DE10336598A1 - Vehicle combustion engine diagnosis procedure records measurements in compressed form using threshold to select linear or logarithmic function - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zur Zustandserkennung von Verbrennungsmotoren mittels komprimierter Belastungskollektiven. Die Belastungskollektive werden in komprimierter Form On-Board erfaßt und abgespeichert. Die Auswertung der Belastungskollektive erfolgt Off-Board.The The invention relates to a diagnostic method for detecting the state of Internal combustion engines by means of compressed load collectives. The load collectives are recorded in compressed form on-board and stored. The evaluation of the load collective takes place off-board.
Belastungskollektive
sind z.B. aus der
Weiterhin sind aus der vorgenanten deutschen Patentanmeldung die Klassiergrößen und Verbundklassierungen bekannt. Hierbei werden zwei Meßgrößen in festen Zeitabständen abgetastet und die dem Wertepaar entsprechende Zelle einer Häufigkeitsmatrix hochgezählt. Dies entspricht der sogenannten zweiparametrischen Momentanwertzählung oder auch Verweildauer-Klassierung. Ein Beispiel hierfür ist die Klassierung Motorlast über Dreh zahl, welche als Standardklassierung für Motorlastkollektive angesehen wird.Farther are from the above German patent application, the classification sizes and Composite classifications known. Here are two measured variables in fixed intervals sampled and the value pair corresponding cell of a frequency matrix incremented. This corresponds to the so-called two-parametric instantaneous value counting or also residence time classification. An example of this is the Classification engine load over Turning number, which is regarded as standard classification for engine load collectives becomes.
Das Festhalten und Abspeichern von Betriebszuständen ist hierbei über die Betriebsdauer eines Kraftfahrzeuges von einem Service Stop bis nächsten Servicestop, an dem die abgespeicherten Belastungskollektive zur weiteren Auswertung ausgelesen werden können, sehr speicherintensiv. Im Falle knapper EEPROM-Speicherresourcen wird deshalb nach geeigneten Datenkompressionverfahren gesucht.The Detention and storage of operating states is here via the Operating time of a motor vehicle from a service stop to the next service stop, on which the stored load collective for further evaluation can be read out, very memory intensive. In the case of scarce EEPROM memory resources Therefore, we are looking for suitable data compression methods.
Bekannte
Datenkompressionverfahren, wie z.B. aus der
Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, eine Möglichkeit der Datenkompression anzugeben, die für On-Board Anwendungen der Motordiagnose eingesetztwerden kann.Task according to the invention It is, therefore, a possibility specify the data compression used for on-board applications of Motor diagnostics can be used.
Die Lösung gelingt mit den Merkmalen von Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.The solution succeeds with the features of claim 1. Further advantageous embodiments are in the dependent claims and included in the description.
Mit
der Erfindung werden hauptsächlich
die folgenden Vorteile erzielt:
Es wird ein sehr einfacher
und sehr schneller Algorithmus zur Datenkompression vorgestellt.
Dies ermöglicht ein
breites Einsatzspektrum für
die Onboard-Erfassung von Belastungskollektiven, insbesondere für die Zwecke
der Motordiagnose von Verbrennungsmotoren.With the invention mainly the following advantages are achieved:
A very simple and very fast data compression algorithm is presented. This allows a wide range of applications for the onboard detection of load collectives, in particular for the purposes of engine diagnostics of internal combustion engines.
Das erfindungsgemäße Verfahren nimmt im Bereich großer Binärzahlen einen möglichen Fehler durch Verkürzen der Speicherwortlängen in Kauf. Jedoch ist sichergestellt, dass der maximal auftretende relative Fehler kontrolliert und begrenzt bleibt. Im Bereich kleiner Binärzahlen arbeitet die erfindungsgemäße Datenkompression, bis auf den unvermeidlichen Quantisierungsfehler, ohne Datenverlust und damit ohne Fehler. Dadurch ist sichergestellt, dass in Belastungskollektiven relativ selten auftretende Ereignisse, die jedoch für die Verschleißbestimmung einen sehr großen Einfluss haben können, z.B. einmaliges Überdrehen des Motors in kaltem Zustand, durch die Datenkompression nicht verloren gehen.The inventive method takes in the field big binary numbers a possible Error due to shortening the memory word lengths in purchase. However, it is ensured that the maximum occurring relative error remains controlled and limited. In the area smaller binary numbers works the data compression according to the invention, except for the inevitable quantization error, without data loss and without mistakes. This ensures that in load collectives Relatively rare events, however, for the determination of wear a very big one Can influence e.g. one-time overspeeding the engine in cold condition, not lost by the data compression walk.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von graphischen Darstellung im Detail erläutert. Dabei zeigen:in the The following is the process of the invention explained in detail by means of graphical representation. Showing:
Allgemein dienen Belastungskollektive der Gewinnung von Basisinformationen über den Fahrzeuglebenslauf, d.h. sowohl der Fahr- und Umgebungsbedingungen als auch der spezifischen Fahrweise. Sie stellen quasi die Summenbelastung eines Motors dar und können als Hilfsmittel zur Beurteilung von Motorölverbrauch, Motorverschleiß oder Bauteileverschleiß (z.B. Kühlsystem, Riemen) herangezogen werden.Generally serve load collectives of obtaining basic information about the Vehicle life history, i. both the driving and environmental conditions as well as the specific driving style. They represent the sum of the burden, so to speak an engine and can as a tool to assess engine oil consumption, engine wear or component wear (e.g. Cooling system Belt) are used.
