DE19742446A1 - Fehlerdiagnoseeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fehlerdiagnoseeinrichtung zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines technischen Systems mit fehlerrelevanten Prozeßgrößen, deren Zustand sich bei Auf­ treten eines entsprechenden Komponentenfehlers von einem Fehler­ frei-Zustand in einen Fehler-Zustand ändert, indem ihr Zustands­ wert einen vorgegebenen Toleranzbereich verläßt.

Fehlerdiagnoseeinrichtungen zur Erkennung einschließlich Identi­ fikation und Anzeige fehlerhafter Komponenten eines technischen Systems, wie einer Produktionsanlage, eines Computersystems, ei­ nes Kraftfahrzeuges etc., sind verschiedentlich bekannt. Meist werden dabei die momentanen Zustandswerte der Prozeßgrößen des Systems, die sich aus Eingangsgrößen, Ausgangsgrößen und inter­ nen Zustandsgrößen zusammensetzen, erfaßt und mit vorgegebenen Sollwerten verglichen. Weicht der Momentanwert um mehr als ein vorgegebenes Maß vom Sollwert ab, wird dies als Fehler gewertet und angezeigt. Bei elektrischen oder elektronischen Systemen kann die Bewertung meist unmittelbar durch entsprechende elek­ tronische Mittel, wie Komparatoren, Fensterdiskriminatoren etc., erfolgen, bei Systemen mit mechanischem Anteil werden die zuge­ hörigen Prozeßgrößen gegebenenfalls durch einen Meßwandler in ein elektrisches Signal umgewandelt, das dann vergleichend aus­ gewertet werden kann.

Eine Schwierigkeit solcher bekannter Einrichtungen besteht da­ rin, daß die Aussage über den Fehlerort bzw. die Fehlerart häu­ fig nicht eindeutig ist, weil die Einrichtung beispielsweise mangels Sensorik einem einzelnen Fehlersignal noch mehrere mög­ liche Komponentenfehler zuordnet. Es obliegt dann dem Bedienper­ sonal, eine Bewertung der Fehleranzeige vorzunehmen, um aus meh­ reren möglichen Fehlern den tatsächlich aufgetretenen Fehler bzw. unter einer Vielzahl von Fehlermeldungen die richtige und eindeutige herauszufinden. Es ist des weiteren bekannt, zur Diagno­ se die Art und den Ort eines Fehlers durch entsprechenden Auf­ wand an Sensorik selbsttätig zu ermitteln und die betreffenden Fehlerinformationen codiert oder uncodiert anzuzeigen und erfor­ derlichenfalls für Korrekturen durch Bedien- bzw. Serviceperso­ nal verwendbar zu machen.

In der Patentschrift DE 41 24 542 C2 ist eine Fehlerdiagnoseein­ richtung zur Bestimmung einer Fehlerursache bei einem geprüften Gerät mit einer Detektiereinrichtung, die Parameter des geprüf­ ten Gerätes detektiert, und mit einer Speichereinrichtung be­ schrieben. In der Speichereinrichtung sind ein Suchbaum mit Kno­ ten, die jeweiligen Untereinheiten des geprüften Gerätes ent­ sprechen, sowie den Knoten jeweils zugeordnete Testtabellen, in denen jeweils wenigstens ein von der Detektiereinrichtung zu de­ tektierender Parameter sowie eine diesbezügliche Testbedingung angegeben sind, eine Fehlerwahrscheinlichkeitstabelle entspre­ chend den Resultaten von Tests gemäß der wenigstens einen Test­ bedingung und Namen von Tochterknoten vorab abgespeichert, wobei in einer Testtabelle, die einem Knoten mit wenigstens drei Toch­ terknoten zugeordnet ist, zusätzlich wenigstens zwei zu detek­ tierende Parameter und Testbedingungen angegeben sind. Außerdem ist in der Speichereinrichtung vorab eine Such/Inferenz­ einrichtung abgespeichert, die entlang des Suchbaums Knoten aus­ wählt und die zugehörigen Testtabellen auswertet, wobei sie die Knotenauswahl nach dem Ergebnis der Auswertung der Testtabellen vornimmt. Dadurch soll eine zielgerichtete Verknüpfung einzelner Testtabellen durch die Such/Inferenzeinrichtung nach Art eines nicht-binären Suchbaumes realisiert werden. Der Suchbaum hat da­ bei eine der Hardwareorganisation des geprüften Gerätes entspre­ chende Suchbaumstruktur. Diese Einrichtung erfordert eine rela­ tiv hohe Rechenleistung während der Systemlaufzeit, da viele Entscheidungen zu treffen und gegebenenfalls Tabellen nachzula­ den sind.

