibungen in diesem Dokument sind nicht als gebunden durch eine ausdrückliche oder implizierte Theorie zu verstehen, die vor dem vorstehenden Hintergrund, der ausführlichen Beschreibung oder den ausführlichen Beschreibungen, der Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung vorgestellt wird.
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Die hierin beschrieben Techniken und Technologien können in Bezug auf die funktionellen und/oder logischen Blockkomponenten beschrieben werden und unter Bezugnahme auf symbolische Darstellungen von Vorgängen, Programmverarbeitungen und Funktionen, die von verschiedenen Computerkomponenten oder Vorrichtungen durchgeführt werden können. Solche Vorgänge, Programme und Funktionen werden manchmal als Computer-ausgeführt, computerisiert, Software-implementiert oder Computer-implementiert bezeichnet. Es sollte erkannt werden, dass derartige in den Figuren gezeigten Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware, Software und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert sind, um die spezifischen Funktionen auszuführen. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, beispielsweise Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen einsetzen, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen durchführen können.
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Wenn in Software oder Firmware implementiert, sind verschiedene Elemente der hierin beschriebenen Systeme im Wesentlichen die Codesegmente oder Anweisungen, die die verschiedenen Aufgaben ausführen. In bestimmten Ausführungsformen sind die Programm- oder Codesegmente auf einem materiellen, prozessorlesbaren Medium gespeichert, das jedes Medium sein kann, das Informationen speichern oder übertragen kann. Beispiele für nichtflüchtige, Prozessor-lesbare Medien beinhalten einen elektronischen Schaltkreis, einen Mikrocontroller, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), ein Halbleiter-Speicherelement, einen ROM-Speicher, einen Flash-Speicher, einen löschbaren ROM-Speicher (EROM), eine Floppy-Disk, eine CD-ROM, eine optische Speicherplatte, eine Festplatte oder dergleichen.
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Das System und die Methodik, die hierin beschrieben werden, können verwendet werden, um die Masseversätze in einem Netzwerk von elektronischen Geräten, die über einen Kommunikationsbus wie beispielsweise ein On-Board-Fahrzeugkommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind, zu lokalisieren. Die Technik für die Lokalisierung des Masseversatzes beruht auf Messungen der Busspannung und Zuordnung von Zeitstempeln zu diesen Spannungsmessungen. Während der Ansatz und die Methodik bezüglich der Fahrzeugkommunikation nachstehend beschrieben sind, versteht sich für Experten, dass die Anwendung in der Fahrzeugindustrie nur ein Beispiel ist und dass die hierin dargestellten Konzepte auf alle anderen Kommunikationssysteme wie beispielsweise allgemeine industrielle Automatisierung oder Spiele, um nur wenige zu nennen, angewendet werden.
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Der Begriff „Fahrzeug”, der ebenfalls hierin beschrieben ist, ist auch weit auszulegen und umfasst nicht nur Automobile, sondern alle anderen Fahrzeuge, unter anderem auch Motorräder, LKW, SUV, Wohnmobile, Wasserfahrzeuge und Flugzeuge. Das System und das Verfahren, die hierin beschrieben sind, können an Bord eines Fahrzeug-Hosts (z. B. in einem ECU oder jedem Datenverarbeitungsmodul an Bord) implementiert werden oder in Diagnosewerkzeugen, -geräten, oder -komponenten außerhalb des Fahrzeugs, die mit einer entsprechend konfigurierten Schnittstelle an das Fahrzeugnetzwerk angekoppelt werden können, implementiert werden. Mit anderen Worten, das hierin beschriebene Verfahren kann eher in einem Servicewerkzeug als in einem ECU oder Gateway-Modul implementiert werden. Obwohl das System nachstehend in Bezug auf ein Kommunikationssystem, das ECU enthält, die in einem Controller Area Network (CAN) angeordnet sind, beschrieben ist, versteht sich für Fachleute, dass das hierin dargestellte Verfahren gleichermaßen für jedes Kommunikationssystem, das einen nicht isolierten Multi-Drop-Bus verwendet, anwendbar ist.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, ist 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Netzwerks elektronischer Steuergeräte. Es sollte verstanden werden, dass die dargestellte und beschriebene Ausführungsform ein Netzwerk von ECUs 12 in einem fahrzeugeigenen Host beinhaltet und mehr oder weniger ECUs als dargestellt beinhalten kann. Die ECUs können unter anderem die folgenden gebräuchlichen Module, jedoch nicht eingeschränkt hierauf, beinhalten: Ein Motorsteuergerät; ein Getriebesteuergerät; ein Chassis-Steuermodul; ein Telematiksteuergerät; ein hinteres Differentialsteuerungsmodul; ein elektronisches Parkbremsmodul; ein Modul für die Mensch-Maschine-Schnittstelle und ein elektronisches Bremssteuermodul.