Generell sind Belastungskollektive sehr speicherintensiv, da viele Motorbetriebsgrößen, die in mehrere Kollektiv-Blöcke aufgeteilt werden, zu speichern sind. Um dem geplanten Serieneinsatz gerecht zu werden, wurde ein Kompressionsverfahren zur ökonomischen Nutzung und sinnvollen Begrenzung des für Belastungskollektive benötigten, permanenten Schreib-/ Lesespeichers, dauerversorgtes RAM oder insbesondere EEPROM, ausgearbeitet.As a general rule Load collectives are very memory intensive, as many engine operating variables, the into several collective blocks be split, save. To the planned series use To cope with it, a compression method became economical Use and reasonable limitation of the load collective needed, permanent read / write memory, RAM or in particular EEPROM, prepared.
Hierbei wurden speziell die Belange der Belastungskollektive berücksichtigt. Das Verfahren kann jedoch überall dort eingesetzt werden, wo viele Amplitudenwerte, für die ein definierter, geringer Fehler akzeptiert werden kann, platzsparend gespeichert werden müssen.in this connection In particular, the interests of the load collective were considered. However, the procedure can be everywhere be used where many amplitude values for which a defined, low error can be accepted, saving space must be stored.
Die vorliegende Erfindung widmet sich in erster Line einer genauen Betrachtung der vorgeschlagenen Kompressions- und Speichermethode. Die Inhalte der Belastungskollektive selbst werden dabei nur kurz gestreift.The The present invention is primarily concerned with close inspection the proposed compression and storage method. The content The load collective itself will be touched only briefly.
Realisierung von Belastungskollektivenrealization of stress collectives
Belastungskollektive
stellen zum einen
aufsummierte Zeiten, z.B. Abtastzeitintervalle,
eines bestimmten Betriebszustandes dar, z.B. die Zeitsumme der Betriebszustände "hohe Drehzahl" oder "hohe Kühlwassertemperatur",
zum anderen
werden
Ereignisse kumuliert,
z.B. die Anzahl der Kaltstarts
oder die Anzahl der gefahrenen km.Stress collectives provide on the one hand
accumulated times, eg sampling time intervals, of a specific operating state, eg the time total of the operating states "high speed" or "high temperature of the cooling water",
to become another
Cumulative events,
eg the number of cold starts or the number of kilometers driven.
Weiterhin ist für die Erfassung einiger Betriebszustände die Korrelation zwischen zwei Motorbetriebsgrößen von Interesse, wofür vorteilhaft Verbundklassierungen verwendet werden können. Bei einer Verbundklassierung werden zwei Messgrößen in festen Zeitabständen abgetastet und die dem Wertepaar entsprechende Zelle einer Häufigkeitsmatrix hochgezählt. Dies entspricht der sog. zweiparametrischen Momentanwertzählung oder auch Verweildauer-Klassierung. Ein Beispiel hierfür ist die Klassierung Motorlast über Drehzahl, welche als Standardklassierung für Motor-Lastkollektive angesehen werden kann.Farther is for the detection of some operating conditions the correlation between two motor operating variables of Interest, for what Advantageously, composite classifications can be used. at In a composite classification, two measured variables are sampled at fixed time intervals and the cell of a frequency matrix corresponding to the value pair incremented. This corresponds to the so-called two-parametric instantaneous value counting or also residence time classification. An example of this is the Classification engine load over Speed, which is considered the standard classification for engine load spectra can be.
Darüberhinaus existieren zahlreiche weitere ein- oder zweiparametrische Zähl- und Klassierverfahren, z.B. die Rainflow-Zählung, die überwiegend zur Erfassung der Betriebsfestigkeit in der Werkstoffmechanik angewandt wird.Furthermore There are numerous other one or two parametric counting and Classifying method, e.g. the rainflow count, the predominantly used for recording the fatigue strength in materials mechanics becomes.
Belastungskollektive für die Motordiagnoseload collectives for the engine diagnostics
Die
Belastungskollektive für
die Motordiagnose sind in
Hierfür wurden folgende "Basisgrößen" und "Klassiergrößen" definiert.For this were following "base sizes" and "classification sizes" defined.
In
den Klassiergrößen werden
die Verbundhäufigkeiten
von jeweils 2 Motorbetriebsgrößen in Form
einer zweiparametrische Momentanwertzählung erfaßt:
Kühlwassertemperatur T_KW über Drehzahl
Kurbelwelle N_KW,
Motorlast LAST über Drehzahl Kurbelwelle N_KW,
Motorlast
LAST über
Fahrgeschwindigkeit V.(siehe
Cooling water temperature T_KW over crankshaft speed N_KW,
Engine load LAST over crankshaft speed N_KW,
Motor load LOAD above travel speed V. (see
Die
Belastungskollektive werden onboard getrennt nach 4 Zeitbereichen,
vorzugsweise in einem EEPROM-Speicher, gespeichert:
Gegenwart
(ca. 15 000 km Fahrstrecke)
Vergangenheit 1 (ca. 15 000 km)
Vergangenheit
2 (ca. 15 000 km)
Gesamtvergangenheit (ganze Motorlebensdauer)-
nur BasisgrößenThe load collectives are stored onboard separately after 4 time ranges, preferably in an EEPROM memory:
Present (about 15 000 km driving distance)
Past 1 (about 15 000 km)
Past 2 (about 15 000 km)
Total past (whole engine life) - basic sizes only
Die Daten aus Gegenwart, Vergangenheit 1 und Vergangenheit 2 werden nach dem Prinzip eines FIFO-Schiebregisters in größeren Zeitabständen, ca. 300 h Motorbetriebszeit, als zusammenhängende Blöcke abgespeichert. Durch geeignete Wahl des Rasters werden durch die beiden Vergangenheits-Blöcke zusammen ein Wartungsintervall (30 000 km) abgedeckt.The Data from the present, past 1 and past 2 become according to the principle of a FIFO shift register at longer intervals, approx. 300 h engine operating time, stored as contiguous blocks. By suitable Choice of the grid are combined by the two past blocks covered a maintenance interval (30 000 km).