In der Patentschrift US 5.099.436 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Systemfehlerdiagnose be­ schrieben, das auf einer hybriden Wissensdarstellung des zu dia­ gnostizierenden Systems basiert. Während der Systemlaufzeit er­ faßte Daten werden mit einer ereignisbasierten Systemdarstellung verglichen, die eine Vielzahl von vordefinierten Ereignissen um­ faßt. Ein Ereignis wird erkannt, wenn die erfaßten Daten mit den kritischen Parametern des Ereignisses übereinstimmen. Das er­ kannte Ereignis und ein zugehöriger Satz von Mehrdeutig­ keits-Gruppeneffekten, welche Komponenten kennzeichnen, die entspre­ chend einem zugeordneten Sortiereffekt in einer Mehrdeutigkeits­ gruppe neu sortiert werden sollen, werden analysiert. Außerdem können ein Symptomfehlermodell und ein Nichtfunktionsmodell ana­ lysiert werden, um die Symptomfehlerbeziehungen und die Art der Nichtfunktionen festzustellen, die auf den Systemlauf anwendbar sind. Jede anwendbare Symptomfehlerbeziehung und jede Art der Nichtfunktion wird auch einem Satz von Mehrdeutigkeitsgruppenef­ fekten zugeordnet, der die Mehrdeutigkeitsgruppe neu sortiert. Beginnend mit denjenigen Komponenten in der Mehrdeutigkeitsgrup­ pe, deren Nichtfunktion am wahrscheinlichsten ist, wird ein Strukturmodell analysiert, und als Ergebnis der Analyse werden Reparaturvorschläge mit am System auszuführenden Tests ausgege­ ben.

Diese bekannte Vorgehensweise beinhaltet eine laufende umfang­ reiche Datenakquisition und ständige Vergleichsoperationen wäh­ rend des Systembetriebs und daher einen erheblichen Rechenauf­ wand im diagnostizierenden Systemteil. Das Systemmodell be­ schreibt die Systemkomponenten ereignisstrukturiert mit zusätz­ lichen Informationen über ihre Ausfallwahrscheinlichkeit, Repa­ raturfreundlichkeit, Zugänglichkeit usw. Die Implementierung dieses Diagnosewissens, für die spezielles Wissen und/oder Er­ fahrungen notwendig sind, ist für einen Einsatz dort nicht ge­ eignet, wo die zu diagnostizierenden Systeme nach Struktur und Ausprägung zeitlich kurzfristigen Änderungen unterliegen, wie dies z. B. bei Kraftfahrzeugen der Fall ist.

Strukturelle Grundzüge einer rechnergestützten Fehlerdiagnose­ einrichtung für ein Kraftfahrzeug sind in den Veröffentlichungen N. Waleschkowski et al., Ein wissensbasiertes Fahrzeug-Diagnose­ system für den Einsatz in der Kfz-Werkstatt, Grundlagen und An­ wendungen der künstlichen Intelligenz, Springer-Verlag, 1993, Seite 277 sowie N. Waleschkowski et al., Wissenmodellierung und Wissenserwerb am Beispiel der Fahrzeugdiagnose, Zeitschrift künstliche Intelligenz KI 1/95, Seite 55 beschrieben. Diese Ein­ richtung enthält eine Diagnoseablaufbereitstellungsstufe mit ei­ ner Wissensbasis, die ein Strukturmodell über den hierarchischen Aufbau des technischen Systems aus einzelnen Teilsystemen, ein Wirkungsmodell über die Wirkungsbeziehungen zwischen den einzel­ nen Teilsystemen und ein den Diagnoseablauf bestimmendes Feh­ lermodell beinhaltet, das die Zusammenhänge zwischen Fehlerursa­ chen und deren Auswirkungen sowie geeigneten Prüfabläufen und Reparaturen darstellt. Eine Diagnosedurchführungsstufe führt in­ teraktiv Fehlerdiagnosen unter Verwendung des von der Diagnose­ ablaufbereitstellungsstufe bereitgestellten Diagnoseablaufpro­ gramms durch.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Fehlerdiagnoseeinrichtung der eingangs genannten Art zu­ grunde, mit der im Systembetrieb mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand relativ rasch fehlerverdächtige Systemkomponenten erkannt werden können.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Fehlerdiagnoseeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Einrichtung stützt sich auf die Tatsache, daß im Fall der Nichtfunktion einer Systemkomponente, d. h. bei Auftreten eines Komponentenfehlers, bestimmte, als fehlerrelevant bezeichnete Prozeßgrößen des Systems ihren Zustand von einem Fehlerfrei-Zu­ stand in einen Fehler-Zustand ändern, so daß von deren Zustand auf die eine oder mehreren fehlerverdächtigen Komponenten ge­ schlossen werden kann. Diese binäre Zustandsentscheidung für die jeweilige Prozeßgröße erfolgt in Abhängigkeit davon, ob der zu­ gehörige Zustandswert der Prozeßgröße innerhalb oder außerhalb eines für ihn als Toleranzbereich vorgegebenen Wertebereiches liegt. Des weiteren ist die Tatsache nutzbar, daß eine Kenntnis über die Funktion von Ressourcen, die außer von einem fehlerhaf­ ten auch noch von einem oder mehreren anderen Signalpfaden ge­ nutzt werden, die Zahl der im fehlerhaften Pfad verdächtigen Komponenten wesentlich verringern kann.

