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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Eignung eines aus wenigstens zwei technischen Teilsystemen zusammengesetzten Systems auf seinen Einsatzzweck sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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Es existieren unterschiedliche Ansätze, um aus Teilsystemen zusammengesetzte technische Systeme zu validieren bzw. ihre Eignung auf ihren Einsatzzweck zu prüfen. Beispielsweise ist es möglich, verteilt entwickelte technische Teilsysteme an einem Standort zusammenzuführen und miteinander zu validieren. Nachteilig daran ist jedoch, dass mit der Lieferung eines Teilsystems an einen gemeinsamen Standort häufig vertrauliche Informationen preisgegeben werden müssen. Auch können aufwändige Transporte erforderlich sein. Dabei sind außer den Transportkosten politische und sicherheitstechnische Einschränkungen zu berücksichtigen. Ein weiterer Nachteil ist, dass Modifikationen der Teilsysteme zur besseren Anpassung an das zusammengesetzte System an dem gemeinsamen Standort häufig technisch nicht möglich sind.
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Alternativ kann man daher das zusammengesetzte technische System oder Gesamtsystem von vorneherein an einem Standort entwickeln und seine Eignung auf den Einsatzzweck vor Ort prüfen. Nachteilig hieran ist jedoch, dass komplexe zusammengesetzte Systeme viele spezialisierte Kompetenzen erfordern, die häufig nicht in einer Unternehmenshand oder am Entwicklungsstandort konzentriert sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Prüfen der Eignung eines aus wenigstens zwei technischen Teilsystemen zusammengesetzten technischen Systems auf seinen Einsatzzweck sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, verteilt entwickelte Teilsysteme über eine Distanz zu vernetzen, damit die Teilsysteme unter Wechselwirkung mit anderen Teilsystemen validiert werden können. Insbesondere werden dazu technische Teilsysteme eines zusammengesetzten technischen Systems während eines Prüfungsverfahrens zur Validierung bzw. während des Prüfens der Eignung auf den Einsatzzweck derart miteinander gekoppelt, dass Daten zwischen den Teilsystemen ausgetauscht und verarbeitet werden, um wenigstens einen Prüfungsschritt durchzuführen. Daneben existiert noch ein zweiter Prüfmodus, in dem Daten von einem Rechenmodell wenigstens eines der technischen Teilsysteme mit wenigstens einem anderen technischen Teilsystem ausgetauscht und verarbeitet werden, um den wenigstens einen Prüfungsschritt durchzuführen. In diesem Fall wird also eines der Teilsysteme durch ein (Rechen-)Modell dieses Teilsystems ersetzt.
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Dadurch können Transport- und Geheimhaltungsprobleme vermieden werden und trotzdem Kernkompetenzen verschiedener Entwicklungsumgebungen nutzbar gemacht werden. Es können beispielsweise Prüfstände mit verschiedenen Teilsystemen miteinander vernetzt werden, um so Messergebnisse von einem Teilsystem an eine andere Entwicklungsumgebung weiterzugeben und für deren Untersuchung zu verwenden. Beispielsweise kann man Teilsysteme durch Satellitenverbindung, Mobilfunkverbindung, DSL-Verbindung oder andere Datenverbindungen miteinander koppeln. Insbesondere für den Fall, dass Zeitforderungen für die Datenübertragung wie die Latenzzeit nicht eingehalten werden können, wird der weitere Prüfmodus mit dem Rechenmodell verwendet. Durch das Rechenmodell des weiteren Prüfmodus können so insbesondere harte Echtzeitanforderungen besser eingehalten werden, falls für einen Prüfstandstest mit einem Teilsystem eine harte Echtzeitanforderung aus einem anderen Teilsystem angefordert wird und diese aus technischen Gründen nicht zustande kommt.
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Die Rechenmodelle können im Laufe der Validierung als Rückgrat für den Informationsaustausch zwischen den unterschiedlichen Prüfumgebungen dienen, falls die Kommunikationsschnittstelle zusammenbricht oder die harten Echtzeitanforderungen an diese nicht gewährleistet werden können.
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Es kann auch eine bidirektionale Verbindung zwischen den Teilsystemen vorgesehen sein, d.h. auch das zweite Teilsystem kann - je nach Prüfmodus - Zustands-Daten an das erste Teilsystem bzw. das Rechenmodell übertragen, wo die Daten dann weiterverarbeitet werden können.
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Bevorzugt sind die wenigstens zwei technischen Teilsysteme während des Verfahrens jeweils räumlich getrennt und durch eine Datenverbindung miteinander verbunden. Dies ist vorteilhaft, da durch die räumliche Trennung eine separate Entwicklung der technischen Teilsysteme möglich ist und kein Transport zu einem gemeinsamen Standort erforderlich ist.
