DE102020130356A1

DE102020130356A1 - Verfahren und Prüfsystem für eine Prüfung eines Signalverlaufs

Info

Publication number: DE102020130356A1
Application number: DE102020130356.4A
Authority: DE
Inventors: Björn Fröhlich; Aleksandar Tesic
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Prüfung eines Signalverlaufs (s), wobei der Signalverlauf (s) für einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße (201) bei einem technischen System (1) spezifisch ist, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:- Bereitstellen einer Annäherungsfunktion (w) zur Annäherung an den Signalverlauf (s),- Erfassen wenigstens eines Messwertes (202) des Signalverlaufs (s) zu wenigstens einem Messzeitpunkt (tm),- Durchführen eines Vergleichs (102) des erfassten Messwertes (202) mit der bereitgestellten Annäherungsfunktion (w),- Durchführen einer Auswertung (103) eines Vergleichsergebnisses (205) des Vergleichs (102), um wenigstens einen Zustand des technischen Systems (1) zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Prüfsystem für eine Prüfung eines Signalverlaufs.
Aus der Schrift DE 10 2015 014 873 A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit eines Tanks bekannt, bei welchem ein Integral eines Signalverlaufs ermittelt wird.
Darüber hinaus sind auch weitere Systeme und Verfahren bekannt, um ein Tanksystem auf Leckagen zu überprüfen. Hierzu wird bspw. durch das Einpumpen von Luft in den Tank ein gewünschter Zieldruck erreicht. Anschließend wird im verschlossenen Tanksystem ein Druckabfall detektiert. Abhängig von dem Vorliegen und einer Auswertung eines Druckabfalls kann auf Lecks des Tanksystems geschlossen werden. Bei dieser Auswertung des Druckabfalls ist es allerdings erforderlich, zunächst stets den gleichen Zieldruck im Tanksystem herzustellen.
Herkömmliche Verfahren und Prüfsysteme erfordern häufig das Herbeiführen eines Zieldrucks und/oder das Entlüften eines Tanks auf den Umgebungsdruck zur Durchführung einer Leckdiagnose.
Ferner sind bei anderen Arten von Systemen, in welchen ein Signalverlauf ausgewertet werden muss, ähnliche Probleme bekannt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lösung zum Prüfen eines Signalverlaufs vorzuschlagen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Prüfsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Prüfsystem, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren für eine Prüfung eines Signalverlaufs, insbesondere eines abklingenden Signalverlaufs wie eines Druckabfalls.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der Signalverlauf für einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße bei einem technischen System spezifisch ist, insbesondere nachdem ein Abfall des Signalverlaufs, wie ein Druckabfall, manuell oder automatisch beim technischen System initiiert wurde.
Es kann möglich sein, dass der Anfangswert des Signalverlaufs vor der Initiierung des Abfalls unverändert bleibt. Beispielsweise muss kein vorgegebener Zieldruck hergestellt werden, bevor der Druckabfall initiiert wird. Es wird zur Prüfung somit der bestehende Anfangswert des Signalverlaufs verwendet.
Zur Prüfung können anschließend die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, vorzugsweise nacheinander in der angegebenen Reihenfolge oder in beliebiger Reihenfolge, wobei einzelne oder sämtliche Schritte auch wiederholt durchgeführt werden können, insbesondere zu unterschiedlichen und/oder nachfolgenden Messzeitpunkten:

- Bereitstellen einer (insbesondere zeitabhängigen) Annäherungsfunktion zur Annäherung an den Signalverlauf, bevorzugt in digitaler und/oder mathematischer Form, vorzugsweise durch eine Bereitstellungskomponente in der Form eines Datenspeichers, insbesondere durch das Ausgeben der Annäherungsfunktion in digitaler Form an eine Vergleichskomponente,
- Erfassen wenigstens oder genau eines Messwertes des Signalverlaufs zu wenigstens oder genau einem Messzeitpunkt, vorzugsweise durch eine Erfassungskomponente in der Form einer Messvorrichtung, wie eines Drucksensors, welche in das technische System integriert ist,
- Durchführen (wenigstens) eines Vergleichs des (wenigstens oder genau einen) erfassten Messwertes mit der bereitgestellten Annäherungsfunktion,
- Durchführen einer Auswertung eines Vergleichsergebnisses des Vergleichs, um wenigstens einen Zustand des technischen Systems zu bestimmen.