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Des Weiteren stellt 1 auch ein Diagnosesystem 14 dar, das unter anderem als eines der folgenden Systeme realisiert werden kann: ein Bordmodul (wie beispielsweise ein weiteres ECU); ein zentrales Gateway-Modul an Bord, das mit einer Vielzahl von verschiedenen Netzwerken an Bord des Fahrzeugs kommuniziert; ein externes bzw. nicht im Fahrzeug befindliches Diagnosewerkzeug, -gerät, oder -teilsystem; oder jeder entsprechend konfigurierte und kompatible Computer. Die ECUs 12 sind über einen Kommunikationsbus 16 miteinander verbunden. Der Kommunikationsbus 16 ist als einzelner Leitungsbus dargestellt; jedoch kann der Bus 16 als Zwei-Leitungsbus oder ein Bus größer als ein Zwei-Leitungsbus ausgeführt sein. Zu Vereinfachungszwecken zeigt 1 ein einzelnes Kommunikationsnetzwerk (CAN) mit vier ECUs. In der Praxis kann ein Fahrzeug jedoch viel mehr als vier ECUs enthalten (z. B. 30). Es versteht sich, dass das Fahrzeug-Host eine Vielzahl von unterschiedlichen CANs beinhalten kann und dass ein beliebiges ECU 12 ein Teil eines oder mehrerer Leitungsbusse sein kann.
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In einem herkömmlichen Fahrzeugsystem ist das am weitesten verbreitete Netzwerk-Busprotokoll CAN, ein serieller Multimaster-Übertragungs-Busstandard, der entwickelt wurde, damit Mikrocontroller und Geräte miteinander innerhalb des Fahrzeug-Hosts kommunizieren können. Der gebräuchlichste physikalische Übertragungsschichtstandard im CAN-Protokoll, der hier als ein passendes Beispiel verwendet wird, ist das zweiadrige ausgewogene Signalisierungsschema (Balanced Signaling Scheme) gemäß ISO-11898-2 (das als Highspeed-CAN bezeichnet wird). Diese Norm spezifiziert einen zweiadrigen differenziellen Bus, worin die Anzahl der Knoten begrenzt ist durch die elektrische Buslast. Jedes ECU, das ein Element des CAN ist, ist mit den beiden Busleitungen verbunden. Die zweiadrigen Leitungen werden als CAN-High und CAN-Low bezeichnet. In bestimmten exemplarischen nicht einschränkenden Ausführungsformen liegt die Gleichtaktspannung von 1,5 Volt auf CAN-Low und bei 3,5 Volt auf CAN-High. Konkret liegt die Spannung auf CAN-Niedrig im Allgemeinen im Bereich von ungefähr 1,5 bis 2,5 Volt, während die Spannung auf CAN-Hoch im Allgemeinen im Bereich von ungefähr 2,5 bis 3,5 Volt liegt.
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Jeder Knoten am Kommunikationsbus 16 ist in der Lage, Nachrichten zu senden und zu empfangen, jedoch nicht gleichzeitig. Jede Nachricht (diese werden auch als CAN-Frame bezeichnet) beinhaltet Daten gemeinsam mit einigen Informationen zur Identifikation, die je nach Bedarf gelesen und interpretiert werden können. Die Informationen zur Identifikation werden im Arbitrationsfeld der Nachricht übermittelt. Das Arbitrationsfeld dient auch als Prioritätsmerkmal, der die Priorität der Nachricht darstellt, worin Nachrichten mit niedrigeren Prioritätswerten eine höhere Priorität haben als Nachrichten mit höheren Prioritätswerten und daher zuerst übertragen werden. Ein Prioritätsmerkmal muss einem ECU eindeutig zugewiesen sein, ansonsten könnten zwei unterschiedliche ECUs die Arbitration zur gleichen Zeit erhalten, was zu Busfehlern führen würde. Folglich fungiert das Prioritätsmerkmal auch als Quellmerkmal, das einem ECU eindeutig zugeordnet ist. Ein jeweiliges ECU kann mehr als ein eindeutig zugeordnetes Quellmerkmal aufweisen.
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Das CAN-Protokoll beinhaltet einen rezessiven Zustand und einem dominierenden Zustand. Eine Differenzspannung wird verwendet, um die rezessiven und dominanten Zustände darzustellen (d. h. Bits). Im rezessiven Zustand (logisch 1) ist die Differenzspannung auf CAN-High und CAN-Low niedriger als der Schwellenwert. Im dominanten Zustand (logisch 0) ist die Differenzspannung auf CAN-High und CAN-Low höher als der Schwellwert. In einem CAN-Netzwerk werden die Daten in Form von Nachrichten übertragen, die häufig als CAN-Frames bezeichnet werden. Ein bestimmtes CAN-Frame wird vom vorhergehenden Frame durch ein Bitfeld getrennt, das als Zwischen-Frame-Raum (Interframe Space) bekannt ist, der zumindest drei aufeinanderfolgende rezessive Bits beinhaltet. Wenn nach diesen aufeinanderfolgenden rezessiven Bits ein dominantes Bit erkannt wird, wird dieses als „Start of Frame” Bit betrachtet, das den Beginn eines Frames signalisiert.