Im Falle knapper EEPROM-Speicherresourcen können dabei die Blöcke für Vergangenheit 1 und Vergangenheit 2 auf die hier beschriebene Art komprimiert werden, da deren Speicherinhalte eingefroren bleiben.in the Traps of scarce EEPROM memory resources can block the past 1 and past 2 compressed in the manner described here because their memory contents remain frozen.
Die Kollektive der Gesamtvergangenheit (nur Basisgrößen)werden laufend in kürzeren Perioden aktualisiert, z.B. bei jedem Motor-Stopp. Sie bleiben – wie der Gegenwarts-Block – zweckmäßigerweise unkomprimiert, damit ein ständiges, lineares Inkrementieren möglich ist. Allerdings werden für den Zeitbereich der Gesamtvergangenheit nur Basisgrößen abgespeichert, so dass hier von vorneherein nicht all zu große Datenmengen anfallen.The Collectives of the total past (base sizes only) are running in shorter periods updated, e.g. at every engine stop. They stay - like that Present-block - expediently uncompressed, so that a constant, linear incrementing possible is. However, for the time range of the total past only basic quantities stored, so that from the outset does not accumulate too much data.
Es wurde als Grund-Abtastzeit für die Zeitgrößen 1 sec gewählt. Die in diesem Rythmus erfaßten Meßwerte werden nun klassiert und anschließend in einem etwas gröberen Raster (1 ... 20 sec, je nach Messgröße) in den eigentlichen Kollektiv-Zählern abgespeichert.It was used as the basic sampling time for the time variables 1 sec selected. The included in this rhythm readings are now classified and then in a slightly coarser grid (1 ... 20 sec, depending on the measured variable) in the stored actual collective counters.
Die aus den so definierten Belastungskollektiven prinzipiell ableitbaren Aussagen sind im folgenden kurz zusammengefaßt.The derived from the so-defined load collectives in principle Statements are briefly summarized below.
In den Belastungskollektiven sind also die realen Fahr- und Umgebungsbedingungen quasi als Fahrzeug- und Motorlebenslauf in verdichteter Form abgelegt.In The load collectives are therefore the real driving and environmental conditions quasi stored as a vehicle and engine CV in condensed form.
Die oben genannten Belastungskollektive lassen sich in folgenden Diagnose Anwendungen nutzen:The The above load collectives can be identified in the following diagnosis Use applications:
a) Belastungskollektive als Vergleichs- und Bewertungsgrundlage für festgestellten Verschleiß oder Verbrauch bzw. aufgetretene Mängel.a) load collectives as a basis for comparison and evaluation for determined wear or consumption or defects occurred.
Beispiele:Examples:
Beanstandeter und gemessener erhöhter Motoröl-Verbrauch in Verbindung mit einer Häufung von Last/Drehzahlpunkten mit geringem Soll-Ölverbrauch lässt auf eine Schädigung des Motors schließen.of faulty and measured increased Engine oil consumption in connection with an accumulation of load / speed points with low target oil consumption can be a damage close the engine.
Beanstandeter und gemessener erhöhter Kraftstoff-Verbrauch in Verbindung mit häufigen Kurzstrecken (viele Kaltstarts) und selten warmgefahrenem Motor (Klassierung N_KW/T_KW) lässt den Schluss zu, daß der Motor in Ordnung ist, jedoch ein fahrbedingter Mangel wahrscheinlich ist.of faulty and measured increased Fuel consumption combined with frequent short distances (many Cold starts) and rarely warm-running engine (classification N_KW / T_KW) lets the Conclude that the Engine is ok, but a driving defect is likely is.
Tendenziell erhöhte Kühlwassertemperatur (Klassierung N_KW/T_KW oder Häufigkeit T_KW > Max) in Verbindung mit überwie gend geringen Fahrwiderständen (Klassierung LAST/V_TACHO) und wenig Stop/Go-Betrieb (Gang-Kollektiv) lässt den Schluss zu, dass eine Schädigung des Kühlsystems in Betracht kommt.The trend increased Cooling water temperature (Classification N_KW / T_KW or frequency T_KW> Max) with predominantly low driving resistance (Classification LAST / V_TACHO) and little stop / go operation (gang collective) lets the Conclude that a damage of the cooling system comes into consideration.
b) Erhöhung der Aussagefähigkeit von Schadensstatistiken.b) Increasing the informative value of damage statistics.
Voraussetzung:Requirement:
Die Belastungskollektive sind in den Schadensstatistiken mitberücksichtigt und diese lassen sich bestimmten, beobachteten Schäden am Motor/Komponenten zuordnen.The Collective collectives are included in the damage statistics and these can be specific, observed damage to the engine / components assign.
Hieraus ergeben sich unter Umständen wichtige Hinweise für konstruktive Verbesserungen für die Bereiche Entwicklung/Konstruktion.From this may arise important notes for constructive improvements for the areas development / construction.
Die Belastungskollektiven können zudem als Basis für geeignete Prüfstandsprogramme dienen, die auf die besonders "schadensanfälligen" Belastungsfälle hin abzielen.The Stress collectives can also as a basis for suitable test bench programs serve the "damaging" load cases are targeting.
Beispiel: Häufiges Zusammentreffen des Ausfalles eines bestimmten Aggregates oder Bauteiles verbunden mit einem typischen "Stop/ Go-Kollektiv" (Gang-Kollektiv oder Klassierung N_KW/ T_KW) gibt einen Hinweis auf schädigende Einflüsse vor allem bei niederen Drehzahlen/ im Leerlauf, es können gezielte Untersuchungen gemacht werden, die z.B. schädliche Schwingungen oder Resonanzen aufdecken.Example: frequent Coincidence of the failure of a certain aggregate or component associated with a typical "stop / Go collective "(Gang collective or classification N_KW / T_KW) gives an indication of damaging influences especially at low speeds / idle, it can be targeted Studies are made, e.g. harmful vibrations or resonances discover.