Die Prozeßgrößen werden für jeden Komponentenfehler in primäre, direkt meßbare und davon beeinflußte, direkt auf den entspre­ chenden Komponentenfehler hinweisende sekundäre Prozeßgrößen un­ terschieden, die nur in ihrer Gesamtheit für den betreffenden Fehler indikativ sind. Im laufenden Systembetrieb werden nur die primären Prozeßgrößen kontinuierlich überwacht, während die üb­ rigen Prozeßgrößen erst bei Aktivierung eines jeweiligen Diagno­ sevorgangs abgefragt werden, der dadurch ausgelöst wird, daß ei­ ne der primären Prozeßgrößen von ihrem Fehlerfrei-Zustand in ih­ ren Fehler-Zustand wechselt. Die primären und die jeweils zuge­ hörigen sekundären Prozeßgrößen und ihre komponentenfehlerindi­ kativen Zustandskombinationen lassen sich automatisiert aus vor­ handenen Konstruktionsunterlagen vorab modellbasiert durch Si­ mulation ermitteln und in einer Checkliste sowie einer Zustands­ tabelle abspeichern. Über das Modell läßt sich somit automati­ siert und ohne Notwendigkeit der Einbeziehung von Fach- oder Spezialwissen eine detaillierte Zuordnung von Fehlerursachen und Fehlerauswirkungen dokumentieren. Soweit das zu diagnostizieren­ de System unabhängige Funktionsgruppen enthält, läßt es sich für die Modellierung entsprechend aufteilen, was die Zahl der not­ wendigen Simulationen verringert.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Fehlerdiagnoseein­ richtung ist das Diagnosemodul so ausgelegt, daß es die während eines Diagnosevorgangs als fehlerverdächtig festgestellten Sy­ stemkomponenten geordnet nach ihrer empirisch festgelegten Aus­ fallwahrscheinlichkeit anzeigt. Damit wird das Bedien- bzw. Ser­ vicepersonal in die Lage versetzt, dem aufgetretenen Fehler ge­ zielt zuerst mit der jeweils am wahrscheinlichsten zur Behebung desselben führenden Maßnahme zu begegnen.

Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Fehlerdiagnoseein­ richtung speichert das Diagnosemodul für den jeweiligen Diagno­ sevorgang die Informationen über die auslösende primäre Prozeß­ größe, die ermittelte Zustandskombination der fehlerrelevanten Prozeßgrößen und die zugehörigen fehlerverdächtigen Systemkompo­ nenten in einem Diagnoseergebnisspeicher ab, wodurch der aufge­ tretene Fehler und seine Ursache dokumentiert werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 wird dies dazu genutzt, während eines laufenden Diagnosevorgangs bei der Abfrage und anschließenden Auswertung der Zustände der fehler­ haften Prozeßgrößen Informationen hierüber aus vorangegangenen Diagnosevorgängen heranzuziehen, die im Diagnoseergebnisspeicher abgelegt sind. Im Rahmen einer solcher Auswertung können sich dann eventuell mehrere Vorschläge von Sätzen fehlerverdächtiger Systemkomponenten ergeben, von denen der mittels eines entspre­ chenden, herkömmlichen Algorithmus ermittelte, beste Vorschlag als Ergebnis verwendet wird. Mit dieser Maßnahme lassen sich beispielsweise Fehler, die in der Vergangenheit aufgetreten sind und momentan nicht mehr anliegen, weil der zugehörige Signalpfad gerade nicht aktiv ist, in die Auswertung einbeziehen, wodurch das Diagnoseergebnis gegebenenfalls verbessert werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines auf Fehler seiner Komponenten zu diagnostizierenden Systems und eines Diagnosemoduls einer zugehörigen Fehlerdiagnoseeinrichtung,

Fig. 2 ein detaillierteres Blockdiagramm des Diagnosemoduls von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Blockdiagrammdarstellung zur Veran­ schaulichung der Erstellung eines Funktionsmodells des zu diagnostizierenden Systems zur Gewinnung einer Checkliste und einer Zustandstabelle für das Diagnosemodul von Fig. 2,

Fig. 4 ein Flußdiagramm des von der Fehlerdiagnoseeinrichtung mit dem Diagnosemodul von Fig. 2 durchführbaren Fehler­ diagnoseverfahrens,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer konkreten Realisierung einer Funktionsgruppe gemäß Fig. 1 für den Fall eines Kraft­ fahrzeuges als zu diagnostizierendem System,

Fig. 6 eine im Diagnosemodul für die Funktionsgruppe von Fig. 5 abgelegte Teil-Checkliste der Checkliste von Fig. 3 und

Fig. 7 ein zur Funktionsgruppe von Fig. 5 gehöriger Ausschnitt aus der im Diagnosemodul abgelegten Zustandstabelle.