Dies hat den Vorteil, dass durch die Verwendung einer Annäherungsfunktion für die Prüfung auf die Herbeiführung eines festen Anfangswerts für den Signalverlauf verzichtet werden kann. Vielmehr ist das beschriebene Vorgehen flexibel auf verschiedene Formen eines Signalverlaufs anwendbar.
Der Signalverlauf kann einen zeitlichen Verlauf eines Signals umfassen. Unter einem Signal wird dabei insbesondere ein Messsignal verstanden, also ein erfassten Wert der Messgröße zu einem bestimmten Messzeitpunkt.
Das Bereitstellen der Annäherungsfunktion kann bspw. dadurch erfolgen, dass die Annäherungsfunktion als mathematische Funktion in einem Datenspeicher des erfindungsgemäßen Systems hinterlegt ist.
Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass die Annäherungsfunktion als eine zeitabhängige Funktion ausgeführt ist, die (insbesondere nur) von den Parametern Zeit und einem Anpassungsparameter abhängig ist. In anderen Worten kann die Annäherungsfunktion als eine Funktion ausgeführt sein, die von dem Anpassungsparameter als einen Parameter der Funktion - und ansonsten nur von dem Parameter „Zeit“ - abhängt. Dies trifft bspw. auf eine Wurzelfunktion zu, welche mit dem Anpassungsparameter (dann als ein Faktor) multipliziert wird und welcher der Messzeitpunkt als Funktionsparameter übergeben wird. Der Anpassungsparameter kann als ein zeitkonstanter Parameter der Funktion und/oder als eine Kenngröße der Funktion ausgeführt sein.
Es ist denkbar, dass die Annäherungsfunktion eine vom Messzeitpunkt abhängige Funktion, z. B. in der Form einer Wurzelfunktion, aufweist, und vorteilhafterweise der Anpassungsparameter als ein Anpassungsfaktor der Funktion ausgeführt ist. Konkret kann die Annäherungsfunktion durch eine Wurzelfunktion definiert werden, welche bspw. mit dem Messzeitpunkt als Funktionsparameter berechnet wird, und anschließend mit einem Anpassungsparameter angepasst und insbesondere multipliziert wird. Somit kann der Anpassungsparameter gemäß einer weiteren Ausgestaltung als ein Anpassungsfaktor ausgeführt sein.
Die Verwendung einer zeitabhängigen Annäherungsfunktion mit einem zeitkonstanten Anpassungsparameter hat den Vorteil, dass die Annäherungsfunktion - wie der Signalverlauf bzw. der zugrundeliegende Prozess im technischen System - von der Zeit abhängig ist, jedoch zeitunabhängig durch den Anpassungsparameter charakterisiert und/oder gekennzeichnet werden kann. Der Anpassungsparameter ist damit eine Kenngröße sowohl für die Annäherungsfunktion und nach Annäherung auch für den Signalverlauf. Die Annäherung kann bspw. dadurch erfolgen, dass der Anpassungsparameter numerisch variiert wird, und die sich daraus resultierenden Ergebnisse der Annäherungsfunktion mit dem erfassten Messwert verglichen werden. Es kann dann für die Annäherung nach einem Anpassungsparameter gesucht werden, welcher (anhand des Vergleichs) die größte Übereinstimmung des Funktionsergebnisses mit dem Messwert ergibt. Dieser Anpassungsparameter kann dann zur Kennzeichnung des Signalverlaufs dienen, und je nach Wert auch den Zustand des Systems indizieren.
Beispielsweise wird die Annäherungsfunktion durch eine Wurzelfunktion definiert, welche mit dem Messzeitpunkt als Funktionsparameter berechnet wird, und anschließend mit einem (insbesondere zeitkonstanten, und damit nicht wie die Annäherungsfunktion zeitabhängigen) Anpassungsparameter angepasst und insbesondere multipliziert wird. Die Annäherungsfunktion kann aber grundsätzlich auch eine andere vom Messzeitpunkt abhängige Funktion aufweisen, welche mit dem Anpassungsparameter multipliziert oder in anderer Weise verarbeitet wird. Die Annäherungsfunktion kann grundsätzlich abhängig sein von dem Messzeitpunkt und dem Anpassungsparameter.
Unter einem Anpassungsparameter kann im Rahmen der Erfindung bspw. ein Anpassungsfaktor oder ein Anpassungsoffset verstanden werden. Der Anpassungsfaktor ist insbesondere ein Vorfaktor der Annäherungsfunktion. Der Anpassungsoffset kann ein Wert sein, welcher bei der Annäherungsfunktion hinzuaddiert wird.
Es ist denkbar, dass das Durchführen des Vergleichs die nachfolgenden Schritte umfasst:

- Ermitteln eines Anpassungsparameters der Annäherungsfunktion zur Annäherung (der Annäherungsfunktion) an den Signalverlauf und/oder Messwert zum Messzeitpunkt, wobei insbesondere derjenige Anpassungsparameter ermittelt wird, aus welchem ein Ergebnis der Annäherungsfunktion resultiert, das dem Signalverlauf bzw. Messwert am nächsten kommt,
- Vergleichen des Anpassungsparameters oder eines vom Anpassungsparameter abhängigen Wertes mit wenigstens einem Schwellenwert, um das Vergleichsergebnis zu bestimmen.