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Jedes ECU 12 beinhaltet im Allgemeinen einen Prozessor oder ein Mikrosteuerungsgerät, ein entsprechend konfiguriertes Speichermedium, einen CAN-Controller und einen Sende-Empfänger. Der ECU-Mikrocontroller steuert die Übertragung der Nachrichten und ist oft mit den Sensoren, Stellgliedern und Steuergeräten verbunden. Der CAN-Controller ist oft ein integraler Bestandteil des Mikroprozessors und so konfiguriert, dass die vom Kommunikationsbus 16 empfangenen seriellen Bits gespeichert werden, bis eine gesamte Nachricht verfügbar ist, die dann vom ECU-Mikrocontroller abgerufen werden kann. Der CAN-Controller ist auch dafür konfiguriert, Nachrichten, die vom Mikroprozessor übertragen werden, zu empfangen. Diese werden dann seriell als Bits auf den Kommunikationsbus 16 übertragen. Der Sende-Empfänger konvertiert die Datenströme von den Ebenen, die vom CAN verwendet werden, auf Ebenen, die der CAN-Controller verarbeiten kann und umgekehrt.
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2 veranschaulicht das Diagnosesystem 14, das ein Ausführungsbeispiel eines Systems für die Diagnose eines CAN an Bord eines Host-Fahrzeugs für die Lokalisierung der Ursache von Masseversatzereignissen ist. Das Diagnosesystem 14 ist exemplarisch und kann als fahrzeugeigene Komponente, Subsystem oder Modul eingerichtet sein oder es kann als eine Off-Board-Vorrichtung oder Komponente mit dem Kommunikationsbus 16 verbunden sein wie erforderlich zum Ausführen verschiedener Funktionen. Des Weiteren ist 2 eine vereinfachte schematische Darstellung des Diagnosesystems 14. In einigen Ausführungsformen kann das Diagnosesystem 14 in einem jeweiligen Modul an Bord des Host-Fahrzeugs eingerichtet sein, worin das jeweilige Modul mit den ECUs 12 über den Kommunikationsbus 16 verbunden ist. Es sollte verstanden werden, dass jedes beliebige Modul als Diagnoseknoten dienen kann. Das jeweilige Modul kann auch als zentrale Schnittstelle dienen, die mit einer Vielzahl von unterschiedlichen CANs an Bord des Host-Fahrzeugs kommuniziert. So kann das jeweilige Modul Diagnoseverfahren (inklusive Masseversatz-Erkennung) für mehr als einen CAN an Bord des Fahrzeugs durchführen. In anderen Ausführungsformen ist das Diagnosesystem 14 als Diagnosewerkzeug außerhalb des Host-Fahrzeugs (d. h. als Off-Board-Gerät) realisiert. Das Diagnosewerkzeug beinhaltet eine entsprechend konfigurierte Schnittstelle, um die Kommunikation mit dem Kommunikationsbus 16 aufzubauen, wie in 1 abgebildet ist. Das Diagnosewerkzeug kann beispielsweise als Computersystem realisiert sein (z. B. ein Laptop, Tablet oder ein Mobilgerät) mit einem Verbindungskabel, das mit einem Stecker, einer Buchse oder einer Schnittstelle an Bord des Host-Fahrzeugs kompatibel ist.
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Das Diagnosesystem 14 beinhaltet im Allgemeinen zumindest einen Prozessor 20 und zumindest ein Speichermedium 22, das mit dem Prozessor 18 verbunden ist. Alternativ können der Prozessor 20 und das Speichermedium 22 als einzelne integrierte Schaltungskomponente wie ein Mikrocontroller oder ein ASIC implementiert sein. Das Diagnosesystem 14 kann auch bestimmte Input/Output(I/O)-Funktionen 24 beinhalten. Im Fahrzeugsystem kann das Diagnosesystem 14 zusätzliche Elemente, Geräte, Komponenten oder Funktionen, die zusätzliche Funktionalität oder die hierin beschriebenen Techniken und Verfahren unterstützen, beinhalten oder damit zusammenwirken.
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Das Speichermedium 22 (oder ein anderes Speichergerät oder eine Komponente) kann ein konkretes und nichtflüchtiges elektronisches Speichermedium darstellen, auf dem von einem Prozessor ausführbare Anweisungen gespeichert sind. Genauer gesagt, der Prozessor 20 führt Anweisungen aus, die im Speichermedium 22 zum Durchführen eines Verfahrens der Lokalisierung einer Ursache für einen Masseversatz in einem Netzwerk von elektronischen Geräten (z. B. ein fahrzeugbasiertes CAN) gespeichert sind. In dieser Hinsicht kann das Diagnosesystem 14 so programmiert werden, dass Anweisungen ausgeführt werden, die das, was eine allgemeine Computerplattform sein könnte, effektiv in einen spezialisierten Ausrüstungsteil, der die hierin präsentierten Techniken, Technologien und Verfahren unterstützt, umwandeln. Dies gilt insbesondere für eine externe Implementierung außerhalb des Fahrzeugs, die einen Computer unterstützen könnte.