Fig. 1 zeigt allgemein den Aufbau eines zu diagnostizierenden technischen Systems S, das eine beliebige Anzahl n von Rech­ nereinheiten R1, . . ., Rn umfaßt, von denen lediglich eine erste Rechnereinheit R1 etwas detaillierter wiedergegeben ist. Das Sy­ stem S erzeugt mittels Verarbeitungslogiken V, die in den Rech­ nereinheiten R1, . . ., Rn implementiert sind, Zustandsgrößen Z1, Z2 sowie Ausgangsgrößen A1, A2, . . ., Am in Abhängigkeit vom je­ weiligen Zustand zugeführter Eingangsgrößen E1, . . ., Ek. An das System S ist ein Diagnosemodul D als zentraler Bestandteil einer Fehlerdiagnoseeinrichtung angekoppelt, das die Vielzahl von im System S vorhandenen, verschiedenen Komponenten K1 bis K4 auf auftretende Fehler überwacht, wobei die Systemkomponenten inner­ halb oder außerhalb der Rechnereinheiten R1, . . ., Rn angeordnet sein können. Die Gesamtheit der Eingangsgrößen E1, . . ., Ek, der Zustandsgrößen Z1, Z2, . . . und der Ausgangsgrößen A1, . . ., Am bildet den Satz der Prozeßgrößen des Systems S.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Diagnosemoduls D. Das Diagnosemodul D umfaßt eine Checkliste CL, die aus einzelnen Teil-Checklisten CL_1, . . ., CL_n besteht, welche jeweilige fehlerrelevante Pro­ zeßgrößen für die einzelnen Funktionsgruppen FG enthalten, eine Prozeßgrößen-Zustandtabelle ZT, welche die Zuordnung aufgetrete­ ner Zustandsänderungen von Prozeßgrößen zu den jeweils fehler­ verdächtigen Systemkomponenten dokumentiert, und eine Ablauf­ steuerung AS. Die Checkliste CL und die Zustandstabelle ZT wer­ den vor dem tatsächlichen Systembetrieb vorab in einer Generier­ phase gewonnen und im Diagnosemodul D abgelegt. Die Ablaufsteue­ rung AS enthält, wie blockdiagrammatisch veranschaulicht, die zur Fehlerdiagnose benötigten Kommunikations- und Datenbankfunk­ tionen sowie eine Recorderfunktion, mit welcher alle von dem Diagnosemodul D erkannten Nichtfunktionen bzw. Fehler von Sy­ stemkomponenten in chronologisch richtiger Reihenfolge in einem als Diagnoseergebnisspeicher fungierenden Fehlerspeicher E abge­ legt werden. Zusätzlich enthält das Diagnosemodul D einen Zwi­ schenspeicher ZS.

Insbesondere zum Zwecke einer unten erläuterten Modellierung der Systemfunktionen im Rahmen der Generierphase werden im System S die voneinander unabhängig arbeitenden Funktionspfade als jewei­ lige Funktionsgruppen FG ermittelt, wie dies in Fig. 1 für den Fall einer Funktionsgruppe FG näher gezeigt ist, die eine die Eingangsgröße E3 empfangende Komponente K3 und eine nachgeschal­ tete Verarbeitungslogik V, welche eine Zustandsgröße Z1 erzeugt, sowie eine dieser Verarbeitungslogik V außerhalb der zugehörigen Rechnereinheit R1 nachgeschaltete Komponente K4 umfaßt, der die Zustandsgröße Z1 zugeführt ist und die daraus die Ausgangsgröße A1 erzeugt.

In dieser Generierphase wird von jeder der Funktionsgruppen FG des Systems S, unterstützt durch entsprechende Softwarewerkzeu­ ge, ein Funktionsmodell erstellt, das die Hard- und Software­ struktur der Funktionsgruppe FG nachbildet. Dazu werden insbe­ sondere zugehörige Schaltplan-Eingaben und Daten über Aktuato­ ren, Sensoren und dergleichen aus einer Modellbibliothek be­ nutzt. Automatische Generierungsverfahren dieser Art sind an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung. An dem so erhaltenen Modell M werden dann Permutationen der re­ levanten Eingangsgrößen E1, . . . simuliert und dabei der Reihe nach alle beteiligten Systemkomponenten als fehlerhaft einge­ setzt. Zu einem jeden solchen Komponentenfehler werden dann die zugehörigen Prozeßgrößen des Systems S ermittelt, deren Zu­ standswerte durch den simulierten Komponentenfehler einen vorge­ gebenen Toleranzbereich verlassen. Dies wird als binäre Zustand­ sänderung in Form eines Übergangs vom Fehlerfrei-Zustand zum Fehler-Zustand der betreffenden Prozeßgröße interpretiert. Diese Prozeßgrößen werden für den jeweiligen Komponentenfehler als fehlerrelevant bezeichnet. Des weiteren werden in diesem Simula­ tionsschritt SS die fehlerrelevanten Prozeßgrößen jedes Kompo­ nentenfehlers in primäre und sekundäre Prozeßgrößen unterschie­ den, wobei als primäre Prozeßgrößen diejenigen bezeichnet wer­ den, die, in der Regel durch Sensorik unterstützt, direkt meßbar sind und konkrete Hinweise auf fehlerhafte Systemkomponenten liefern, während die übrigen, von mehreren primären Prozeßgrößen beeinflußten Prozeßgrößen als sekundär bezeichnet werden und nur in ihrer Gesamtheit zu einer Fehleraussage führen. Sekundäre Prozeßgrößen sind auch solche, die zunächst fehlerverdächtige Komponenten durch Präzisierung des Fehlerbildes aufgrund der Verbindungsstrukturen entlasten können.

