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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Funktionsbereitschaft eines elektrischen Gerätes, welches abhängig von einer elektrischen Eingangsgröße eine elektrische Ausgangsgröße bereitstellt. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Einrichtung zum Überwachen einer Funktionsbereitschaft eines elektrischen Gerätes, welches abhängig von einer elektrischen Eingangsgröße eine elektrische Ausgangsgröße bereitstellt.
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Verfahren und Einrichtungen der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt. Sie dienen insbesondere dazu, eines oder mehrere Geräte zu überwachen, insbesondere wenn für deren Funktionalität eine gewisse Zuverlässigkeit gefordert ist, sie für eine Sicherheit relevant sind oder dergleichen. Dadurch soll die Zuverlässigkeit beziehungsweise die Sicherheit insgesamt verbessert werden. Besonders relevant kann dies für Geräte sein, die bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen und unter Umständen die Sicherheit während des Fahrens betreffen. Solche Geräte können zum Beispiel eine Motorsteuerung für einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs, eine Lenkunterstützung und/oder dergleichen sein.
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Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, auf Basis eines Schadensmodells eine Prognose für eine Lebensdauer eines Geräts zu ermitteln. Eine solche Lehre offenbart zum Beispiel die
DE 103 93 154 T5 . Zwar kann mithilfe dieser Lehre die Lebensdauer eines Gerätes geschätzt werden, jedoch wird gemäß dieser Lehre eine tatsächlich aktuell auftretende Störung nicht erfasst. Wünschenswert wäre es, wenn eines oder mehrere relevante Geräte hinsichtlich ihrer aktuellen Funktionalität überwacht werden könnten, um dadurch die Sicherheit und/oder die Zuverlässigkeit insgesamt zu verbessern, insbesondere in Bezug auf ein Kraftfahrzeug.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit und/oder die Zuverlässigkeit bei Nutzung des elektrischen Gerätes zu verbessern.
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Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
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Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Eingangsgröße und die Ausgangsgröße mittels einer Auswerteeinheit erfasst und ausgewertet werden, wobei die Auswerteeinheit ein Modell basierend auf maschinellem Lernen nutzt und abhängig von der Eingangsgröße eine prädiktierte Ausgangsgröße ermittelt und mit der Ausgangsgröße vergleicht, wobei abhängig von einem Vergleichsergebnis ein Warnsignal ausgegeben wird.
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Bezüglich einer gattungsgemäßen Einrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass diese eine Auswerteeinheit aufweist, die ausgebildet ist, ein Modell basierend auf maschinellem Lernen zu nutzen, die Eingangsgröße und die Ausgangsgröße zu erfassen und auszuwerten, wobei die Auswerteeinheit ferner ausgebildet ist, abhängig von der Eingangsgröße eine prädiktierte Ausgangsgröße zu ermitteln, mit der Ausgangsgröße zu vergleichen und abhängig von einem Vergleichsergebnis ein Warnsignal auszugeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass bei einer Überwachung von Größen wie der Eingangsgröße und der Ausgangsgröße des elektrischen Gerätes, beispielsweise von dessen Eingangssignalen und dessen zugehörigen Ausgangssignalen, die Funktionalität des elektrischen Gerätes zuverlässig ermittelt werden kann. Es ist somit möglich, wenn bei einem vorgegebenen Eingangssignal ein Ausgangssignal durch das elektrische Gerät bereitgestellt wird, dessen Wert von einem prognostizierten Wert um einen vorgebbaren Abstandswert abweicht, zu ermitteln, ob eine Anomalie vorliegt, die ein Hinweis auf eine Funktionsstörung des elektrischen Gerätes sein kann. Die Anomalie kann ein Verhalten sein, dass von einem vorherigen, vorzugsweise beobachtbaren, bestimmungsgemäßen Verhalten abweicht. Aufgrund der ermittelten Anomalie kann ein Warnsignal ausgegeben werden, welches für die weitere Verarbeitung zur Verfügung steht. Dieses Warnsignal kann für übergeordnete Steuerungen, zum Beispiel bei einem Kraftfahrzeug eine Fahrzeugsteuerung oder dergleichen, zur Verfügung gestellt werden. Die Fahrzeugsteuerung kann das Warnsignal auswerten und gegebenenfalls weitere Maßnahmen einleiten, insbesondere eine Ausgabe einer Warnmeldung an den Fahrer, beispielsweise mittels eines optischen Anzeigeelements, mittels eines akustischen Ausgabeelements und/oder dergleichen, veranlassen. Ebenso könnten automatisch weitere vertiefende Diagnosemechanismen starten.