Die Durchführung des Vergleichs kann in anderen Worten den Schritt umfassen, dass die Annäherungsfunktion für den Messzeitpunkt und für den Anpassungsparameter - insbesondere einen variierten Anpassungsparameter - berechnet wird. Die Annäherungsfunktion kann zur Annäherung an den Messwert und/oder Signalverlauf zunächst für verschiedene Anpassungsparameter berechnet werden. Die jeweiligen Ergebnisse können dann mit dem erfassten Messwert verglichen werden. Es wird dann das Ergebnis ausgewählt, welches dem erfassten Messwert am nächsten kommt. Der zur Berechnung dieses Ergebnisses verwendete Anpassungsparameter ist auf diese Weise für den konkreten Signalverlauf bzw. Messwert spezifisch. Anhand dieses Anpassungsparameters kann, z. B. durch den Vergleich mit wenigstens einen oder mehreren Schwellenwerten, das Vergleichsergebnis, und mittels des Vergleichsergebnisses beim Durchführen der Auswertung der Zustand des technischen Systems bestimmt werden.
Der vom Anpassungsparameter abhängige Wert kann bspw. ein aus dem Anpassungsparameter berechneter Wert, bspw. ein Quadrat des Anpassungsparameters, sein. Eine zusätzliche Quadrierung des Anpassungsparameters bzw. Fitting-Faktors kann ferner eine noch bessere Trennschärfe zwischen verschiedenen Kurvenverläufen ermöglichen.
Der Verlauf der Messgröße kann eine Veränderung der Messgröße bezeichnen, welche durch einen realen physikalischen Prozess verursacht wird, wie bspw. einen Druckausgleich. Der Signalverlauf umfasst dabei die Messwerte, welche während der Veränderung der Messgröße wiederholt und ggf. regelmäßig erfasst werden, z. B. durch die Erfassungskomponente. Der Signalverlauf ist insbesondere ein Kurvenverlauf, welcher mathematisch durch die Annäherungsfunktion approximiert werden kann. Anstelle einer starren Modellierung des Signalverlaufs, etwa durch Bestimmung einer mathematischen Vorschrift, die den Kurvenverlauf der Werte der physikalischen Größe möglichst exakt bestimmt bzw. prädiziert, zielt das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere darauf ab, eine möglichst einfache Approximation zu finden, die aber auch nur zu einem bestimmten Betrachtungszeitpunkt korrekt ist. Insbesondere werden für die Approximation Kurven gewählt, die sich durch eine Formel (d. h. die Annäherungsfunktion) beschreiben lassen, die neben der Abhängigkeit von der Zeit nur einen weiteren Parameter aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Bewertung des Kurvenverlaufs, etwa zur Feststellung von Fehlerzuständen in einer Diagnosefunktion, gegeben sein durch die fortlaufende Bewertung der Änderungen des Parameters, welcher mit jedem Rechenschritt neu bestimmt werden kann. Dieser Parameter wird im Rahmen der Erfindung auch als „Anpassungsparameter“ bzw. in der Ausbildung als Anpassungsfaktor als „Fitting-Faktor“ bezeichnet.
Der Signalverlauf kann z. B. in der Form einer Druckabfallkurve und/oder eines abklingenden Signalverlaufs vorgesehen sein. Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Schritte des Erfassens des Messwertes und/oder Durchführens des Vergleichs und/oder Durchführens der Auswertung zyklisch durchgeführt werden und/oder Teil einer Beobachtungsphase, insbesondere Druckbeobachtungsphase, sind, in welcher der Signalverlauf analysiert wird. Die Beobachtungsphase kann z. B. ohne aktive Herbeiführung eines vordefinierten Anfangswert des Signalverlaufs bzw. der Messgröße eingeleitet werden. Beispielsweise erfolgt die Einleitung der Beobachtungsphase, wenn eine Veränderung des Signalverlaufs erkannt wird.
Das Erfassen des Messwertes kann wenigstens einen der nachfolgenden Schritte umfassen:

- Einlesen des wenigstens einen Messwertes p(t), insbesondere Druckwertes p(t), zum Messzeitpunkt tm,
- Ermitteln eines Maximalwertes p_max anhand des wenigstens einen eingelesenen Messwertes p(t) und/oder anhand wenigstens eines vorangegangenen eingelesenen Messwertes,
- Anpassen (Korrigieren) des eingelesenen Messwertes p(t) anhand des ermittelten Maximalwertes p_max, z. B. durch die Berechnung p neu (t) = p_max - p(t), wobei p_neu der angepasste Messwert ist.

Das Ermitteln des Maximalwertes p_max kann z. B. für die erste Messung bzw. die ersten Messungen erfolgen, also auch vor dem ersten Erfassen eines Messwertes p(t), welcher für den Vergleich und die Auswertung und/oder für die Beobachtungsphase verwendet wird. Hierzu kann wiederholt die Messung durchgeführt werden, um jeweils den größten Messwert der Messung als Maximalwert p_max festzulegen. Sobald durch die wiederholte Messung ein Abfall des Messwertes erkannt wird, kann die Beobachtungsphase eingeleitet werden, also die Schritte des Erfassens des Messwertes und/oder Durchführen des Vergleichs und/oder Durchführen der Auswertung wiederholt ausgeführt werden.
Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass ein gezielten Aufpumpen des Tanksystems auf einen definierten Zieldruck (als Anfangswert der Messgröße Druck) nicht erforderlich ist, um den Signalverlauf zu erhalten. Sofern als das technische System ein anderes System als ein Tanksystem zum Einsatz kommt, ist entsprechend das Herbeiführen eines Anfangswerts der Messgröße nicht erforderlich, um den Signalverlauf zu erhalten. Es kann somit von verschiedenen Anfangswerten der Abfall des Signalverlaufs initiiert werden, z. B. der Druckausgleich im Tanksystem initiiert werden. Eine Integration der Differenzmesswerte (insbesondere des Differenzdrucks) des Signalverlaufs über die Zeit ist ebenfalls nicht notwendig. Um mit den unterschiedlichen Signalverläufen umgehen zu können, kann erfindungsgemäß eine Annäherungsfunktion verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorteilhafterweise der Signalverlauf, z. B. in der Form einer Druckabfallkurve, bei unterschiedlichen Anfangswertes (Anfangsdrücken) geprüft werden, insbesondere unabhängig vom Anfangswert, bspw. durch eine kontinuierliche Berechnung der Kurvenkrümmung des Signalverlaufs.
Gemäß einem weiteren Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Durchführen der Auswertung des Vergleichsergebnisses den nachfolgenden Schritt umfasst:

- Bestimmen eines ersten Zustands des Systems, wenn der (ermittelte) Anpassungsparameter oder der vom Anpassungsparameter abhängige Wert größer ist als der Schwellenwert, insbesondere ein erster Schwellenwert, und/oder Bestimmen eines dritten Zustands des Systems, wenn der (ermittelte) Anpassungsparameter oder der vom Anpassungsparameter abhängige Wert größer ist als ein zweiter Schwellenwert, und andernfalls Bestimmen eines zweiten Zustands des Systems.