Im anschließenden Checklisten-Generierungsabschnitt CG werden dann für den jeweiligen simulierten Komponentenfehler die zu ei­ ner primären Prozeßgröße gehörigen sekundären Prozeßgrößen in einer entsprechenden Teil-Checkliste aufgelistet. Alle auf diese Weise erhaltenen Teil-Checklisten CL_1 bis CL_n werden dann un­ ter Bildung der Checkliste CL zusammengefaßt und im Diagnosemo­ dul D abgespeichert. Dann wird als abschließender Schritt der Generierphase die Prozeßgrößen-Zustandstabelle ZT erstellt. In dieser Zustandstabelle ZT sind jeder Kombination der binärwerti­ gen Zustände der fehlerrelevanten Prozeßgrößen die eine oder mehreren entsprechenden fehlerverdächtigen Systemkomponenten zu­ geordnet. Die auf diese Weise gewonnene Zustandstabelle ZT wird dann im Diagnosemodul D abgelegt.

Mit dem solchermaßen vorbereiteten Diagnosemodul D überwacht dann die Fehlerdiagnoseeinrichtung das System S auf das Vorlie­ gen fehlerhaften Komponenten entsprechend dem in Fig. 4 gezeig­ ten Verfahren. Mit dem jeweiligen Systemstart 1 erfaßt das Dia­ gnosemodul D laufend die primären Prozeßgrößen, d. h. diejenigen Prozeßgrößen des Systems S, die für wenigstens einen Komponen­ tenfehler eine primäre Prozeßgröße darstellen. Die erfaßten mo­ mentanen Zustandswerte der primären Prozeßgrößen werden vom Dia­ gnosemodul D daraufhin ausgewertet, ob sie ihren vorgegebenen Toleranzbereich, der dem Fehlerfrei-Zustand der Prozeßgröße ent­ spricht, verlassen haben und sich folglich der Zustand der Pro­ zeßgröße in den Fehler-Zustand geändert hat. Erst wenn im be­ treffenden Abfrageschritt 2 vom Diagnosemodul D erkannt wird, daß sich der Zustand einer fehlerrelevanten primären Prozeßgröße in den Fehler-Zustand geändert hat, löst dies einen weitergehen­ den Diagnosevorgang aus, bei dem in einem nächsten Schritt 3 vom Diagnosemodul D anhand der Checkliste CL diejenige Teil-Check­ liste ermittelt wird, die derjenigen primären Prozeßgröße zuge­ ordnet ist, die sich in den Fehler-Zustand verändert hat. Der ermittelten Teil-Checkliste entnimmt das Diagnosemodul D die zu­ gehörigen anderen fehlerrelevanten, sekundären Prozeßgrößen der betreffenden Funktionsgruppe FG. Daraufhin fragt das Diagnosemo­ dul D vom System S die aktuellen Zustandswerte dieser sekundären Prozeßgrößen ab und ermittelt dadurch, ob sich die jeweilige se­ kundäre Prozeßgröße im Fehlerfrei-Zustand oder im Fehler-Zustand befindet (Schritt 4).