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Darüber hinaus können natürlich auch Meldungen an eine oder mehrere entfernte Zentralen abgegeben werden, die mit der Auswerteeinheit in Kommunikationsverbindung stehen, beispielsweise über eine drahtlose Kommunikationsverbindung oder dergleichen. Dadurch kann in der Zentrale die Information zur Verfügung gestellt werden, dass bei dem elektrischen Gerät eine Anomalie vorliegt. Dies erlaubt es der Zentrale oder auch entsprechend vorgesehenem Bedienpersonal, geeignete Maßnahmen einzuleiten, falls dies aufgrund der ermittelten Anomalie erforderlich sein sollte. Die Zentrale kann natürlich auch an ein Backend, zum Beispiel bei einer Werkstatt oder OEM, wobei vorgesehen sein kann, dass an ein weiteres Steuergerät übermittelt wird. Insgesamt kann die Zuverlässigkeit und/oder die Sicherheit weiter verbessert werden.
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Die Anomalie kennzeichnet vorzugsweise eine Abweichung des abhängig vom Eingangssignal durch das elektrische Gerät bereitgestellten Ausgangssignals von einem prognostizierten Wert für das Ausgangssignal, der ein vorgegebenes Maß überschreitet, und zwar dem prädiktierten Ausgangssignal. Dabei können die Signale vorzugsweise elektrische Signale sein. Sie können natürlich auch optische Signale, pneumatische Signale, hydraulische Signale und/oder dergleichen sein. Das elektrische Gerät braucht bei einem elektrischen Eingangssignal nicht zwingend auch ein elektrisches Ausgangssignal bereitzustellen, sondern es kann zum Beispiel auch ein mechanischer Hub, ein Druck, eine Lichtstärke, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen sein. Entsprechend können gegebenenfalls Umsetzer vorgesehen sein.
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Das elektrische Gerät kann dafür ausgebildet sein, ein oder auch mehrere Eingangsgrößen beziehungsweise Eingangssignale zu verarbeiten. Entsprechend kann eine einzige Ausgangsgröße beziehungsweise ein einziges Ausgangssignal oder es können auch mehrere Ausgangsgrößen beziehungsweise Ausgangssignale bereitgestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Verfahrensführung und die erfindungsgemäße Einrichtung sehen vorzugsweise vor, dass, wenn mehrere Eingangssignale und/oder Ausgangssignale bei einem elektrischen Gerät vorhanden sind, sämtliche der Eingangssignale und der Ausgangssignale erfasst und ausgewertet werden. Je nach Funktionalität kann jedoch auch vorgesehen sein, dass lediglich ein Teil der Eingangs- und/oder Ausgangssignale für die Auswertung herangezogen wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nicht sämtliche der Eingangssignale und/oder der Ausgangssignale zum Ermitteln der Anomalie erforderlich sind. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn bei mehreren Eingangssignalen oder auch bei mehreren Ausgangssignalen die Eingangssignale beziehungsweise die Ausgangssignale in einer vorgegebenen Weise voneinander abhängig sind.
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Die Eingangsgröße sowie auch die Ausgangsgröße können also durch ein oder mehrere jeweilige Signale gebildet sein. Dabei brauchen nicht sämtliche der Signale vom gleichen Typ zu sein.
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Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise eine elektronische Einheit, die zum Beispiel eine Hardwareschaltung, eine Rechnereinheit oder auch eine Kombination hiervon umfassen kann. Die Rechnereinheit kann mittels eines geeigneten Rechnerprogramms gesteuert werden, um eine gewünschte Funktionalität bereitstellen zu können. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit ausschließlich durch eine Rechnereinheit gebildet ist. Die Auswerteeinheit kann demzufolge natürlich auch in eine bereits bestehende Rechnereinheit, beispielsweise die einer Fahrzeugsteuerung, integriert sein.