Es kann auch möglich sein, dass der zweite Zustand einen Zustand ohne Leck, der erste Zustand einen Zustand mit einem Leck eines ersten Leckdurchmessers, und der dritte Zustand als ein Zustand mit einem Leck eines zweiten Leckdurchmessers bezeichnet. Somit können durch die Auswertung verschiedene Leckdurchmesser unterschieden werden, z. B. durch die Verwendung entsprechender Schwellenwerte.
Ferner ist es optional vorgesehen, dass das Verfahren für die Prüfung in der Form einer Tankleckdiagnose durchgeführt wird, wobei die Messgröße ein Druck im technischen System in der Form eines Tanksystems ist, wobei der Signalverlauf für einen Druckausgleich innerhalb des Tanksystems spezifisch ist, und der Zustand des technischen Systems für ein Vorliegen eines Lecks bei dem Tanksystem spezifisch ist. Der Druckverlauf bei einer vorhandenen Leckage im Tanksystem kann abhängig sein vom Differenzdruck zwischen Tankdruck und Umgebungsdruck. Anhand des Strömungsverhaltens durch eine Blende nimmt die durchströmte Masse mit sinkendem Differenzdruck ab. Dies führt insbesondere dazu, dass zu Beginn der Druckbeobachtungsphase der Druck sehr schnell sinkt und mit sinkendem Differenzdruck abflacht. Der Verlauf dieser Druckabfallkurve kann erfindungsgemäß herangezogen werden, um eine Differenzierung in unterschiedliche Leckgrößen vorzunehmen (je größer das Leck desto schneller der Druckabfall).
Vorteilhaft ist es zudem, wenn bei dem technischen System (insbesondere in der Form eines Tanksystems) eine Veränderung der Messgröße (insbesondere in der Form eines Drucks) überwacht wird, und vorzugsweise die Durchführung der Verfahrensschritte initiiert wird, wenn anhand der Überwachung die Veränderung (und insbesondere ein Druckabfall des Drucks, bspw. aber erst nach Erreichen eines Zieldrucks) erkannt wird. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine Veränderung der Messgröße, insbesondere durch ein Öffnen eines Druckventils des Systems, aktiv initiiert wird, um daraufhin die Verfahrensschritte durchzuführen. Um den Druckabfall zu erkennen, kann bspw. (nach der vordefinierte Zieldruck erreicht wurde) ein Abfall des Drucks detektiert werden, z. B. als ein Knick im Druckverlauf. Allgemein formuliert kann die Veränderung durch eine Anomalie im Verlauf der Messgröße erkannt werden. Der Verlauf der Messgröße kann für die Überwachung fortlaufend ermittelt werden, z. B. durch die wiederholte Erfassung der Messwerte. Der letzte Wert vor der Veränderung bzw. des Abfalls kann dabei als Startwert für den Signalverlauf verwendet werden.
Zur Auslösung einer Veränderung der Messgröße bei dem System in der Form eines Tanksystems können die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:

- Schließen eines Druckventils am luftseitigen Einlass eines Aktivkohlebehälters des Tanksystems (folglich existieren im Tanksystem zwei verschlossene Räume mit unterschiedlichen Druckniveaus und verschieden großen Volumina),
- Öffnen eines Tankabsperrventils des Tanksystems, um zwischen den verschlossenen Räumen den Druckausgleich zu initiieren.