Im nächsten Schritt 5 vergleicht das Diagnosemodul D die durch die Systemabfrage ermittelte aktuelle Zustandskombination der primären Prozeßgröße, welche den Diagnosevorgang ausgelöst hat, und der zu dieser gehörigen, in ihrer Teil-Checkliste aufgeführ­ ten sekundären Prozeßgrößen mit den in der Zustandstabelle ZT gespeicherten Zustandskombinationen. Bei Übereinstimmung der ak­ tuellen, im Systembetrieb abgefragten Zustandskombination mit der in einer bestimmten Zeile der Zustandstabelle ZT gespeicher­ ten Zustandskombination werden die in dieser Zeile der Zustands­ tabelle ZT als fehlerverdächtig angegebenen Systemkomponenten vom Diagnosemodul D ausgelesen und dem Nutzer als fehlerverdäch­ tig zur Anzeige gebracht (Schritt 6). Zusätzlich speichert das Diagnosemodul D anschließend die wesentlichen Informationen über den Diagnosevorgang und das Diagnoseergebnis, d. h. Daten über die primäre Prozeßgröße, welche den Diagnosevorgang ausgelöst hat, sowie die vom System abgefragte, aktuelle Zustandskombina­ tion dieser Prozeßgröße und der über die betreffende Teil-Check­ liste zugehörigen sekundären Prozeßgrößen im Fehlerspeicher E. Durch die Anzeige der fehlerverdächtigten Komponenten kann das Service- bzw. Diagnosepersonal das oder die fehlerverdächtigen Systemkomponenten reparieren oder austauschen oder zuvor noch detailliertere Tests an der oder den fehlerverdächtigen Kompo­ nenten vornehmen. Die Anzeige der fehlerverdächtigen Systemkom­ ponenten erfolgt vorzugsweise in einer Reihenfolge mit abstei­ gender Fehlerwahrscheinlichkeit, wozu für jede Systemkomponente eine empirisch festgelegte Fehlerwahrscheinlichkeit vorgegeben wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die im Ergebnisspei­ cher E gespeicherten Daten über die Ergebnisse vorhergehender Diagnosevorgänge für die Auswertung eines laufenden Diagnosevor­ gangs genutzt. Insbesondere erlauben die dort gespeicherten Zu­ standskombinationen von früher aufgetretenen Komponentenfehlern zu einem späteren Zeitpunkt eine Reproduktion des Systemzu­ stands. Wenn nämlich jene primären Prozeßgrößen, die zu einem früheren Zeitpunkt bereits einmal im Fehler-Zustand waren und einen Diagnosevorgang ausgelöst hatten, selbst als eine der se­ kundären Prozeßgrößen, die zu derjenigen primären Prozeßgröße gehören, welche durch einen aktuellen Komponentenfehler in den Fehler-Zustand gelangt ist und den laufenden Diagnosevorgang ausgelöst hat, bezüglich ihres aktuellen Zustands abgefragt wer­ den, kann jener Zustand zur Auswertung herangezogen werden, den diese Prozeßgrößen zum Zeitpunkt der durch sie initiierten Diagnoseabfrage eingenommen hatten, einschließlich der damit verbunden Zustände der zugehörigen sekundären Prozeßgrößen. Es können dann durch diese Auswertung gegebenenfalls mehrere Vor­ schläge über Kombinationen fehlerverdächtiger Systemkomponenten vorliegen, wovon ein von einem entsprechenden Algorithmus als bester bewerteter Vorschlag als Ergebnis verwendet wird. Derar­ tige Bewertungsalgorithmen sind dem Fachmann geläufig und bedür­ fen hier keiner näheren Erläuterung. Mit dieser Vorgehensweise lassen sich Fehler, die in der Vergangenheit aufgetreten sind und momentan beispielsweise deshalb nicht mehr vorliegen, weil der zugehörige Pfad gerade nicht aktiv ist, in die Auswertung einbeziehen, wodurch das Diagnoseergebnis in vielen Fällen ver­ bessert werden kann.

Anhand der Fig. 5 bis 7 werden nachfolgend anhand eines Bei­ spiels für eine Funktionsgruppe FG eines Kraftfahrzeugs als zu diagnostizierendem System einige der wesentlichen, oben allge­ mein beschriebenen Aspekte der erfindungsgemäßen Fehlerdiagnose­ einrichtung entsprechend den Fig. 1 bis 4 konkretisiert erläu­ tert. Das gesamte, zu diagnostizierende Fahrzeug beinhaltet eine Reihe von elektronischen Baugruppen sowie mit ihnen verbundene elektrische und mechanische Bauteile bzw. periphere Baugruppen, wobei die elektrischen Komponenten, wie z. B. Glühlampen, gegebe­ nenfalls über geeignete Treiberstufen von der Elektronik direkt und die mechanischen Komponenten über elektromechanische Betäti­ gungsglieder, wie Elektromotoren, Magnetventile, Relais und ähn­ liche Aktuatoren, betätigt werden können. Die Zustandswerte der Prozeßgrößen dieses Systems, insbesondere der elektrischen und mechanischen Komponenten, und die Ausführungen von Betätigungen werden mindestens teilweise mit Hilfe von Sensoren an die elek­ tronischen Komponenten rückgemeldet. Des weiteren werden die elektronischen Baugruppen ebenfalls in die Diagnose einbezogen.

In Fig. 5 ist eine Funktionsgruppe dieses Systems gezeigt, die zwei Strompfade umfaßt. Ein erster Strompfad beinhaltet eine Eingangsgröße A, die weiteren Prozeßgrößen-Spannung Ua und Stromstärke Ia, eine beiden Pfaden gemeinsame Systemkomponente in Form einer ersten Steckverbindung S1, eine Leitungsverbindung ca, eine zweite gemeinsame Systemkomponente in Form einer zwei­ ten Steckverbindung S2, eine Komponente in Form einer ersten Lampe La und eine Masseverbindung M, die ebenfalls beiden Pfaden gemeinsam ist. Der andere Strompfad beinhaltet eine Eingangsgrö­ ße B, die weiteren Prozeßgrößen-Spannung Ub und Stromstärke Ib, eine Leitungsverbindung cb als weitere Systemkomponente, die Steckverbindungen S1 und S2, eine zweite Lampe Lb und die ge­ meinsame Masseverbindung M.