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Die I/O-Funktionen 24 können verwendet werden, um die Funktionalität des Diagnosesystems 14 zu initiieren oder zu steuern und/oder nach Bedarf entsprechend formatierte Ausgaben zu generieren. Im Fahrzeugsystem können die I/O-Funktionen 24 zum Beispiel einen CAN-Sender-Empfänger, einen Analog-Digital-Wandler und Ähnliches beinhalten. In dieser Hinsicht können die I/O-Funktionen 24 eine oder mehrere ECUs als potenzielle Ursache des Masseversatzes identifizieren. In bestimmten Ausführungsformen können die I/O-Funktionen 24 Diagnosefehlercodes erzeugen, die durch das Diagnosesystem 14 erfasste Masseversatz-Bedingungen anzeigen, während in anderen Ausführungsformen die I/O-Funktionen 24 zur Ausgabe von Fehlersignalen wie Warnungen oder Warnmeldungen zum Erzeugen von Diagnoseberichten, zum Anzeigen von Testergebnissen oder Ähnlichem verwendet werden. Diese und andere Reporting-Funktionen können, wenn nötig, vom Diagnosesystem 14 und gemäß der speziellen Ausführungsform unterstützt werden.
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Das Diagnosesystem 14 führt computerlesbare Anweisungen aus, um die Spannungscharakteristika der Nachrichten am Kommunikationsbus 16 zur Ermittlung eines ECU mit einem Masseversatz zu überwachen.
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In dieser Hinsicht ist 3 ein Diagramm, das die Signalspannungseigenschaften eines CAN mit mehreren ECUs darstellt. In 3 entspricht die obere „Hälfte” des Spannungssignals dem CAN-High und die untere „Hälfte” des Spannungssignals entspricht dem CAN-Low. Ein Bereich, im Allgemeinen als 30 bezeichnet, stellt einen jeweiligen Satz von Vollframes ohne Masseschlussfehler in dem Satz von Vollframes dar. Eine typische erwartete CAN-Spannungssignatur zeigt, wenn alle ECU-Erdungen normal sind, eine durchschnittliche Frame-Spannung und eine Zwischen-Frame-Spannung von ungefähr 2,5 Volt.
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4 zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines Teils des Signalbereichs 30 zum Verdeutlichen, dass der jeweilige Satz von Frames verschiedene von einem oder mehreren ECUs in serieller Übertragung übermittelte Nachrichten beinhaltet. Wie in 4 stellen Unterbrechungen 32 in den vertikalen Linien des Signals ein Ende einer vorherigen Nachricht und einen Beginn einer nächsten Nachricht dar. Wie dargestellt können verschiedene Nachrichten auf dem CAN innerhalb dieses entsprechenden Zeitrahmens mit unterschiedlichen Übertragungsraten übermittelt werden und weisen unterschiedliche Übermittlungslängen auf. Dadurch identifiziert eine Unterbrechung eines Übertragungssignals einen Zählerstand, der eine Nachricht darstellt. Durch Identifikation der Zahl der Unterbrechungen in einem Spannungssignal für eine jeweilige Zeitspanne wird die Anzahl der Zählerstände (d. h. Nachrichten), die über die jeweilige Zeitspanne übermittelt wurden, erfasst.
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Nochmals mit Verweis auf 3 sind die Spannungsspitzen im jeweiligen Satz von Frames im Bereich 30 verhältnismäßig stabil und konsistent bei etwa 3,5 Volt für CAN-High und etwa 2,5 Volt für CAN-Low. Darüber hinaus liegt die durchschnittliche Framespannung für jede der Nachrichten verhältnismäßig stabil und konsistent bei ungefähr 2,5 Volt. Diese Charakteristika sind ein Zeichen für ordnungsgemäß geerdete ECUs, wobei kein Masseversatz in einem beliebigen ECU für diesen jeweiligen Satz von Frames in Bereich 30 vorliegt.
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Es sollte verstanden werden, dass die jeweiligen Sätze von Frames in schneller Folge übermittelte Nachrichten beinhalten. Es versteht sich, dass jedes der ECUs Nachrichten auf dem CAN bei unterschiedlichen Zeitplänen senden kann und dass jede Nachricht unterschiedliche Übermittlungsdauern abhängig von der Höhe des Dateninhalts in der Nachricht aufweisen kann. Weiterhin kann die Nachrichtenübertragungsrate der einzelnen ECUs unterschiedlich sein. Ein jeweiliges ECU kann z. B. eine gegebene Nachricht in jeweiligen Sendeperioden übermitteln. Dementsprechend generieren einige ECUs einen höheren Prozentsatz an Nachrichten, die an den CAN übertragen werden und andere ECUs generieren eine relativ geringe Menge an Nachrichtenverkehr.