Beschreibung des Kompressionsverfahrensdescription the compression method
Schema der Off-Board-BewertunaScheme of Off-board Bewertuna
Im folgenden ist am Beispiel der Verbundklassierungen eine allgemeine Vorgehensweise der Off-board-Bewertung von Belastungskollektiven beschrieben.in the The following is a general example of the composite classifications Procedure of off-board assessment of stress collectives described.
Hierbei werden die Belastungskollektive mit Kennfeldern bewertet, indem jedes einzelne Klassierfeld mit einem Gewicht versehen wird.in this connection the load collectives are evaluated with maps by: each individual classifying field is weighted.
Eine Gesamtbewertung erhält man also aus einer gewichteten Summation der Einzelhäufigkeiten zij und Relativierung auf die Gesamthäufigkeit zg = Σ zij ( = Summe aller Einträge): An overall evaluation is thus obtained from a weighted summation of the individual frequencies zij and relativization to the total frequency zg = Σ zij (= sum of all entries):
Darin ist B die Gesamtbewertung, Gij sind die Bewertungsgewichte, zij die Zählerstände der Zellen i, j.In this B is the overall rating, Gij are the rating weights, zij the meter readings of Cells i, j.
Dabei bedeutet der allgemeine Begriff "Bewertung", daß im konkreten Fall aus dem Kollektiv:
- – ein Fahrprofil, z.B. Kurz/Langstreckenfahrt, Steigung/Ebene, etc.
- – der spezifische Verschleiß eines Bauteiles oder des Motors
- – der spezifische Verbrauch, z.B. des Motoröles oder des Kraftstoffes
- - a driving profile, eg short / long distance, gradient / level, etc.
- - the specific wear of a component or the engine
- - specific consumption, eg engine oil or fuel
VorüberlegungPreliminary
Es sei nun zunächst angenommen, daß die Datenkompression mit dem naheliegenden, einfachen "Verkürzen der Wortlänge mit Runden" durchgeführt werde.It be first assumed that the Data compression with the obvious, simple "shortening of the word length with laps ".
Beispiel 16 Bit → 8 Bit: Abschneiden des LSBytes und RundenExample 16 bits → 8 bits: Cut off LSBytes and rounds
- Aus 384 (dez.) = 1 80 (hex.) wird 2, Fehler 33.3 %,384 (dec) = 1 80 (hex) becomes 2, error 33.3%,
- aus 2688 (dez.) = A 80 (hex.) wird 11, Fehler 4.8 %.from 2688 (dec.) = A 80 (hex.) becomes 11, error 4.8%.
Hieraus ist zu ersehen, daß der so entstehende Fehler sehr groß werden kann, wobei dieser um so größer wird, je kleiner die Zahlen sind.From this It can be seen that the so resulting errors are very large can, this being the larger, the smaller the numbers are.
Die Belastungskollektive zij werden nun gemäß (1) mit unterschiedlichen Gewichten Gij bewertet. Dabei wird der resultierende Gesamtfehler dann besonders hoch, wenn gerade die kleinen (besonders fehlerbehafteten) Besetzungszahlen zij mit relativ großen Gewichten bewertet werden.The Stress collectives zij will now be different according to (1) Weights Gij rated. This is the resulting total error then especially high, especially if the small (especially faulty) Occupation numbers zij be assessed with relatively large weights.
Zudem werden sehr kleine Besetzungszahlen vollständig unterdrückt (im Beispiel: Zahlen < 128).moreover very small occupation numbers are completely suppressed (im Example: Numbers <128).
Kleine Besetzungszahlen (Häufigkeiten) sind jedoch für die Motordiagnose insofern von Bedeutung, als bestimmte, seltene Ereignisse einen hohen Verschleiß/Verbrauch bewirken können, wie folgende Beispiele zeigen:
- • selten auftretende "Überdreher" (Drehzahl Kurbelwelle), ev. kombiniert mit kaltem Motor
- • selten auftretende Überhitzungen des Motors (Kühlwassertemperatur)
- • nur vereinzelt auftretende, extreme Belastungszustände mit hoher Drehzahl und
- • gleichzeitig hoher Last.
- • seldom occurring "overspeed" (crankshaft speed), possibly combined with cold engine
- • seldom overheating of the engine (cooling water temperature)
- • only occasional, extreme load conditions with high speed and
- • at the same time high load.
Daraus ergeben sich hohe Bewertungsgewichte gerade für die seltenen Ereignisse.from that High valuation weights result especially for the rare events.
Daher scheidet das geschilderte, einfache Kompressionsverfahren "Verkürzung der Wortlänge mit Runden" für Belastungskollektive aus!!Therefore separates the described, simple compression method "shortening of the word length with rounds "for load collectives out!!
Anforderungen an eine geeignete Methodeconditions to a suitable method
Aufgrund
der geschilderten Verhältnisse
werden an eine geeignete Kompressionsmethode folgende Anforderungen
gestellt:
Allgemein soll ein k Bit breites (großes) Speicherwort
in ein m Bit breites (kleineres) Speicherwort umgewandelt werden,
so daß:
- – unabhängig vom absoluten Wert der Größe ein relativer Fehler entsteht, der stets kleiner oder gleich einer definierten Schranke C ist. Der durch Kompression entstehende, relative Fehler soll also gleichmäßig auf der Werteskala verteilt sein
- – sehr kleine Werte der Belastungskollektive 100 % fehlerfrei erhalten bleiben.
In general, a k-bit wide (large) memory word is to be converted into an m-bit wide (smaller) memory word, so that:
- - Irrespective of the absolute value of the variable, a relative error arises that is always less than or equal to a defined barrier C. The relative error resulting from compression should thus be distributed evenly on the value scale
- - very small values of the load collective remain 100% error free.