Fig. 6 zeigt eine zu dieser Funktionsgruppe gehörige Teil-Check­ liste, die zu dem angenommenen Fall gehört, daß die Stromstärke Ia als eine primäre Prozeßgröße vom Fehlerfrei-Zustand in den Fehler-Zustand gewechselt hat. Dies zeigt sich in einer Unter­ brechung des ersten Strompfades, so daß dort kein Stromfluß mehr meßbar ist und die zugehörige Lampe La nicht brennt. Die Teil-Checkliste gemäß Fig. 6 umfaßt neben der für diesen Komponenten­ fehler als primäre Prozeßgröße agierenden Stromstärke Ia des er­ sten Strompfades die beiden Eingangsgrößen A, B, die beiden Spannungen Ua, Ub und die Stromstärke Ib im anderen Strompfad.

Fig. 7 veranschaulicht einen den vorliegend angenommenen Fehler­ fall enthaltenden Ausschnitt aus der zugehörigen Zustandstabelle ZT, der die Auswertung für diesen Fehlerfall veranschaulicht. Dabei sind, wie Fig. 5 zu entnehmen ist, die beiden Strompfade über die gemeinsamen Steckverbindungen S1, S2 und die gemeinsame Masseverbindung M fehlerrelevant miteinander verknüpft.

Die in Fig. 7 gezeigte erste Zeile der Zustandstabelle ZT gibt an, daß die Eingangsgröße A aktiv, die Eingangsgröße B inaktiv, die Spannung Ua aktiv, d. h. meßbar, und die Stromstärke Ia inak­ tiv, d. h. nicht meßbar, sind, wobei die Lampe La nicht brennt. Des weiteren sind die zugehörige Spannung Ub und die zugehörige Stromstärke Ib inaktiv. Die Betrachtung dieser Prozeßgrößen-Zu­ standskombination ergibt, wie in der rechten Hälfte der ersten Zeile der Zustandstabelle ZT von Fig. 7 angegeben, daß als feh­ lerverdächtig alle Komponenten des ersten Strompfades, d. h. die beiden Steckverbindungen S1, S2, die Leitungsverbindung ca, die Lampe La und die Masseverbindung M, in Betracht kommen. Über den Zustand der Leitungsverbindung cb und der Lampe Lb im anderen Strompfad wird keine Aussage gemacht, da sie für den aufgetrete­ nen Fehler nicht relevant sind. Die Fehleraussage ist daher re­ lativ vage.

Die zweite Zeile der Zustandstabelle ZT von Fig. 7 gibt an, daß die Eingangsgröße A aktiv, die Eingangsgröße B inaktiv, die Spannung Ua aktiv und die Stromstärke Ia inaktiv, d. h. nicht meßbar, sind, wobei wiederum die Lampe La nicht brennt. In die­ sem Fall ist nun jedoch die Spannung Ub im anderen Strompfad ak­ tiv, d. h. vorhanden, während die zugehörige Stromstärke Ib als inaktiv gemessen wird. Die Betrachtung dieser Prozeßgrößen-Zu­ standskombination ergibt, daß dieser Fehler nur auftreten kann, wenn die gemeinsame Masseverbindung M unterbrochen ist, da die Spannung Ub als aktiv gemessen wird, während die Eingangsgröße B inaktiv ist. Dies ist somit eine eindeutige Fehleraussage, und es erscheint in der rechten Hälfte dieser zweiten Zeile nur die Masseverbindung M als fehlerverdächtige Systemkomponente.

Im Beispielfall von Zeile 3 der Zustandstabelle ZT von Fig. 7 sind beide Eingangsgrößen A, B und beide Spannungen Ua, Ub ak­ tiv, während die Stromstärke Ia im einen Strompfad inaktiv und die Stromstärke Ib im anderen Strompfad aktiv ist, d. h. die Lam­ pe Lb brennt, die Lampe La jedoch nicht. Die Betrachtung dieser Prozeßgrößen-Zustandskombination ergibt, daß wegen der aktiven Stromstärke Ib und dem Brennen der Lampe Lb eine Unterbrechung an der gemeinsamen Masseverbindung M und mit großer Wahrschein­ lichkeit auch an den beiden Steckverbindungen S1, S2 nicht vor­ liegt. Nicht in die Beurteilung einbezogen wird der Fall, daß an den Steckverbindungen S1, S2 nur ein Teil der Kontakte Verbin­ dung hat, weil beispielsweise der Stecker nicht richtig in der zugehörigen Kupplung sitzt. Als mögliche Fehlerursachen bleiben dann nur eine Unterbrechung der Verbindungsleitung ca oder eine defekte Lampe La, wie dies in der rechten Hälfte der dritten Zei­ le der Zustandstabelle ZT von Fig. 7 angegeben ist. Mit entspre­ chend höherem Aufwand kann auch der Fall nur teilweiser Kontak­ tierungen der jeweiligen Steckverbindung S1, S2 berücksichtigt werden.