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Die Auswerteeinheit nutzt vorzugsweise ein Modell, welches auf maschinellem Lernen basiert. Dadurch kann die Auswerteeinheit sehr kompakt ausgebildet werden und braucht den Funktionsumfang, der durch das elektrische Gerät umfasst ist, nicht in Gänze darzustellen. Durch geeignete Prädiktionsmethoden, beispielsweise unter Nutzung eines Regressions- (zum Beispiel, ob die vom Motorsteuergerät angeforderte Kühlerdrehzahl aufgrund der anliegenden Eingangssignale erwartbar ist (Regression oder dergleichen), Klassifikationsverfahren (zum Beispiel, ob das Motorsteuergerät Benzin einspritzen will (Klassifikation)) oder allgemein neuronaler Netzwerke oder dergleichen, kann die Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Eingangsgröße prognostiziert werden. Die von dem elektrischen Gerät tatsächlich in Abhängigkeit von der gleichen Eingangsgröße bereitgestellte Ausgangsgröße kann dann mit der prognostizierten Ausgangsgröße verglichen werden. Ergibt sich durch den Vergleich, dass die Abweichung beziehungsweise der Abstandswert der tatsächlich durch das elektrische Gerät bereitgestellten Ausgangsgröße um einen vorgebbaren Vergleichswert von der prädiktierten Ausgangsgröße abweicht, wird durch die Auswerteeinheit die Warnmeldung abgegeben.
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Die Auswerteeinheit umfasst also auch eine Vergleichseinheit, die zum Beispiel durch eine elektronische Schaltung, aber auch durch die Rechnereinheit sowie auch Kombinationen hiervon gebildet sein kann.
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Um die prädiktierte Ausgangsgröße bereitstellen zu können, kann die Auswerteeinheit eine Statistikeinheit umfassen, die die Regression oder Klassifikation realisieren kann. Alternativ oder ergänzend kann natürlich auch ein neuronales Netz vorgesehen sein, mittels welchem die prädiktierte Ausgangsgröße aus der Eingangsgröße ermittelt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. schematisch ein Blockdiagramm für eine Einrichtung gemäß der Erfindung.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Blockdarstellung ein Steuergerät 10, welches Eingangssignale 12 und 14 als Eingangsgrößen verarbeitet. Abhängig von den Eingangssignalen 12 und 14 erzeugt das Steuergerät 10 ein Ausgangssignal 16 als Ausgangsgröße. Das Steuergerät 10 dient vorliegend in einem Kraftfahrzeug zum Steuern einer Lenkunterstützung für das Führen des Kraftfahrzeugs durch den Fahrer.
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An die Eingangssignale 12, 14 sowie das Ausgangssignal 16 ist ferner eine Einrichtung 24 zum Überwachen einer Funktionsbereitschaft des elektrischen Gerätes 10 angeschlossen. Die Einrichtung 24 umfasst eine Auswerteeinheit 20, die ihrerseits eine Prädiktionseinheit 26 umfasst, die ausgebildet ist, aus den zugeführten Eingangssignalen 12, 14 eine prädiktierte Ausgangsgröße 22 zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann die Prädiktionseinheit 26 das Auswerten basierend auf einem Modell des maschinellen Lernens nutzen. Insbesondere kann das Nutzen eines Regressions-, Klassifikationsverfahren oder eines neuronalen Netzes vorgesehen sein. Natürlich können diese Ausgestaltungen auch miteinander kombiniert sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass insbesondere bei Nutzung eines neuronalen Netzes dieses vor dem Auswerten, beispielsweise im Entwicklungsstadium des elektrischen Gerätes, mittels repräsentativer Eingangsgrößen zum Beispiel bei Testfahrten oder dergleichen, und zugeordneter vorgegebener Ausgangsgrößen eines als funktionsfähig angenommen Steuergerätes 10 trainiert wird und das Trainieren vor dem Auswerten auch abgeschlossen wird. Dadurch steht eine funktionsbereite Prädiktionseinheit 26 bereit, die in der Lage ist, zuverlässig aus vorgegebenen Eingangsgrößen 12, 14 die prädiktierte Ausgangsgröße 22 zu ermitteln.