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Auch ist wie in 3 dargestellt, die im Allgemeinen als Region 34 bezeichnet wird, ein Satz von Frames, der Signalspannungseigenschaften darstellt, die einen Masseversatzzustand anzeigt, dargestellt. Im Vergleich zum Bereich 30, wo kein Masseversatz vorhanden ist, sind die jeweiligen Sätze von Frames 34 versetzt (d. h. hoch verschoben), was Spannungseigenschaften zur Folge hat, die auf einen Masseversatz hinweisen. In diesem Beispiel hat das ECU, das den jeweiligen Satz von Nachrichten erzeugt hat, die Massespannung erhöht (seine Massespannung ist höher als null). Dieser Masseversatz bewirkt, dass sowohl CAN-High als auch CAN-Low steigen, wenn das defekte ECU eine Nachricht überträgt. Der durch das ECU hervorgerufene Masseversatzzustand bewirkt, dass andere Nachrichten in Richtung der Werte der anderen Nachrichten nach oben verschoben werden. Wie Bereich 34 in 3 dargestellt, beträgt eine Spitzenspannung für diesen jeweiligen Satz von Frames etwa 5,5 Volt für CAN-High gegenüber einem normalen Spannungssignal von 3,5 Volt im Bereich 22. Zusätzlich beträgt dieser jeweilige Satz von Frames etwa 4,0 Volt für CAN-Low gegenüber einem normalen Spannungssignal von 2,5 Volt im Bereich 30. Dadurch wurde die mittlere Spitzen-Frame-Spannung des Satzes von Frames 34 auch um ca. 1,5 Volt auf einen Wert von etwa 4,0 Volt angehoben.
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Es sind Verfahren zum Analysieren eines Bereichs bekannt, der einen Masseversatz zum Erfassen fehlerhafter ECUs durch Erfassen des ECU mit dem höchsten Zählerstand für den jeweiligen Bereich den Masseversatz identifiziert. Zur Erfassen des fehlerhaften ECU müssen die Daten in jeder Nachricht zum Identifizieren derjenigen ECU analysiert werden, die die Nachricht übertragen hat. Jede Nachricht enthält eine Nachrichtenkopfzeile, die eine Kennung zum Identifizieren des Sendemoduls beinhaltet. Wie bereits beschrieben messen bekannte Techniken die Spannung der Nachricht auf dem CAN und erfassen dann das Modul, das die Nachricht auf der Grundlage der Kennung der Nachricht sendet. Jedoch kann diese Art der Technik ungenaue Ergebnisse ergeben, da die Spannungsmessung und die Identifizierung der Nachricht nicht synchronisiert ablaufen. Ein einzelner Mikrocontroller-Spannungssensor kann zum Messen aller auf dem CAN übermittelten Spannungen verwendet werden und eine Spannungsmessung eines Signals kann sofort durch einen Mikrocontroller-Spannungssensor erfasst werden. Jedoch tritt, in Bezug zur Auswertung der Daten in der Nachricht zur Erfassung des Sendemoduls, eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Spannung durch den Mikrocontroller-Spannungssensor gemessen wird und der Zeit, in der die Nachricht durch die CAN-Steuerung zum Erfassen der Kennung analysiert wird, auf. Dadurch kann der Zählerstand unkorrekt mit der falschen Nachricht aufgrund der verspäteten Ablesung der Daten in der Nachricht verknüpft werden. Mit anderen Worten, ein ECU kann möglicherweise falsch mit einem Spannungslesesignal verknüpft werden, da die Kopfzeilendaten für ein früheres Frame (Nachricht) gegensätzlich zu dem aktuellen Frame (Nachricht) sein können, da die Kennung nicht unverzüglich bei der Spannungsmessung aufgrund der Verzögerung ausgelesen werden kann. Verschiedene Techniken können angewendet werden, um die Nachrichtendaten einschließlich Erhöhung der Fenstergröße zu erhalten. Eine zu lange Verzögerung kann ein nicht ordnungsgemäßes Erfassen der korrekten Kennung verursachen, während ein zu großes Fenster zu viele Daten erfassen kann. Dadurch verwendet die Technik hier eine vorgegebene Fenstergröße und eine vordefinierte Verzögerung. Vorzugsweise ist die Verzögerungszeit zwei Millisekunden (d. h. 2 ms). Das optimale Fenster zum Messen der CAN-Hoch-Spannung ist im Wesentlichen gleich der Summe der Verzögerung + 250μs). Während diese Technik beim genaueren Identifizieren der Zählerstände jedem ECU hilft, herrscht noch eine Unzulänglichkeit beim Einschließen von unterschiedlichen Zählerständen von Nachrichten aus verschiedenen Nachrichtenzeiträumen.