Durch analoge Betrachtungen, wie sie oben für eine ausgewählte Funktionsgruppe anhand der Fig. 5 bis 7 beschrieben sind, lassen sich alle übrigen unabhängigen Funktionsgruppen eines zu diagno­ stizierenden technischen Systems auf das Auftreten von Fehlern in einer oder mehreren Systemkomponenten überwachen. Das Bei­ spiel der Fig. 5 bis 7 zeigt auch, wie durch die Heranziehung einer zusätzlichen Prozeßgröße für die Beurteilung weitere, z. B. drei, mögliche Fehlerquellen ausgeschlossen werden können. Die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung ist mit ihrem Diagnosemodul in der Lage, verhältnismäßig rasch einen auftretenden Systemfeh­ ler und die diesen verursachende, fehlerhafte Systemkomponente mit relativ geringem Aufwand zu erkennen. Von Vorteil ist dabei unter anderem die Strukturierung der fehlerrelevanten Prozeßgrö­ ßen für einen jeweiligen Komponentenfehler in die unmittelbar mit diesem verknüpfte, meßbare primäre Prozeßgröße und die davon abhängigen sekundären Prozeßgrößen, auf die sich der Komponen­ tenfehler indirekt auswirkt. Diese Strukturierung der Prozeßgrö­ ßen erlaubt es, nur die primären Prozeßgrößen am System laufend zu überwachen. Erst nach Auftreten eines Fehler-Zustands einer primären Prozeßgröße werden die Zustände der zugehörigen sekun­ dären Prozeßgrößen am System abgefragt und ausgewertet. Durch die Vorabermittlung und Speicherung der Checkliste und der Zu­ standstabelle können dann im laufenden Systembetrieb anhand der ermittelten Zustandskombination für die primäre und die zugehö­ rigen sekundären Prozeßgrößen die fehlerverdächtigen Systemkom­ ponenten vom Diagnosemodul mit relativ geringer Rechenleistung schnell bestimmt und angezeigt werden.

Claims (4)

1. Fehlerdiagnoseeinrichtung zur Erkennung fehlerhafter Kompo­ nenten eines technischen Systems (S) mit fehlerrelevanten Pro­ zeßgrößen, deren Zustand sich bei Auftreten eines jeweiligen Komponentenfehlers von einem Fehlerfrei-Zustand in einen Fehler-Zu­ stand ändert, indem ihr Zustandswert einen vorgegebenen Tole­ ranzbereich verläßt, gekennzeichnet durch ein Diagnosemodul (D) mit folgenden Merkmalen:

• - es enthält abgespeichert eine Checkliste (CL) und eine Zu­ standstabelle (ZT), die vorab durch eine Komponentenfehlersimu­ lation an einem generierten Funktionsmodell des Systems ermit­ telt werden, während der die fehlerrelevanten Prozeßgrößen für die jeweilige fehlerhafte Systemkomponente getrennt nach direkt meßbar komponentenfehlerindikativen, primären und davon beein­ flußten, sekundären Prozeßgrößen bestimmt werden, wobei die Checkliste in einer jeweiligen Teil-Checkliste (CL_1, . . ., CL_n) für jede primäre Prozeßgröße die von dieser beeinflußten sekun­ dären Prozeßgrößen angibt und die Zustandstabelle für jede Zu­ standskombination der fehlerrelevanten Prozeßgrößen die zugehö­ rigen fehlerverdächtigen Systemkomponenten angibt; und
• - es erfaßt während des Systembetriebs laufend die Zustandswerte der primären Prozeßgrößen, ermittelt daraus deren Zustand und aktiviert, sobald es den Fehler-Zustand für eine der primären Prozeßgrößen feststellt, einen Diagnosevorgang, in welchem es der Checkliste die zu der im Fehler-Zustand befindlichen, primä­ ren Prozeßgröße gehörigen sekundären Prozeßgrößen entnimmt, de­ ren Zustandswerte vom System (S) abfragt, daraus deren Zustand bestimmt, die so ermittelte Zustandskombination der fehlerrele­ vanten Prozeßgrößen mit den in der Zustandstabelle (ZT) abge­ speicherten Zustandskombinationen vergleicht und bei Überein­ stimmung mit einer der abgespeicherten Zustandskombinationen die in der Zustandstabelle zugehörig abgespeicherten fehlerverdäch­ tigen Systemkomponenten feststellt.

2. Fehlerdiagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Diagnosemodul (D) die im jeweiligen Diagnosevorgang als feh­ lerverdächtig festgestellten Systemkomponenten nach einer für jede Systemkomponente empirisch festgelegten Fehlerwahrschein­ lichkeit geordnet anzeigt.

3. Fehlerdiagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Diagnosemodul (D) die Ergebnisinformationen des jeweiligen Diagnosevorgangs über die auslösende primäre Prozeßgröße, die hierzu ermittelte Zustandskombination der fehlerrelevanten Pro­ zeßgrößen und die zugehörigen fehlerverdächtigten Systemkompo­ nenten in einem Diagnoseergebnisspeicher (E) abspeichert.

4. Fehlerdiagnoseeinrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Diagnosemodul (D) während eines laufenden Diagnosevorgangs die im Diagnoseergebnisspeicher (E) abgespeicherten Informatio­ nen vorangegangener Diagnosevorgänge bei der Abfrage und an­ schließenden Auswertung der Zustände der beteiligten fehlerrele­ vanten Prozeßgrößen heranzieht.