Ansatz für eine KompressionsfunktionApproach to a compression function
Gesucht ist eine zunächst kontinuierliche Funktion f(x), die eine "k-Bit-Zahl" x in eine "m-Bit-Zahl" f(x) derart abbildet, daß der relative Fehler, der durch Auf- oder Abrunden der f(x)-Werte auf ganze Zahlen entsteht, für alle abzubildenden Werte x gleich ist.Searched is an initial one continuous function f (x) which maps a "k-bit number" x into an "m-bit number" f (x) such that the relative Error by rounding up or down the f (x) values to integers arises, for all the values to be mapped x are equal.
In
Ansatzapproach
Es
sei C ein kleiner, konstanter Faktor, dann soll eine Änderung
der Eingangsgröße x = x1 um den Betrag Δx mit
Nun wird folgende Näherung an der Stelle x = x1 benutzt: Now, the following approximation is used at the point x = x 1 :
Aus (2), (3), (4) folgt: und daraus nach beidseitiger Integration: From (2), (3), (4) follows: and from this after bilateral integration:
Die
Randbedingung lautet:
k = Wortbreite der Eingangsgröße x
m = Wortbreite der
(komprimierten) Ausgangsgröße, m < k
C = Fehlerfaktor,
angepaßt
an m und k (vgl. hierzu Kap. 3.5)The boundary condition is:
k = word width of the input variable x
m = word width of the (compressed) output variable, m <k
C = error factor, adapted to m and k (see chapter 3.5)
Aus (5) folgt die entsprechende Umkehrfunktion zur Dekompression: y = komprimierte Werte = Eingangswerte für die Dekompression (Wortbreite m)From (5) follows the corresponding inverse function for decompression: y = compressed values = input values for the decompression (word width m)
Kriterien für C, LinearisierungCriteria for C, linearization
Im nächsten Schritt sind die Kriterien zu finden, wie die Funktion f(x) gemäß (5) sinnvollerweise über die noch offene Konstante C parametriert wird.in the next Step are the criteria to find, as the function f (x) according to (5) usefully over the still open constant C is parameterized.
Im Sinne eines möglichst kleinen Kompressionsfehlers, soll C so klein als möglich sein.in the Sense of a possible small compression error, C should be as small as possible.
Dem
sind jedoch dadurch Grenzen gesetzt, daß bei zu kleinen Werten von
C kleine Zahlen x nicht mehr komprimiert werden können, wie
dies in
Fall 1, zu kleines C (C = 0.01):Case 1, too small C (C = 0.01):
Der "Durchtrittspunkt" durch die Abszisse liegt bei großen Zahlenwerten, so daß darunter-liegende, kleine Werte, die – wie erwähnt – von Bedeutung sind, nicht komprimierbar sind. Im Beispiel liegt der Durchtrittspunkt bei x = 399.6, d.h. Zahlen zwischen 0 und 399 werden vollständig unterdrückt.The "passage point" through the abscissa is big Numerical values, so that underlying, small Values that - like mentioned - of importance are not compressible. The example shows the passage point at x = 399.6, i. Numbers between 0 and 399 are completely suppressed.
Fall 2, zu großes C (C = 0.03):Case 2, too big C (C = 0.03):
Ein
Großteil
der y-Werte wird unnötigerweise
verschenkt. So werden im obigen Beispiel (
Wie
das zweite Beispiel zeigt, gibt es dann einen "Kompressionspunkt" x0 mit:
wenn
der Fehlerfaktor C genügend
groß ist.As the second example shows, there is then a "compression point" x 0 with:
if the error factor C is sufficiently large.
Unter
der Voraussetzung, daß dieser
Punkt existiert, wird nun die in Kap 3.3. geforderte Eigenschaft, daß kleine
x-Werte nicht unterdrückt
werden dürfen,
dadurch realisiert, daß für alle Zahlen
x unterhalb x0 die Identitäts-Funktion
benützt
wird:
Mit (5) und (7) lautet somit das "Punkt-Kriterium" für x0 und C: With (5) and (7), therefore, the "point criterion" for x 0 and C is:
Anschaulich stellt Gl. (9) den Schnitt der 1. Winkelhalbierenden mit der Logarithmus-Funktion (5) dar. Dementsprechend gibt es bei hinreichend großem C i. a. 2 reelle Lösungen für x0 (Schnitt), die im Grenzfall zu einer Lösung verschmelzen (Berührung).Illustratively, Eq. (9) represents the intersection of the first bisecting line with the logarithmic function (5). Accordingly, if C ia is sufficiently large, there are 2 real solutions for x 0 (intersection) which, in the limiting case, fuse into one solution (touch).
Dabei entspricht der gesuchte Kompressionspunkt dem größeren Wert von beiden, da erst ab diesem Punkt eine Verkleinerung der x-Werte, also Kompression, eintreten kann.there the desired compression point corresponds to the greater value of both, since only from this point a reduction of the x values, ie compression, can occur.
Zur Festlegung von C und x0 ist eine weitere Bedingung erforderlich. Sie ergibt sich aus der geeigneten Festlegung der Steigung an der Nahtstelle x0. Hierzu dient der folgende Abschnitt.Specifying C and x 0 requires another condition. It results from the suitable definition of the slope at the interface x 0 . The following section is used for this purpose.
Einfluß der Quantisierung bei der DekompressionInfluence of quantization in decompression
Bisher wurde durch die Konstruktion der Funktion f(x) nur der Quantisierungseffekt bei der Kompression berücksichtigt.So far By the construction of the function f (x), only the quantization effect became considered during compression.
Für die geeignete Parametrierung (C) sowie für die Gesamtbeurteilung muß jedoch ebenso die Quantisierung bei der Dekompression betrachtet werden.For the suitable Parameterization (C) as well as for however, the overall assessment must be Similarly, the quantization of decompression be considered.