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Zur Überwindung dieses Mangels werden die Daten normiert. 5a zeigt eine Tabelle, wo Frames (d. h. Nachrichten) für jedes jeweilige Modul gezählt werden, das eine Nachricht in einem Fenster während des Masseversatzes übermittelt hat. In 5a sollte eine optimale Fenstergröße zum Erhalten von Spannungsmessungen gleich 250μs sein. Es sollte verstanden werden, dass dieser jeweiligen Parameter einstellbar ist. Nachrichten werden durch die CAN-Steuerung nach einer Zeitverzögerung (z. B. 2 ms) aus dem erfassten Fenster gelesen. Das Normierungsverfahren wertet die Daten als Prozentsatz der Anzahl von Nachrichten mit Hochspannung für ein jeweiliges ECU verhältnismäßig zu der Gesamtzahl der Nachrichten für das ECU aus. Dieser Ausdruck wird durch die folgende Formel dargestellt: Cn = Anzahl von Nachrichten mit Hochspannung / Gesamtzahl an Nachrichten 5b stellt die Masseschluss-Fehlerdaten aus 5a in einem normierten Format dar. Die Normierung der Daten entfernt sämtliche Abweichungen der Daten. Ein infrage kommendes ECU kann auf der Grundlage des jeweiligen ECUs mit dem höchsten Zählerstand im normierten Datendiagramm in 5b ausgewählt werden.
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Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine Isolierungstechnik wird auf Grundlage der Frequenz von Hochspannungsframes angewendet. Diese Technik basiert ihre Analyse auf einer Nachrichtenfrequenz des Hochspannungsframes, die gleich einer durch das fehlerhafte ECU übersandten Nachrichtenfrequenz ist. Die Routine bestimmt eine fehlerhafte Signatur von Hochspannungen basierend auf der Anzahl von Nachrichten, die jedes ECU innerhalb einer jeweiligen Periode übermittelt. Das heißt, der Hochspannungsframe-Zählerstand über ein jeweiliges Zeitfenster wird mit einer vordefinierten Fehlersignaturtabelle verglichen, die eine Fehlersignatur von jedem der ECUs beinhaltet. Wenn die Anzahl der Frequenzen des Spannungsframewerts innerhalb des Fehlersignaturbereichs in der Tabelle liegt, wird das ECU zusammen mit dem identifizierten Fehlersignaturbereich als das fehlerhafte ECU identifiziert.
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Die Fehlersignatur wird basierend auf der Anzahl der übertragenen Nachrichten innerhalb eines Zeitraums erfasst. Die Frequenzsignatur kann für jedes ECU basierend auf der folgenden Formel erfasst werden: fECUi = ∑ n / j=0Cj/Pj wobei Cj eine Anzahl von Nachrichten innerhalb Periode Pj ist. Für jede jeweilige Fehlersignatur für ein jeweiliges ECU wird ein vorgegebener Unsicherheitsschwellenwert (+ε, –ε) auf die jeweilige Fehlersignatur zum Erhalten eines Fehlersignaturbereichs für jedes jeweilige ECU angewendet. Diese Tabelle kann durch Induzieren von Fehlern für ein jeweiliges ECU oder eine Kombination von ECUs in einen Versuchsstand oder Versuchsfahrzeug erzeugt und die Fehlersignatur zum Identifizieren der Fehlersignatur für dieses jeweilige ECU oder eine Kombination von ECUs verwendet werden. Eine exemplarische Tabelle 40, die die ECUs und zugehörige Fehlersignaturen identifiziert, ist in 6 veranschaulicht.
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Nachdem die Frequenzsignaturen für jedes ECU und ECU-Kombination erfasst wurden, wird die Fehlersignaturtabelle 40 in das Fahrzeug eingeführt. Beim Betrieb des Fahrzeugs werden beim Erfassen von Massefehlern Hochspannungsmessungen für ein jeweiliges Fenster erhalten. Eine Frequenz von Spannungsframes wird in Bezug auf Hochspannungswerte gemessen. Die Frequenz des Spannungsframes wird durch die folgende Gleichung dargestellt: fv = Hochspannungsframezählerstand / W wobei W die Fenstergröße ist. Sobald die Frequenz des Spannungsframes erfasst ist, wird der erfasste Wert für die Frequenz des Spannungsframes mit der Fehlersignaturtabelle 40 verglichen und es wird eine Erfassung durchgeführt, bis zu welchem Frequenzbereich der erfasste Wert reicht. Tabelle 42 veranschaulicht ferner eine exemplarisch berechnete Frequenz der Spannungsframewerte, die mit der jeweiligen Frequenzsignaturbereichstabelle 40 zum Erfassen eines fehlerhaften ECU verglichen werden kann. Fällt die Frequenz des Spannungsframewerts innerhalb eines Frequenzsignaturbereichs, dann wird das fehlerhafte ECU basierend auf dem ECU, das mit dem entsprechenden Frequenzsignaturbereich verknüpft ist, identifiziert.