Das Auslösen der Veränderung der Messgröße kann den Beginn der Druckbeobachtungsphase definieren. Die Auslösung kann unabhängig vom Anfangsdruck erfolgen.
Das Tanksystem kann z. B. als Komponenten einen Aktivkohlebehälter und/oder ein Tankentlüftungsventil und/oder ein Tankabsperrventil aufweisen. Der Druckausgleich kann z. B. im Teilraum zwischen diesen Komponenten erfolgen.
Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung optional möglich, dass das Verfahren bei einem Fahrzeug durchgeführt wird, wobei das Tanksystem Teil des Fahrzeuges ist. Das Fahrzeug ist z. B. ein Kraftfahrzeug und/oder ein Personenkraftfahrzeug und/oder ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor.
Zudem ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Annäherungsfunktion einen variablen Anpassungsparameter zur Annäherung an den Signalverlauf aufweist, welcher zur Charakterisierung des Signalverlaufs und/oder des Zustands des Systems verwendet wird. Der Anpassungsparameter kann daher abhängig von seinem Wert verschiedene Signalverläufe charakterisieren.
Des Weiteren ist es denkbar, dass die Annäherungsfunktion eine von dem Messzeitpunkt abhängige Funktion aufweist, welche durch einen variablen Anpassungsparameter angepasst wird, und insbesondere mit dem variablen Anpassungsparameter multipliziert wird, wobei vorzugsweise durch das Durchführen des Vergleichs derjenige Anpassungsparameter ermittelt werden kann, durch welchen die Annäherungsfunktion den erfassten Messwert zum Messzeitpunkt ergibt. In anderen Worten kann der Anpassungsparameter der Annäherungsfunktion variiert werden, und derjenige Anpassungsparameter ermittelt werden, welcher zu einem Ergebnis der Annäherungsfunktion führt, welches dem Signalverlauf und insbesondere dem Messwert am nächsten kommt. Auf diese Weise kann das Durchführen des Vergleichs dadurch erfolgen, dass eine Annäherung an den Signalverlauf durch die Annäherungsfunktion erfolgt.
Es kann möglich sein, dass die Annäherungsfunktion als „w(t)“ bezeichnet wird, und durch „w(t) = c*f(t)“, insbesondere „w(t)= c*sqrt(t)“ definiert ist, oder bei der Ausbildung des Anpassungsparameters als Anpassungsoffset als „w(t)= c+f(t)“ definiert ist. „*“ bezeichnet hierbei den Operator für die Multiplikation, „f(t)“ die vom Messzeitpunkt tm abhängige Funktion, insbesondere Wurzelfunktion „sqrt“. Von weiterem Vorteil kann daher vorgesehen sein, dass die Annäherungsfunktion die vom Messzeitpunkt abhängige Funktion in der Form einer Wurzelfunktion aufweist, „c“ ist der variable Anpassungsparameter. Somit ergibt sich die Annäherungsfunktion w(t) durch: $w (t) = c * f (t) .$
Das Ergebnis der Annäherungsfunktion w(t) sollte dem erfassten Messwert annähernd entsprechen, wenn eine ausreichende Annäherung erfolgt ist. Beispielsweise kann hierzu nach jedem Schritt des Erfassens beim Durchführen des Vergleichs der Verlauf der p_neu Werte oder auch ein einzelner p neu Wert durch die Annäherungsfunktion w(t) approximiert werden. Bei jedem Durchführen des Vergleichs (im Sinne eines Rechenschritts) kann zudem der Anpassungsparameter c berechnet werden durch: $c (t) = p_neu (t) / f (t)$
Der Anpassungsparameter c in der Ausbildung eines Anpassungsfaktors kann dabei auch als Vorfaktor der Annäherungsfunktion w(t) oder als Fitting-Faktor bezeichnet werden. Anschließend können die berechneten Vorfaktoren gegen die Diagnoseschwellen einzelner Leckagen verglichen werden. Die Schwellwerte können dabei abhängig von Umgebungsgrößen bestimmt werden, die Einfluss insbesondere auf den Absolutdruck haben (Umgebungsdruck und -temperatur bzw. Tanktemperatur und Tankinnendruck, Tankfüllstand). Die Berechnung eines Anpassungsparameters bzw. Fitting-Faktors ermöglicht eine einfache und zuverlässige Unterscheidung zwischen verschiedenen Kurvenverläufen des Signalverlaufs. Eine zusätzliche Quadrierung des Anpassungsparameters bzw. Fitting-Faktors kann ferner eine noch bessere Trennschärfe zwischen verschiedenen Kurvenverläufen ermöglichen. Ferner kann darauf verzichtet werden, dass der Startdruck bzw. Zieldruck im System immer identisch ist, um ein Leck zu diagnostizieren. Es können bspw. Schwellenwerte zur Unterscheidung von Lecks mit einem 0,5 mm und einem 1,0 mm Durchmesser verwendet werden.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Prüfsystem, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Hierbei weist das Prüfsystem die nachfolgenden Komponenten auf, welche vorzugsweise zur Integration in ein Fahrzeug ausgeführt sind:

- eine Bereitstellungskomponente zum Bereitstellen einer Annäherungsfunktion zur Annäherung an den Signalverlauf,
- eine Erfassungskomponente zum Erfassen wenigstens oder genau eines Messwertes des Signalverlaufs zu wenigstens oder genau einem Messzeitpunkt,
- eine Vergleichskomponente zum Durchführen eines Vergleichs des erfassten Messwertes mit der bereitgestellten Annäherungsfunktion,
- eine Auswertekomponente zum Durchführen einer Auswertung eines Vergleichsergebnisses des Vergleichs, um wenigstens einen Zustand des technischen Systems zu bestimmen.

Damit bringt das erfindungsgemäße Prüfsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Die Erfassungskomponente und/oder Vergleichskomponente und/oder Auswertekomponente können dabei Teil einer Elektronik, bspw. wenigstens eines Mikrocontrollers, sein.
Ebenfalls unter Schutz gestellt ist das Fahrzeug mit dem Prüfsystem.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 bis 5 beispielhafte Kurven des Signalverlaufs und der Annäherungsfunktion,
6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Prüfsystems.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist ein beispielhafter Verfahrensablauf dargestellt, welcher für eine Prüfung eines, insbesondere abklingenden, Signalverlaufs s verwendet werden kann. Dabei kann der Signalverlauf s für einen Verlauf einer Messgröße 201 bei einem technischen System 1 wie einem in 6 dargestellten Tanksystem 1 eines Fahrzeuges 2 spezifisch sein.
Zunächst erfolgt gemäß einem ersten Verfahrensschritt 401 im Rahmen eines Erfassens wenigstens eines Messwertes 202 eine Signalerfassung, welche optional zeitsynchron durchgeführt werden kann. Der auf diese Weise erfasste Signalverlauf s, insbesondere in der Form eines erfassten Eingangssignals s, bzw. die dieses repräsentierende erfassten Messwerte 202, können anschließend aufbereitet und im Verfahrensschritt 402 zur Bestimmung eines Fitting-Faktors c mit einer zuvor bereitgestellten Annäherungsfunktion w verglichen werden. Die Annäherungsfunktion w kann bspw. in der Form w(t) = c * f(t) bereitgestellt sein, wobei als t der aktuelle Messzeitpunkt tm des Messwertes 202 eingesetzt werden kann. Die Annäherungsfunktion w ist somit eine von der Zeit t abhängige Funktion, welche auch als essentielle Prüffunktion bezeichnet werden kann. Der Ansatz kann hierbei sein, dass s = c*f(t) im Messzeitpunkt t = tm angestrebt wird, also das Eingangssignal s nach der Anpassung mittels des Fitting-Faktors c auf dem Kurvenverlauf der Funktion f liegt. Dies ermöglicht es, im aktuellen Zeitschritt (also dem Messzeitpunkt tm) den Fitting-Faktor c wie folgt zu berechnen: $c = s / f (tm)$
Nachdem beim Durchführen des Vergleichs der Fitting-Faktor c berechnet wurde, kann dieser oder ein davon abhängiger Wert im Verfahrensschritt 403 mit wenigstens einen Schwellenwert sw verglichen werden. Sofern der Fitting-Faktor c unterhalb des Schwellenwertes sw liegt, wird im Rahmen des Durchführens der Auswertung festgestellt, dass kein Fehler bzw. Leck vorliegt. Die voranstehenden Schritte 401 bis 403 können dann erneut durchgeführt werden, um insbesondere zyklisch die Leckdiagnose durchzuführen. Falls beim Vergleich der Fitting-Faktor c oder der davon abhängige Wert oberhalb des wenigstens einen Schwellenwertes sw liegt, kann ein dem jeweiligen Schwellenwert sw zugeordneter Fehler bzw. Leckdurchmesser im weiteren Schritt 404 festgestellt werden. Es wird also ein Fehler erkannt. Neben der Detektion von Lecks können bei anderen technischen Systemen auch andere Fehlerarten auf diese Weise identifiziert werden.
Für eine Detailbetrachtung des Signalverhaltens beim Abklingen des Signalverlaufs s wird die folgende Notation verwendet:

s(t):: zeitlicher Verlauf des Signals, ggf. approximierbar mit xe^(y*t)+z
s0 = s(t=0):: Messwert zu Beginn des Abklingprozesses d. h. t = 0 wird als Startpunkt der Betrachtung gesetzt

Smax = s0:: Bei Abklingen ist dies der Maximalwert
s(t) -> slim:: Grenzwert, gegen den die Messwerte streben
smin = slim:: Bei Signalabklingen ist dies der Minimalwert

Bei einer diskretisierten Zeitachse ist ein fester Zeitschritt dT für die Erfassung der Messwerte vorgegeben: t₀ = 0 < t₁ = t₀+dT < t₂ = t₁+dT < t₃ = t₂+dT < ...
Die Messwerte 202 seien gegeben durch s_max = s(0) = s₀ > s₁ > s₂ > ... > s_min; mit s_i = s(t_i), t_i = i*dT
Ziel bei dem Durchführen des Vergleichs ist es dann vorteilhafterweise, eine Annäherungsfunktion w in der Form w(t) = c*f(t) zu finden mit

c: Fitting-Faktor, d. h. ein Parameter, insbesondere konstant im Sinne „nicht abhängig von t“
f(t): Funktion, die keine weiteren Abhängigkeiten von anderen Größen aufweist und/oder keine weiteren Parameter enthält

_i

Je nach Werteverlauf der s_i kann es erforderlich sein, die erfassten Werte zunächst aufzubereiten. Die dazu erforderlichen Rechenschritte sollten aber möglichst generisch sein, etwa Aufschlagen eines Offsets, Invertieren der Werte oder Skalierung der Werte.
Der Signalverlauf s während des Abklingvorgangs kann beispielhaft wie folgt analysiert werden (gemäß der nachfolgende Punkte 1 bis 4, welche optionale Verfahrensschritte bezeichnen):

1. In jedem Rechenschritt t_i wird der Messwert s_i erfasst
2. (optional) Der eingelesene Wert s_i wird gemäß einer festen Rechenvorschrift T überführt in einen korrigierten Wert T(s_i) -> s_i
3. In jedem Rechenschritt erfolgt ein Vergleich mit der Annäherungsfunktion w als Referenzfunktion w = c*f(t), in dem der zu s_i passende Koeffizient (d. h. der Anpassungsparameter c) berechnet wird: c_i = s_i/f(t_i)
4. Der berechnete Anpassungsparameter c_i kann sodann mit Schwellwerten verglichen werden, die zuvor entsprechend der abzuprüfenden Kriterien festgelegt wurden

Die im Punkt 4 genannten Schwellwerte können dabei von weiteren physikalischen Größen abhängen, und die Wahl der Funktion f kann im Wesentlich den Prüfumfang bestimmen; sie kann daher als essentielle Prüffunktion bezeichnet werden. Das Verfahren kann den essentiellen Teil der Funktion vom „Anpassungsparameter“ c separieren, der die Funktion f an den Verlauf der realen Werte s anpasst. Daher wird c in der Form eines Anpassungsfaktors auch Fitting-Faktor genannt. Jeder Rechenschritt kann dabei einen einzelnen Durchlauf der Schritte „Erfassen des Messwertes“, „Durchführen des Vergleichs“ und „Durchführen der Auswertung“ bezeichnen.
In 2 sind beispielhafte Signalverläufe s für einen Druckabfall bei einem Tanksystem gezeigt. Bezeichnet sind diese als s1 für einen Druckverlauf bei einem Leck mit 0,5 mm Durchmesser, s2 für einen Druckverlauf bei einem Leck mit 1,0 mm Durchmesser, und s1' bzw. s2' bezeichnen jeweils die invertierten Druckverläufe ab dem Zeitpunkt des Druckabfalls. Ferner sind die Achsenbezeichnungen (Druck in hPa und die Zeit t) angegeben. Es wird deutlich, dass ab Beginn des Druckabfalls die weiter erfassten Druckwerte „am Max-Wert s_max gespiegelt“ und somit auf Null normiert werden können (mathematisch p := pmax - p_roh). Dies kann der festen Rechenvorschritt in Punkt 2 entsprechen.
Die sich auf diese Weise ergebenden Kurven sind dem Graphenverlauf der Wurzelfunktion sehr nah, so dass sich diese hier als essentielle Prüffunktion anbietet.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. zur Leckdiagnose bei einem Tanksystem 1 eines Fahrzeuges 2 verwendet werden. Betrachtet man für reale Druckabfallkurven jeweils die Differenz d_i := p_max-p_i, so ergibt sich eine Kurve, die asymptotisch gegen einen Grenzwert läuft. Der Verlauf der d_i - Kurve ist dabei qualitativ ähnlich dem Verlauf einer Wurzelfunktion. Die Wurzelfunktion strebt nicht gegen einen festen Grenzwert, sondern geht langsam gegen ∞. Die Approximation kann demnach nur für einen Druckwert passen. Damit für jeden Druckwert eine Approximation möglich ist, kann die Wurzelfunktion noch mit dem Anpassungsparameter c versehen werden. Dies ergibt die Funktion w(t) = c* sqrt (t) (wobei sqrt die Wurzelfunktion bezeichnet).
In 3 ausgehend von der Notation in 2 die Verläufe s1' und s2' dargestellt, welche sich nach Aufbereitung der realen gemessenen Druckwerte ergeben. Die weiteren Kurven sind Darstellungen der Wurzelfunktion mit variierendem Fitting-Faktor c1 bis c6. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die unterschiedlichen realen Kurvenverläufe andere Größenordnungen der zur Anpassung erforderlichen Fitting-Faktoren ausmachen.
Der Signalverlauf während des Abklingvorgangs kann wie folgt analysiert werden, wobei die nachfolgenden Schritte optional Teil der Verfahrensschritte „Erfassen des Messwertes“, „Durchführen des Vergleichs“ und „Durchführen der Auswertung“ sein können:

1. In jedem Rechenschritt t_i wird der Druckwert p_i erfasst,
2. Ist der Druckwert erstmalig kleiner als der vorige, so bedeutet dies, dass ein Druckabfall erkannt ist, und es wird der vorige Wert als pmax gespeichert
3. Der Wert s_i = pmax - p_i wird berechnet
4. Der Wert c_i = s_i / sqrt (ti) wird berechnet
5. Ist der Wert c_i größer einer Schwelle C_klein, liegt ein Kurvenverlauf vor, der auf ein erstes Leck hindeutet; ist der Wert größer als eine Schwelle c_groß, deutet dies auf ein größeres zweites Leck als das erste Leck hin.

In 4 sind die sich ergebenden Kurven der berechneten Fitting-Faktoren c abhängig von den verwendeten Messwerten 202 gezeigt (jeweils gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen c). Es ist ersichtlich, dass diese gegen Schwellwerte sw geprüft werden können und so eine Unterscheidung der Druckverläufe (und somit der jeweils ursächlichen Lecks) möglich ist. Dargestellt sind jeweils mit dem Bezugszeichen sw ein oberer und unterer Schwellenwert, welche für unterschiedlich große Lecks vorgesehen sind.
Im konkreten Fall der Druckabnahme, allgemeiner bei Signalverläufen, für die eine Wurzelfunktion als essentielle Prüffunktion geeignet ist, kann auch das Quadrat des Fitting-Faktors bestimmt und ausgewertet werden, wobei die nachfolgenden Schritte optional Teil der Schritte „Erfassen des Messwertes“, „Durchführen des Vergleichs“ und „Durchführen der Auswertung“ sein können:

1. In jedem Rechenschritt t_i wird der Druckwert p_i erfasst,
2. Ist der Druckwert erstmalig kleiner als der vorige (Druckabfall erkannt), wird der vorige Wert als p_max gespeichert,
3. Der Wert s_i = pmax - p_i wird berechnet,
4. Der Wert (c_i)² = (s_i)²/t_i wird berechnet, und hierzu jeweils das Quadrat von c_i und s_i gebildet,
5. (Die Schwellwerte zur Erkennung eines kleinen bzw. großen Lecks sind entsprechend anzupassen)

In 5 ist entsprechend der Notation in 4 der daraus ergebene Verlauf gezeigt. Anstelle der Berechnung der Fitting-Faktoren mit dem Wurzelterm erfolgte hier die Bestimmung der quadrierten Terme, d. h.: ${(c_{i})}^{2} = {(s_{i})}^{2} / t_{i} .$
Der Verlauf dieser „quadrierten Fitting-Faktoren“ c ist qualitativ identisch zu den konventionell berechneten Fitting-Faktoren, spart aber Laufzeit, da die Berechnung der Wurzel entfällt. Zudem lässt sich auch die Trennschärfe etwas erhöhen, siehe Abstand der Schwellen.
Die Wahl einer faktoriellen Zerlegung in einen essentiellen Teil und einem Fitting-Faktor ist praktisch motiviert. Das Verfahren ist in gleicher Form auch mit anderen Zerlegungen anwendbar, etwa einer Zerlegung in eine Summe aus essentieller Prüffunktion f und Fitting-Offset c (gut geeignet zur Erkennung von Signal-Drifts): $s = f + c \Rightarrow c_{i} = s_{i} - f (t_{i}) .$
Allgemeiner kann für die Zerlegung jede Variante gewählt werden, die eine explizite Berechnung der sich ergebenden Fitting-Größe zulässt. Wird die Fitting-Größe c als weitere Variable von f aufgefasst, so ist der allgemeine Ansatz: $s = f (t, c) \Rightarrow c_{i} = f^{- 1} (t_{i}, s_{i}) .$
Ferner sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf fallende Signalverläufe beschränkt sein muss. Mit entsprechender Anpassung des relevanten Zeitintervalls sowie der Schwellwerte kann jeder beliebige Signalverlauf mittels simplifizierender Approximationen geprüft werden.
In 6 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Prüfsystem 300 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Prüfsystem 300 umfasst eine Bereitstellungskomponente 310 zum Bereitstellen einer Annäherungsfunktion w zur Annäherung an den Signalverlauf s. Ferner ist eine Erfassungskomponente 320 zum Erfassen wenigstens eines Messwertes 202 des Signalverlaufs s zu einem Messzeitpunkt tm vorgesehen. Außerdem kann eine Vergleichskomponente 330 zum Durchführen eines Vergleichs 102 des erfassten Messwertes 202 mit der bereitgestellten Annäherungsfunktion w genutzt werden. Anschließend kann durch eine Auswertekomponente 340 ein Durchführen einer Auswertung 103 eines Vergleichsergebnisses 205 des Vergleichs 102 erfolgen, um wenigstens einen Zustand des technischen Systems 1 zu bestimmen.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen
Bezugszeichenliste