Gemäß der Herleitung
in Kap. 3.4 ist f(x) so aufgebaut, daß eine Zunahme von 0.5 mit
einer Zunahme der x-Werte von
Aus
Der relative Fehler beträgt an diesen Stellen mit Gl. (2): The relative error at these points is Eq. (2):
Aus (10) folgt, daß der "zulässige" Fehler C um den Faktor 2, 1.33, 1.2, 1.143, etc... lokal an (oder in der Nähe von) den Stellen mit Δx = 0.5, 1.5, 2.5, ... zunehmen kann.Out (10) it follows that the "allowable" error C is around the Factor 2, 1.33, 1.2, 1.143, etc ... locally (or near) the places with Δx = 0.5, 1.5, 2.5, ... can increase.
An den Stellen dagegen, an denen Δx ganzzahlig ist, ist der relative Fehler gemäß (2) immer maximal C.At on the other hand, where Δx is integer, the relative error according to (2) is always maximum C.
Diese Ergebnisse sind in der folgenden worst-case-Tabelle zusammengestellt.These Results are summarized in the following worst-case table.
Tabelle 1: Worst-case-Werte des relativen Fehlers nach Kompression und Dekompression Table 1: Worst-case values of relative error after compression and decompression
An dieser Stelle wird an die Ausführungen des letzten Abschnittes wieder angeknüpft, in welchem ein geeignetes, zweites "Anschluß-Kriterium" für die Nahtstelle x0 gesucht wurde.At this point will be attached to the comments the last section, in which a suitable second "connection criterion" for the interface x0 was searched.
Es wird hierzu unter Berücksichtigung der obigen Tabelle: definiert.For this purpose, taking into account the above table: Are defined.
Damit wird derjenige Teil der Funktion f(x), in dem der hohe Fehler von 2 C auftreten kann, ausgeblendet und durch die Identitäts-Funktion quasi überdeckt. Die mögliche Erhöhung des relativen Fehlers um den Faktor 1.33 im weiteren Verlauf der Funktion wird mit der Festlegung (11) bewußt in Kauf genommen.In order to becomes the part of the function f (x) in which the high error of 2 C can occur, hidden and by the identity function almost covered. The possible increase the relative error by a factor of 1.33 in the further course of the Function is consciously accepted with the definition (11).
(9) und (11) zusammen ergeben: (9) and (11) together:
(12) stellt die gesuchte (nichtlineare) Bedingungsgleichung für x0 dar, die iterativ gelöst werden muß, wobei k und m vorgegeben sind.(12) represents the searched (nonlinear) constraint equation for x 0 , which must be solved iteratively, where k and m are given.
Der dazugehörige Fehlerfaktor C folgt anschließend aus (11), womit die Parametrierung von f(x) festliegt.Of the associated Error factor C follows afterwards from (11), whereby the parameterization of f (x) is fixed.
Die Ergebnisse dieser Rechnung sind an Hand einiger Beispiele im folgenden Abschnitt zusammen-gestellt, wobei dort Wortbreiten von 16 Bit bzw. 32 Bit für die unkomprimierten Rohwerte angenommen wurden.The Results of this calculation are based on a few examples below Section together, where word lengths of 16 bits or 32 bits for the uncompressed raw values were accepted.
ErgebnisseResults
Die Auswertung der Glg. (12) und (11) ergeben: The evaluation of the Glg. (12) and (11) show:
Zusammengefaßt lauten die Kompressionsfunktion (zur Onboard-Bearbeitung): und die Dekompressionsfunktion (zur Offboard-Auswertung): In summary, the compression function (for onboard editing) is: and the decompression function (for offboard evaluation):
Die
nächsten
beiden
Hierzu wurden die Rohwerte (x-Werte) zunächst gemäß Gl. (5) komprimiert und anschließend über die Dekompressions-Gleichung (6) rekonstruiert, wobei die Zahlen beidesmal auf ganze Werte gerundet wurden.For this the raw values (x-values) were first calculated according to Eq. (5) compressed and then reconstructed via the decompression equation (6), where the numbers were rounded to whole values both times.
Überwiegend
wird das Band des zulässigen
Fehlers von ± C
gut eingehalten. Ausnahmen bilden die Stellen, an denen sich – wie erläutert – die Quantisierung
bei der Dekompression bemerkbar macht und an denen eine geringfügige Überschreitung
festzustellen ist. Die dabei auftretenden Maximalwerte liegen deutlich unter
der Worst-case-Vorhersage entsprechend der Tabelle,
Bei der 16 Bit → 6 Bit – Kompression (C = 0.0833) ist zusätzlich im weiteren Verlauf sporadisch eine leichte Überschreitung des zulässigen Fehlers aufgrund der Tatsache feststellbar, daß Gl. (4) (Ersatz der Funktionsänderung durch den Differentialquotienten) nur eine Näherung darstellt. Die maximale Überschreitung aufgrund dieses Effektes beträgt 4.8 %, so daß der relative Fehler an diesen Stellen max. 1.048 0.0833 = 0.0873 beträgt.at the 16 bit → 6 Bit compression (C = 0.0833) is additional in the further course sporadically a slight exceeding of the permissible error recognizable by the fact that Eq. (4) (replacement of functional change represented by the differential quotient) is only an approximation. The maximum overrun due this effect is 4.8%, so that the relative error at these points max. 1,048 0.0833 = 0.0873.
Konvertierung mithilfe FunktionsaufrufUsing conversion function call
Für die analytische Berechnung im Mikroprozessor wird Gl. (5) aus Abschnitt 3.7 zweckmäßigerweise so umgeformt, daß möglichst wenig Rechenoperationen zur Laufzeit erforderlich sind. Man erhält so: For the analytical calculation in the microprocessor, Eq. (5) from Section 3.7 appropriately reshaped so that as little as possible arithmetic operations at runtime are required. You get like this:
Das entsprechende Programmstück in der Sprache C lautet somit.The corresponding program piece in the language C is thus.