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7 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform zum Erfassen des fehlerhaften ECU, die mit dem Masseversatz verbunden ist. Die in 7 beschriebene Technik verwendet eine Musteranpassungskorrelation. Unter Ausnutzung der Normierungstechnik wie hierin beschrieben werden Normierungswerte für jedes ECU für ein jeweiliges Fenster erfasst. In einer vorhergehenden Ausführungsform wird das ECU mit dem höchsten Zählerstand als das fehlerhafte ECU identifiziert. In der hierin beschriebenen Ausführungsform werden die drei ECUs mit den höchsten Zählerständen zum Vergleich mit einer Fehlersignaturtabelle verwendet. Der Fehlersignaturtabelle wird durch Einführen von Fehlern für ein jeweiliges ECU oder eine Kombination von ECUs in einen Versuchsstand oder Versuchsfahrzeug erzeugt und zum Identifizieren der Fehlersignatur für das jeweilige ECU sowie für andere ECUs während des Fensters verwendet. Im Gegensatz zum Identifizieren des ECU mit der höchsten Anzahl von Zählwerten unter allen ECU-Zählwerten für die Fehlersignatur werden die drei ECUs mit den höchsten Zählerständen unter jedem der ECUs, die Nachrichten während dieses Fensters übertragen, wenn der Masseversatz auftritt, zum Erzeugen der Fehlersignatur für dieses ECU verwendet. Dadurch wird ein solideres Verfahren durch Addieren von zusätzlichen Einzelheiten zu der Fehlersignatur verwendet. Das heißt, je mehr Details zum Identifizieren der Fehlersignatur verwendet werden, desto mehr wird die Technik im Anpassen des Musters der Fehlersignatur sein. Es sollte verstanden werden, dass eine Anzahl anders als drei ECUs hierin verwendet werden kann, da diese Anzahl einstellbar ist und basierend auf einem Grad der gewünschten Robustheit modifiziert werden kann.
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7 zeigt eine erstellte Fehlersignaturtabelle 50, wobei die drei höchsten Zählerstände unter den aufgeführten ECUs identifiziert wurden, wenn ein jeweiliges Modul oder eine Kombination von Modulen mit einem Fehler induziert wurden. Wie in Fehlersignaturtabelle 50 dargestellt, wird das fehlerhafte Modul in Spalte 52 identifiziert und die zugehörige Fehlersignatur (fECUi) mit den höchsten drei Zählerständen unter allen Zählerständen für die induzierten Fehler für dieses jeweilige Modul wird in Spalte 54 identifiziert. Es ist dargestellt, dass einige Fehlersignaturen von drei Modulen, zwei Modulen oder einem einzigen Modul umfasst sind. Der Grund, weswegen weniger als drei Module nur eine jeweilige Fehlersignatur umfassen können, ist, dass weniger als drei Module tatsächlich beliebige Zählerstände während des jeweiligen Fehlerfensters registrierten. Dadurch kann kein zweites oder drittes Modul vorhanden sein, das für eine Fehlersignatur verwendet werden kann, wenn keine weiteren Module Registerfehler für das jeweilige Fenster registrieren.
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In 7 repräsentiert ein erstes Diagramm 56 normierte Zählerstände von Massefehlern, die identifiziert wurden, während ein Masseversatz vorhanden ist. Dieses exemplarische Diagramm stellt Zählwerte für Module dar, die Nachrichten während eines jeweiligen Fensters übertrugen, wenn der Masseversatz erfasst wird und die Zählerstände normiert werden. Wie in Diagramm 56 gezeigt, werden die drei höchsten Module (z. B. EBCM, HMI und Onstar) aus einer Vielzahl von Modulen, die Fehler während dieses Fensters registriert haben, aus Diagramm 56 extrahiert. Ein Vergleich dieser drei höchsten Module, die aus Diagramm 56 extrahiert wurden, wird unter Verwendung von Musterabstimmung mit der Fehlersignaturtabelle 50 verglichen. Basiert das Muster auf den extrahierten drei Modulen aus Diagramm 56 in Übereinstimmung mit einer jeweiligen Fehlersignatur aus der Fehlersignaturtabelle 50, dann wird das jeweilige fehlerhafte Modul zusammen mit der identifizierten Fehlersignatur zum Identifizieren des fehlerhaften Moduls ausgewählt. In diesem Beispiel ist das EBCM-Modul ausgewählt.