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Zweckmäßigerweise erfolgt ein Wechsel zwischen dem ersten und zweiten Prüfmodus in Abhängigkeit von einer Qualität der Datenverbindung automatisch, wobei die Qualität der Datenverbindung bevorzugt durch Messen einer Latenzzeit und/oder einer Bandbreite bestimmt wird. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise bei ausreichend guter Datenverbindung vorteilhaft der erste Prüfmodus benutzt werden kann, um real erzeugte, z.B. über Messsysteme erfasste, Daten auszutauschen, während bei einer für den Testzweck ungenügender Datenverbindung Daten mit dem Rechenmodell ausgetauscht werden können, so dass der wenigstens eine Prüfungsschritt nicht ungültig wird.
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Insbesondere wird das Rechenmodell mittels eines maschinellen Lernverfahrens, wie z.B. ein künstliches neuronales Netz, bevorzugt sog. tiefe neuronale Netze („Deep Learning“), angelernt. Insbesondere werden dazu Ein- und zugehörige Ausgangsgrößen des ersten technischen Teilsystems verwendet. Dies ist vorteilhaft, da das Verhalten einer am Validierungsprozess zu untersuchenden Komponente über selbstlernende Verfahren erlernt werden kann.
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Bevorzugt umfasst das Rechenmodell einen Zusammenhang zwischen wenigstens einer Eingangsgröße und wenigstens einer Ausgangsgröße des ersten technischen Teilsystems. Insbesondere durch maschinelle Lernverfahren können hochgradig nichtlineare Zusammenhänge mehrerer Parameter sehr genau erlernt werden.
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Beispielsweise wird das Rechenmodell angelernt, während das erste technische Teilsystem an einem Prüfstand betrieben wird. Hierbei ist vorteilhaft, dass gezielt Lernsituationen erzeugt werden können, welche einen besonders hohen Informationsgehalt besitzen. Alternativ oder zusätzlich kann das Rechenmodell auf Grundlage der übertragenen Daten im ersten Betriebsmodus angelernt werden. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise kein gesonderter Aufbau für die Lernvorgänge notwendig ist.
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Insbesondere wird das Rechenmodell in einer Recheneinheit ausgeführt oder ist dort implementiert, insbesondere in einer vom ersten Teilsystem entfernten bzw. getrennten Recheneinheit, z.B. am Standort des zweiten Teilsystems oder im Sinne eines sog. Cloud-Ansatzes. Somit hat das zweite Teilsystem verlässlich Zugang zum Rechenmodell.
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Bevorzugt ist das zusammengesetzte technische System ein Fahrzeug. Fahrzeuge sind sehr komplexe zusammengesetzte Systeme, bei denen jedes Teilsystem in der Entwicklung sehr spezialisierte Kompetenzen erfordert.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen die wenigstens zwei Teilsysteme wenigstens ein Teilsystem auf, ausgewählt aus einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor, einer Traktions-Batterie und einer Steuereinheit bzw. einem Steuergerät. Dies sind Beispiele für Teilsysteme, die oft in einer separaten Entwicklungsumgebung konzipiert werden müssen.
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Insbesondere wird wenigstens eines der wenigstens zwei technischen Teilsysteme während des Verfahrens an einem Prüfstand geprüft. Dies ist vorteilhaft, da somit dem Teilsystem vorbestimmte Eingangsgrößen aufgeprägt werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Rechenmodell in einem Fahrzeugsteuergerät implementiert. Auf diese Weise kann der Applikationsaufwand im Fahrzeug reduziert werden, da bereits die Applikation des Fahrzeugsteuergerätes im gekoppelten Prüfstandsbetrieb im Rahmen einer vernetzten Prüfumgebung stattgefunden hat, bevor es in das physische Fahrzeug eingebaut wird. Beispiel wäre das Batteriesteuergerät für das Fahrzeug. Im Testverbund kann das Steuergerät appliziert werden, bevor es ins Fahrzeug eingebaut wird.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt drei schematisch dargestellte technische Teilsysteme, die gemäß dem ersten Prüfmodus gemäß einer bevorzugen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens validiert werden;
- 2 zeigt drei schematisch dargestellte technische Teilsysteme, die gemäß dem zweiten Prüfmodus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens validiert werden.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand der 1 und 2 beschrieben.
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In den 1 und 2 sind ein erstes technisches Teilsystem 100, ein zweites technisches Teilsystem 200 und ein drittes technisches Teilsystem 300 dargestellt. Die technischen Teilsysteme 100, 200, 300 sind dazu eingerichtet, zusammengesetzt ein technisches Gesamtsystem, hier beispielsweise ein Hybridfahrzeug zu bilden. Sie sind hier räumlich voneinander getrennt und durch eine Datenverbindung miteinander verbunden. Sie befinden sich beispielsweise bei verschiedenen Entwicklungspartnern.