Hierbei zu berücksichtigen ist, daß die erforderlichen Mathematik- und Floating-Point-Bibliotheken vorhanden sind. Ferner muß eine gewisse Rechenzeit, bedingt durch den 1n-Funktionsaufruf, in Kauf genommen werden.in this connection to take into account is that the required math and floating point libraries are. Furthermore, a must certain computing time, due to the 1n function call, to be accepted.
Für das Beispiel 80C166/20 MHz wurde 1994 bei der Fa. Tasking Software GmbH, Leonberg, eine überschlägige Speicher- und Rechenzeitabschätzung mit folgenden Ergebnissen durchgeführt:
- • Rechenzeit ca 965 μs, entsprechend 2411 Rechenzyklen = 4822 NOP-Zyklen Speicherplatz (ROM-Programmspeicher) 0.74 kByte, bei Bedarf eventuell zusätzlich für die Floating-Point-Bibliothek 2.23 kByte
- • Calculation time approx. 965 μs, corresponding to 2411 calculation cycles = 4822 NOP cycles Memory (ROM-Pro gram memory) 0.74 kByte, if necessary additionally for the floating-point library 2.23 kByte
Konvertierung mit einer Tabelleconversion with a table
Eine Alternative zur analytischen Umwandung ist die Konvertierung mit einer Tabelle, die folgende Vorteile bietet:
- – keine Floating-Point-Bibliothek, keine 1n-Funktion erforderlich
- – Rechenzeit geringer
- - no floating-point library, no 1n function required
- - Calculation time lower
Diese Vorteile stehen jedoch einem höheren programmtechnischen Aufwand gegenüber.These However, benefits are higher program overhead compared.
Damit die Tabelle, die im Programmspeicher liegt, nicht zu groß wird, ist die Tabellenumwandlung in der Regel nur bis maximal m = 8 (also 16 Bit → 8 Bit) sinnvoll.In order to the table that is in the program memory does not become too large, Table conversion is usually only up to a maximum of m = 8 (ie 16 bits → 8 Bit) makes sense.
Nachfolgend ist als Beispiel die für die 16 Bit → 8 Bit – Kompression erforderliche Tabelle aufgeführt: Tabelle 2: Kompressionstabelle 16 Bit → 8 Bit The following is an example of the table required for 16 bit → 8 bit compression: Table 2: Compression table 16 bits → 8 bits
Allgemein ist zu einem beliebigen Wert × 16 = [0, 65535] der Tabellenwert x zu suchen, der kleiner oder gleich × 16 ist. Der entsprechende Tabellenwert n ist der gesuchte 8-Bit-Wert.Generally is to any value × 16 = [0, 65535] the table value x that is less than or equal to × 16. The corresponding table value n is the searched 8-bit value.
Beispiel zu Tabelle 2:Example for Table 2:
Der Zahlenwert x = 4200 soll in 8 Bit umgewandelt werden. Gemäß Tabelle gilt: 4200 > 4153, woraus n = 178 folgt.Of the Numeric value x = 4200 is to be converted into 8 bits. According to table applies: 4200> 4153, from which follows n = 178.
Algorithmus:Algorithm:
"Fortgesetzte Halbierung
des Suchbereiches",
d.h. bei der 16 Bit → 8
Bit – Tabelle
sind 8 Vergleiche notwendig. Die Zahlen n = 0, ..., 255 brauchen
nicht explizit abgelegt zu werden, sie können als relative Adresse betrachtet
werden und somit "implizit" ermittelt werden.
Die Tabelle,
Allgemein müssen die Tabellenpunkte so gewählt sein, daß der relative Fehler unmittelbar vor und unmittelbar nach diesem gleich groß ist, d.h. der Tabellenpunkt muß die gleiche Distanz Δx (Fehlerdistanz) zu den beiden nächstgelegenen – ganzzahligen f(x)-Werten entsprechenden – x-Werten Xn-1 und Xn haben:Generally have to the table points are chosen be that the relative errors immediately before and immediately after this equals is great i.e. the table point must be the same distance Δx (Error distance) to the two nearest - integer ones f (x) values corresponding to x values Xn-1 and Xn have:
Anschließend Linearisierung
im Anfangsbereich:
Tn = n. Tabellenwert der 16-Bit-Eingangswerte
Xn
= nächstgelegener
Kompressionspunkt (x-Wert) oberhalb Tn
Xn-1 = nächstgelegener
Kompressionspunkt (x-Wert) unterhalb Tn
n = 1, 2, ...., 255
= 8-Bit-Ausgangswerte
C = Fehlerfaktor = 0.0178
INT =
Integerfunktion mit RundenThen linearization in the starting area:
T n = n. Table value of the 16-bit input values
Xn = nearest compression point (x-value) above Tn
Xn-1 = nearest compression point (x-value) below Tn
n = 1, 2, ...., 255 = 8-bit output values
C = error factor = 0.0178
INT = integer function with rounds
Fehlerbetrachtung von komprimierten KlassiergrößenError consideration of compressed class sizes
Im folgenden ist kurz dargestellt, wie sich eine Kompression gemäß Kap. 3.3 auf die Bewertung einer Verbundklassierung auswirkt.in the The following is a brief description of how a compression according to Chap. 3.3 affects the rating of a composite classification.
Die Besetzungszahlen zij einer Verbundklassierung seien komprimiert, d.h. sie weisen einen relativen, vom Absolutwert unabhängigen Rundungsfehler auf.The Occupation numbers of a composite classification are compressed, i.e. they have a relative rounding error independent of the absolute value on.
Die Bewertung B lautet gemäß Gl. (1) = (A1): The rating B is according to Eq. (1) = (A1):
Darin ist B die Gesamtbewertung, Gij sind die Bewertungsgewichte, zij die Zählerstände der Zellen i, j.In this B is the overall rating, Gij are the rating weights, zij the meter readings of Cells i, j.