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Ein zweites Diagramm 58 stellt normierte Zählerstände von Massefehlern dar, die während eines vorhandenen Masseversatzes identifiziert wurden. Dieses exemplarische Diagramm stellt Zählwerte für Module dar, die Nachrichten während eines jeweiligen Fensters übertrugen, wenn der Masseversatz erfasst wird und die Zählerstände normiert werden. Die Zählerstände sind normiert wie in dem Diagramm 58 veranschaulicht. Wie im Diagramm 58 gezeigt, hat nur ein einzelnes Modul (z. B. HMI) Nachrichten während dieses jeweiligen Fensters übertragen, wenn der Masseschlussfehler aufgetreten ist. Dadurch wird nur das HMI-Modul die Fehlersignatur tragen. Diese Fehlersignatur, die nur das HMI beinhaltet, wird mit der Fehlersignaturtabelle 50 verglichen. Wenn das Muster auf der Basis des einzelnen HMI mit einer jeweiligen Fehlersignatur aus der Fehlersignaturtabelle 50 übereinstimmt, dann wird das jeweilige fehlerhafte Modul im Zusammenhang mit der identifizierten Fehlersignatur zum Identifizieren des fehlerhaften Moduls ausgewählt. In diesem Beispiel wird das fehlerhafte HMI-Modul identifiziert.
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Es versteht sich, dass jede der Ausführungsformen, wie hierin beschrieben, einzeln oder in Kombination miteinander realisiert werden können. Das folgende Ablaufdiagramm aus 8 beschreibt einen Ansatz, der jede der drei Ausführungsformen kombiniert.
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In Block 60 wird ein Zustand erfasst, der die Masseschlusserfassungstechnik auslöst. In Block 61 sind alle Variablen initialisiert.
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In Block 62 wird eine CAN-BusHigh-Spannung und eine CAN-BusLow-Spannung für eine Zeit T0 (z. B. 1,0 s) ausgelesen. Die maximale Spannungen Vhmax, zugeordnet zu CANHigh und Vhmax, zugeordnet zu CANLow werden gespeichert.
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In Block 63 werden die Hochspannungsschwellenwerte mittels T1 und T2 bestimmt. Eine Erfassung für den Hochspannungsschwellenwert mittels T1 wird durch max(Vhmax – 1, 4) erfasst. Eine Spannung wird vom Maximum entweder der Differenz von (Vhmax – 1) Volt oder 4 Volt ausgewählt. Zusätzlich wird eine Erfassung für den Hochspannungsschwellenwert mittels T2 durch max(Vhmax – 1, 3) durchgeführt. Eine Spannung wird von dem Maximum entweder der Differenz von (Vhmax – 1) Volt oder 3 Volt ausgewählt.
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In Block 64 werden eine CAN-BusHigh-Spannung und eine CAN-BusLow-Spannung für T3 (z. B. 1,5 s) ausgelesen. Der Zeitstempel wird für CANHigh > T1 und CANLow > T2 gespeichert.
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In Block 65 werden Punkte gelöscht, wenn die zeitliche Differenz kleiner als T4 ist. Die Hochspannungsframes werden danach gezählt. Die in 4 beschriebene Technik wird auf die Hochspannungsframezählung angewendet.
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In Block 66 wird eine Erfassung durchgeführt, welcher der Hochspannungsframe-Zählerstände mit beliebigen Daten aus der Fehlersignaturtabelle gemäß 4 übereinstimmt. Falls eine Übereinstimmung vorliegt, fährt die Routine zu Schritt 67; ansonsten kehrt die Routine wieder zu Block 64 zum weiteren Auslesen von CANHigh-Spannung und CANLow-Spannung bei einem nächsten Zeitabschnitt zurück.
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In Block 67 wird die Korrelationsroutine wie in den 5a–b gezeigt in Reaktion auf die Identifizierung einer Übereinstimmung ausgeführt. Die CANHigh-Spannung und CANLow-Spannung werden gesammelt sowie die Nachricht der infrage kommenden ECUs. Die Kennung von jeder Nachricht wird wie in der Korrelationsroutine beschrieben bestimmt.
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In Block 68 werden Spannungen und Nachrichten innerhalb eines vordefinierten Zeitfensters T5 korreliert.
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In Block 69 werden die Zählerstände basierend auf den korrelierten Spannungen und Nachrichten unter Verwendung der hierin beschriebenen Technik normiert. Der Zählerstand mit dem höchsten normierten Wert und dem zugehörigen ECU werden identifiziert.
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Wird ein solideres Ergebnis gewünscht, dann kann Musteranpassung unter Verwendung der in Block 69 normierten Resultate angewendet werden. In Block 70 wird das identifizierte Modul unter Verwendung der in 7 beschriebenen Zählerstand-Musteranpassungsroutine ausgewählt. Basierend auf der Musteranpassung wird das infrage kommende ECU als das fehlerhafte Modul identifiziert.
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In Block 71 kann nach Identifizieren eines fehlerhaften ECU eine Warnung an einen Benutzer, Servicetechniker oder ähnliches zum Identifizieren des fehlerhaften Moduls ausgegeben werden. Das fehlerhafte Modul kann identifiziert und in einem Speicher zur späteren Abruf durch einen Servicetechniker unter Verwendung eines Diagnosewerkzeugs gespeichert werden.
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Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Durchführung der Erfindung erkennen, wie durch die folgenden Patentansprüche bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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