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Die Auswerteeinheit 24 umfasst ferner eine Vergleichseinheit 28, die vorliegend als elektronische Hardwareschaltung ausgebildet ist. Die von der Prädiktionseinheit 26 bereitgestellte prädiktierte Ausgangsgröße 22, die auf Basis der erlernten und im Regressions- oder Klassifikationsmodell oder im neuronalen Netzwerk abgebildeten Muster ermittelt wird, wird mittels der Vergleichseinheit 28 mit dem Ausgangssignal 16 verglichen. Die Vergleichseinheit 28 ermittelt, ob das Ausgangssignal 16 von der prädiktierten Ausgangsgröße 22 um einen vorgebbaren Abstandswert als Vergleichswert abweicht. Der Vergleichswert kann als fester Wert bei der Erstellung der Auswerteeinheit 24 vorgegeben sein und sich zum Beispiel auf statistische Maße beziehen wie beispielsweise einen Variationskoeffizienten oder eine Standardabweichung. Er kann jedoch auch variabel sein, beispielsweise abhängig von der Prädiktionseinheit 26, die die prädiktierte Ausgangsgröße 22 mit einer prognostizierten oder vorgebbaren Zuverlässigkeit ermittelt. Zu diesem Zweck kann ein Gauss-Prozess, bei dem die Güte der Prädiktion von der Methode in Abhängigkeit der Eingangssignale abgeschätzt wird, genutzt werden. Abhängig von der Zuverlässigkeit kann der Vergleichswert gewählt sein.
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Ist der Abstandswert größer als der Abstand des Ausgangssignals 16 von der prädiktierten Ausgangsgröße 22, wird dies als zulässige Abweichung betrachtet, die im Rahmen eines Toleranzbereichs liegt und somit kein Warnsignal 18 ausgegeben.
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Ist hingegen die durch die Vergleichseinheit 28 festgestellte Abweichung größer als der Abstandswert, wird ein entsprechendes Warnsignal 18 ausgegeben. Das Warnsignal 18 kann an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung des Kraftfahrzeugs übermittelt werden. Es kann dazu dienen, dem Fahrer des Kraftfahrzeugs eine entsprechende Anzeige zu übermitteln. Es kann jedoch auch dazu dienen, eine entsprechende Information in Form von Daten in einem Datenspeicher, beispielsweise einem Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs, zu speichern. Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, dass das Warnsignal 18 dazu genutzt wird, um eine oder mehrere Sicherheitsfunktionen, falls erforderlich, zu aktivieren. Dies kann zum Beispiel die Aktivierung eines Hilfsgerätes sein, mittels welchem die Funktionalität des Steuergeräts 10 zumindest teilweise kompensiert werden kann.
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Auch wenn in der vorliegenden Ausgestaltung gemäß 1 vorgesehen ist, dass die Einrichtung 24 nur ein elektrisches Gerät, hier das Steuergerät 10, überwacht, ist es natürlich zweckmäßig, die Einrichtung 24 zur Überwachung für eine Mehrzahl von elektrischen Geräten zu nutzen. Dadurch können besonders symbiotische Effekte erzielt werden, weil die Prädiktionseinheit 26 sowie auch die Vergleichseinheit 28 mehrfach genutzt werden können. Dadurch kann eine Überwachung für eine Vielzahl von elektrischen Geräten erreicht werden, obwohl der Aufwand für die Einrichtung 24 begrenzt sein kann. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 24 mittels einer Umschalteinrichtung jeweils selektiv an ein jeweils zu überwachendes elektrisches Gerät angepasst und angeschlossen wird, um die jeweilige Überwachungsfunktion zum Beispiel zeitdiskret durchführen zu können. Es kann vorgesehen sein, dass die Überwachung für jedes zu überwachende elektrische Gerät nacheinander zeitdiskret durchgeführt wird. Für jedes der zu überwachenden elektrischen Geräte kann somit ein vorgebbares Zeitfenster vorgesehen sein.
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Je nach Erfordernis kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Zeitfenster für die jeweils zu überwachenden elektrischen Geräte unterschiedlich häufig vorkommen, beispielsweise angepasst an deren Funktionalität und Relevanz für die Sicherheit und/oder die Zuverlässigkeit.
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Die Beschreibung dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steuergerät
- 12
- Eingangssignal
- 14
- Eingangssignal
- 16
- Ausgangssignal
- 18
- Warnsignal
- 20
- Auswerteeinheit
- 22
- prädiktierte Ausgangsgröße
- 24
- Einrichtung
- 26
- Prädiktionseinheit
- 28
- Vergleichseinheit
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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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