Im folgenden seien die Klassierfelder nun von 1 bis n derart durchnummeriert, daß ihre Gewichte Gi mit steigendem Index i tendenziell abnehmen, so daß also gilt Gi ≥ Gk, wenn i < k, G1 ist also das größte Gewicht.in the following are the Klassierfelder now numbered from 1 to n such that theirs Weights Gi tend to decrease with increasing index i, so that is true Gi ≥ Gk, if i <k, G1 So it's the biggest weight.
Die Bewertungsabweichung ΔB aufgrund kleiner Änderungen Δzi der Häufigkeiten zi beträgt (totale Abweichung): The evaluation deviation ΔB due to small changes Δzi of the frequencies zi is (total deviation):
Da,
wie ausgeführt,
der maximale Fehler C relativ auftritt, sind dabei (worst-case):
Nach Ermittlung der einzelnen Differentiale aus (A1) und anschließender Relativierung des Ausdruckes (A2) auf die fehlerfreie Bewertung (A1) erhält man mit (A3) nach einer längeren Zwischenrechnung schließlich als Ergebnis die Abschätzung: After determination of the individual differentials from (A1) and subsequent relativization of the expression ckes (A2) on the error-free evaluation (A1) is finally obtained with (A3) after a longer intermediate calculation as the result of the estimation:
Daraus ist zu ersehen, daß der relative Bewertungsfehler für alle denkbaren Gewichte Gi und Besetzungszahlen zi stets kleiner oder gleich dem Wert 2 C ist, da in (A4) der Nenner stets größer als der Zähler ist.from that It can be seen that the relative valuation error for all imaginable weights Gi and occupation numbers are always smaller or equal to the value 2 C, since in (A4) the denominator is always greater than the counter is.
Aus der genaueren Analyse der Gl. (A4) kann der folgende, absolut schlechteste Fall konstruiert werden. Unter der Annahme:
- • es gibt nur zwei Klassierzellen 1 und 2, die mit stark unterschiedlichen Gewichten G1 und G2 bewertet werden (Bsp.: G1 = 100 G2)
- • die Klassenbesetzung z1 ist viel kleiner als z2 (Bsp.: z1 = 0.091 z2)
- • z1 wird aufgerundet, z2 wird abgerundet.
- • there are only two classifying cells 1 and 2, which are evaluated with very different weights G1 and G2 (example: G1 = 100 G2)
- • the class occupation z1 is much smaller than z2 (eg: z1 = 0.091 z2)
- • z1 is rounded up, z2 is rounded off.
Unter geringfügig günstigeren Annahmen (Gewichtsverteilung etwas ausgewogener, z.B. G1 = 10 G2) wird der Fehler bereits halbiert und erreicht nur für die ungünstigsten Besetzungszahlen den Wert von etwa C.Under slight cheaper Assumptions (weight distribution somewhat more balanced, e.g., G1 = 10 G2) the error already halved and reached only for the least favorable occupation numbers the value of about C.
Bei den in der Regel im Realfall zutreffenden Bedingungen:
- • mehrere Klassierzellen, Besetzungszahlen auf mehrere Felder (mehr als 2) verteilt
- • nicht absolut extreme Bewertungsunterschiede
- • statistisch unregelmäßig verteilte Rundungsfehler
- • several classification cells, occupation numbers distributed over several fields (more than 2)
- • not absolutely extreme valuation differences
- • statistically irregular rounding errors
Zusammenfassend folgt daraus der in Kap.3.3 erwähnte Sachverhalt, daß der durch Kompression entstandene Fehler nach der Off-Board-Bewertung
- • für alle denkbaren Bewertungs-Kennfelder
- • für alle möglichen Besetzungszahlen (Fahrweise und Fahrumgebung !)
- • for all conceivable rating maps
- • for all possible numbers of occupants (driving style and driving environment!)
Unter Zugrundelegung von verschiedenen realen Annahmen liegt der Fehler (meist weit) unter dem Wert C. Zahlenbeispiele (Herleitung in Kap. 3.5):
- • C = 0.365 → bei der 16 Bit – 10 Bit-Kompression
- • C = 1.78 → bei der 16 Bit – 8 Bit-Kompression
- • C = 8.33 → bei der 16 Bit – 6 Bit-Kompression
- • C = 0.365 → for 16-bit - 10-bit compression
- • C = 1.78 → for 16-bit 8-bit compression
- • C = 8.33 → for 16-bit - 6-bit compression
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003136598 DE10336598A1 (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Vehicle combustion engine diagnosis procedure records measurements in compressed form using threshold to select linear or logarithmic function |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2003136598 DE10336598A1 (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Vehicle combustion engine diagnosis procedure records measurements in compressed form using threshold to select linear or logarithmic function |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2003136598 Withdrawn DE10336598A1 (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Vehicle combustion engine diagnosis procedure records measurements in compressed form using threshold to select linear or logarithmic function |
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DE (1) | DE10336598A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017214821A1 (en) | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Diagnostic method for determining the state of at least one traction device, computer program product, storage means, engine control unit and vehicle |
-
2003
- 2003-08-08 DE DE2003136598 patent/DE10336598A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102017214821A1 (en) | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Diagnostic method for determining the state of at least one traction device, computer program product, storage means, engine control unit and vehicle |
DE102017214821B4 (en) | 2017-08-24 | 2022-05-19 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Diagnostic method for determining the status of at least one traction device, computer program product, storage device, engine control unit and vehicle |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: HARR, TIM, 73035 GOEPPINGEN, DE Inventor name: REHFUS, BERND, DIPL.-ING., 73732 ESSLINGEN, DE Inventor name: BROM, ROLAND, DIPL.-ING., 71065 SINDELFINGEN, DE |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
8141 | Disposal/no request for examination |