1: System, Tanksystem
2: Fahrzeug
102: Vergleich
103: Auswertung
201: Messgröße, Druck
202: Messwert
205: Vergleichsergebnis
300: Prüfsystem
310: Bereitstellungskomponente
320: Erfassungskomponente
330: Vergleichskomponente
340: Auswertekomponente
401: erster Verfahrensschritt
402: zweiter Verfahrensschritt
403: dritter Verfahrensschritt
404: vierer Verfahrensschritt
s: Signalverlauf
sw: Schwellenwert
tm: Messzeitpunkt
w: Annäherungsfunktion
c: Anpassungsparameter
t: Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015014873 A1 [0002]

Claims

Verfahren für eine Prüfung eines Signalverlaufs (s), wobei der Signalverlauf (s) für einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße (201) bei einem technischen System (1) spezifisch ist, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: - Bereitstellen einer Annäherungsfunktion (w) zur Annäherung an den Signalverlauf (s), - Erfassen wenigstens eines Messwertes (202) des Signalverlaufs (s) zu wenigstens einem Messzeitpunkt (tm), - Durchführen eines Vergleichs (102) des erfassten Messwertes (202) mit der bereitgestellten Annäherungsfunktion (w), - Durchführen einer Auswertung (103) eines Vergleichsergebnisses (205) des Vergleichs (102), um wenigstens einen Zustand des technischen Systems (1) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen des Vergleichs (102) die nachfolgenden Schritte umfasst: - Ermitteln eines Anpassungsparameters (c) der Annäherungsfunktion (w) zur Annäherung an den Messwert (202) zum Messzeitpunkt (tm), - Vergleichen des Anpassungsparameters (c) oder eines vom Anpassungsparameter (c) abhängigen Wertes mit wenigstens einem Schwellenwert (sw), um das Vergleichsergebnis (205) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen der Auswertung (103) des Vergleichsergebnisses (205) den nachfolgenden Schritt umfasst: - Bestimmen eines ersten Zustands des Systems (1), wenn der Anpassungsparameter (c) oder der vom Anpassungsparameter (c) abhängige Wert größer ist als der Schwellenwert (sw), und andernfalls Bestimmen eines zweiten Zustands des Systems (1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für die Prüfung in der Form einer Tankleckdiagnose durchgeführt wird, wobei die Messgröße (201) ein Druck (201) im technischen System (1) in der Form eines Tanksystems (1) ist, wobei der Signalverlauf (s) für einen Druckausgleich innerhalb des Tanksystems (1) spezifisch ist, und der Zustand des technischen Systems (1) für ein Vorliegen eines Lecks bei dem Tanksystem (1) spezifisch ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Fahrzeug (2) durchgeführt wird, wobei das Tanksystem (1) Teil des Fahrzeuges (2) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsfunktion (w) einen variablen Anpassungsparameter (c) zur Annäherung an den Signalverlauf (s) aufweist, welcher zur Charakterisierung des Signalverlaufs (s) und/oder des Zustands des Systems (1) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsfunktion (w) eine von dem Messzeitpunkt (tm) abhängige Funktion aufweist, welche durch einen variablen Anpassungsparameter (c) angepasst wird, wobei durch das Durchführen des Vergleichs (102) derjenige Anpassungsparameter (c) ermittelt wird, durch welchen die Annäherungsfunktion (w) den erfassten Messwert (202) zum Messzeitpunkt (tm) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsfunktion (w) die vom Messzeitpunkt (tm) abhängige Funktion in der Form einer Wurzelfunktion aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem technischen System (1) in der Form eines Tanksystems (1) eine Veränderung der Messgröße (201) in der Form eines Drucks (201) überwacht wird, und die Durchführung der Verfahrensschritte initiiert wird, wenn anhand der Überwachung ein Druckabfall des Drucks (201) nach Erreichen eines Zieldrucks erkannt wird, und/oder dass eine Veränderung der Messgröße (201), insbesondere durch ein Öffnen eines Druckventils des Systems (1), aktiv initiiert wird.
Prüfsystem (300) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: - eine Bereitstellungskomponente (310) zum Bereitstellen einer Annäherungsfunktion (w) zur Annäherung an den Signalverlauf (s), - eine Erfassungskomponente (320) zum Erfassen wenigstens eines Messwertes (202) des Signalverlaufs (s) zu wenigstens einem Messzeitpunkt (tm), - eine Vergleichskomponente (330) zum Durchführen eines Vergleichs (102) des erfassten Messwertes (202) mit der bereitgestellten Annäherungsfunktion (w), - eine Auswertekomponente (340) zum Durchführen einer Auswertung (103) eines Vergleichsergebnisses (205) des Vergleichs (102), um wenigstens einen Zustand des technischen Systems (1) zu bestimmen.