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Jedes technische Teilsystem 100, 200, 300 ist in den Figuren in vier Kästchen unterteilt dargestellt. Dabei stellt das Kästchen links oben jeweils eine simulierte bzw. virtuelle Komponente des Teilsystems in Entwicklung dar, das Kästchen links unten stellt eine physische Komponente des Teilsystems in Entwicklung dar, die während des Prüfverfahrens, beispielsweise auf einem passenden Prüfstand, geprüft wird. Das Kästchen rechts oben stellt eine simulierte Komponente der anderen Teilsysteme (Restsystem) dar und das Kästchen rechts unten stellt eine physische Komponente des Restsystems dar.
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Beispielsweise hat ein Entwicklungspartner B dabei die Testhoheit über das dritte Teilsystem 300. Das in Entwicklung befindliche Teilsystem bei ihm sei ein Verbrennungsmotor 31. Um den Verbrennungsmotor betreiben zu können, benötigt er eine zugehörige Regelstrategie, die in einem sog. Motorsteuergerät (ECU) oder hier in einem virtuellen Motorsteuergerät 32 ausgeführt wird. Weiterhin betreibt er das Fahrzeug 33 mit einem realen oder hier virtuellen Fahrzeugsteuergerät 35 (VCU) auf einem Rollenprüfstand, der nach Maßgabe eines virtuellen Fahrzyklus 34 angesteuert wird. Das Fahrzeugsteuergerät 35 steuert beispielsweise die Drehmomentaufteilung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor.
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Ein Entwicklungspartner C entwickelt Batterie-Zellen 21 bzw. eine Batterie als erstes Teilsystem 200. Er verfügt über entsprechende Batteriezellenprüfstände.
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Ein Entwicklungspartner A entwickelt eine E-Achse, also einen elektrischen Fahrantrieb, als zweites Teilsystem 100. Auf dem Prüfstand befindet sich bei ihm als physische Komponente ein Elektromotor. Um den Elektromotor betreiben zu können, benötigt er eine zugehörige Regelstrategie, die in einem E-Motorsteuergerät oder hier in einem virtuellen E-Motorsteuergerät 11 ausgeführt wird. Weiterhin benötigt er Daten der Batterie 12.
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Um nun das E-Achsen-System zu testen, benötigt Entwicklungspartner A für sein virtuelles Batteriesystem 12 Daten über das Verhalten der Batteriezellen 21 von Entwicklungspartner C. Daher werden in einem ersten Prüfmodus von dem zweiten Teilsystem 200 stammende Daten an das erste Teilsystem 100 übertragen und dort verarbeitet. Nötigenfalls kann dies auch in die Rückrichtung geschehen. Für einen erfolgreichen Test müssen die Daten des jeweiligen anderen Teilsystems in Echtzeit zur Verfügung stehen.
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Insbesondere zur Absicherung von Fällen, in denen diese Echtzeitanforderung nicht erfüllt wird, kann gemäß 2 ein Rechenmodell 400 des ersten Teilsystems 200 eingesetzt werden.
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In einem zweiten Prüfmodus empfängt das das zweite Teilsystem 100 von dem Rechenmodell 400 stammende Daten und kann diese weiterverarbeiten. Dieses Rechenmodell 400 stellt somit eine Simulation des ersten Teilsystems 100 dar.
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Das Anlernen des Rechenmodells 400 kann beispielsweise mittels Prüfstandsmessungen an einem Prüfstand oder anhand real übertragener Daten (quasi durch Belauschen des Datenverkehrs zwischen erstem und zweitem Teilsystem) erfolgen.
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Sobald die Qualität des Rechenmodells ausreichend gut ist, kann auf die Echtzeitanforderung in dem ersten Prüfmodus in der Kommunikation auch ganz verzichtet werden, da der Validierungsprozess beim Entwicklungspartner A ausschließlich im zweiten Prüfmodus arbeiten und auf das Rechenmodell 400 der Batterie zurückgreifen kann. Das Rechenmodell 400 kann hierbei insbesondere in einer Recheneinheit am Standort des zweiten Teilsystems oder in einer vom Standort des zweiten Teilsystems entfernten Recheneinheit ausgeführt werden.
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Das Modell kann ein empirisch-physikalisches Modell oder aber auch ein Verhaltensmodell in Form eines Kennfeldes oder eines künstlichen neuronalen Netzes sein. Insbesondere die Verhaltensmodelle in Form von Kennfeldern oder künstlichen neuronalen Netzen können zwischen den unterschiedlichen Entwicklungspartnern ausgetauscht werden, ohne komponentenspezifisches Know-How preiszugeben.
