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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Fehlerdiagnoseverfahren zur Erkennung
fehlerhafter Komponenten eines technischen Systems mit fehlerrelevanten
Prozeßgrößen, deren
Zustand sich bei Auftreten eines entsprechenden Komponentenfehlers
von einem Fehlerfrei-Zustand
in einen Fehler-Zustand ändert,
indem ihr Zustandswert einen vorgegebenen Toleranzbereich verläßt.
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Fehlerdiagnoseeinrichtungen
zur Erkennung einschließlich
Identifikation und Anzeige fehlerhafter Komponenten eines technischen
Systems, wie einer Produktionsanlage, eines Computersystems, eines Kraftfahrzeuges
etc., sind verschiedentlich bekannt. Meist werden dabei die momentanen
Zustandswerte der Prozeßgrößen des
Systems, die sich aus Eingangsgrößen, Ausgangsgrößen und
internen 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 elektronische Mittel, wie Komparatoren, Fensterdiskriminatoren
etc., erfolgen, bei Systemen mit mechanischem Anteil werden die
zugehörigen Prozeßgrößen gegebenenfalls
durch einen Meßwandler
in ein elektrisches Signal umgewandelt, das dann vergleichend ausgewertet
werden kann.
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Eine
Schwierigkeit solcher bekannter Einrichtungen besteht darin, daß die Aussage über den Fehlerort
bzw. die Fehlerart häufig
nicht eindeutig ist, weil die Einrichtung beispielsweise mangels
Sensorik einem einzelnen Fehlersignal noch mehrere mögliche Komponentenfehler
zuordnet. Es obliegt dann dem Bedienpersonal, 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 Diagnose
die Art und den Ort eines Fehlers durch entsprechenden Aufwand an
Sensorik selbsttätig
zu ermitteln und die betreffenden Fehlerinformationen codiert oder
uncodiert anzuzeigen und erforderlichenfalls für Korrekturen durch Bedien- bzw.
Servicepersonal verwendbar zu machen.
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In
der Patentschrift
DE
41 24 542 C2 ist eine Fehlerdiagnoseeinrichtung zur Bestimmung
einer Fehlerursache bei einem geprüften Gerät mit einer Detektiereinrichtung,
die Parameter des geprüften Gerätes detektiert,
und mit einer Speichereinrichtung beschrieben. In der Speichereinrichtung
sind ein Suchbaum mit Knoten, die jeweiligen Untereinheiten des
geprüften
Gerätes
entsprechen, sowie den Knoten jeweils zugeordnete Testtabellen,
in denen jeweils wenigstens ein von der Detektiereinrichtung zu detektierender
Parameter sowie eine diesbezügliche Testbedingung
angegeben sind, eine Fehlerwahrscheinlichkeitstabelle entsprechend
den Resultaten von Tests gemäß der wenigstens
einen Testbedingung und Namen von Tochterknoten vorab abgespeichert,
wobei in einer Testtabelle, die einem Knoten mit wenigstens drei
Tochterknoten zugeordnet ist, zusätzlich wenigstens zwei zu detektierende
Parameter und Testbedingungen angegeben sind. Außerdem ist in der Speichereinrichtung
vorab eine Such/Inferenzeinrichtung abgespeichert, die entlang des
Suchbaums Knoten auswählt
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 dabei eine der Hardwareorganisation des
geprüften
Gerätes
entsprechende Suchbaumstruktur. Diese Einrichtung erfordert eine
relativ hohe Rechenleistung während
der Systemlaufzeit, da viele Entscheidungen zu treffen und gegebenenfalls
Tabellen nachzuladen sind.
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In
der Patentschrift
US 5.099.436 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Systemfehlerdiagnose
beschrieben, das auf einer hybriden Wissensdarstellung des zu diagnostizierenden
Systems basiert. Während
der Systemlaufzeit erfaßte
Daten werden mit einer ereignisbasierten Systemdarstellung verglichen,
die eine Vielzahl von vordefinierten Ereignissen umfaßt. Ein
Ereignis wird erkannt, wenn die erfaßten Daten mit den kritischen
Parametern des Ereignisses übereinstimmen.
Das erkannte Ereignis und ein zugehöriger Satz von Mehrdeutigkeits-Gruppeneffekten,
welche Komponenten kennzeichnen, die entsprechend einem zugeordneten
Sortiereffekt in einer Mehrdeutigkeitsgruppe neu sortiert werden
sollen, werden analysiert. Außerdem
können
ein Symptomfehlermodell und ein Nichtfunktionsmodell analysiert
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 Mehrdeutigkeitsgruppeneffekten zugeordnet, der die
Mehrdeutigkeitsgruppe neu sortiert. Beginnend mit denjenigen Komponenten
in der Mehrdeutigkeitsgruppe, deren Nichtfunktion am wahrscheinlichsten ist,
wird ein Strukturmodell analysiert, und als Ergebnis der Analyse
werden Reparaturvorschläge
mit am System auszuführenden
Tests ausgegeben.
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Diese
bekannte Vorgehensweise beinhaltet eine laufende umfangreiche Datenakquisition
und ständige
Vergleichsoperationen während
des Systembetriebs und daher einen erheblichen Rechenaufwand im
diagnostizierenden Systemteil. Das Systemmodell beschreibt die Systemkomponenten
ereignisstrukturiert mit zusätzlichen
Informationen über ihre
Ausfallwahrscheinlichkeit, Reparaturfreundlichkeit, Zugänglichkeit
usw. Die Implementierung dieses Diagnosewissens, für die spezielles
Wissen und/oder Erfahrungen notwendig sind, ist für einen
Einsatz dort nicht geeignet, wo die zu diagnostizierenden Systeme
nach Struktur und Ausprägung
zeitlich kurzfristigen Änderungen
unterliegen, wie dies z.B. bei Kraftfahrzeugen der Fall ist.
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Strukturelle
Grundzüge
einer rechnergestützten
Fehlerdiagnoseeinrichtung für
ein Kraftfahrzeug sind in den Veröffentlichungen N. Waleschkowski
et al., Ein wissensbasiertes Fahrzeug-Diagnosesystem für den Einsatz
in der Kfz-Werkstatt, Grundlagen und Anwendungen 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 Einrichtung enthält eine
Diagnoseablaufbereitstellungsstufe mit einer Wissensbasis, die ein
Strukturmodell über
den hierarchischen Aufbau des technischen Systems aus einzelnen
Teilsystemen, ein Wirkungsmodell über die Wirkungsbeziehungen
zwischen den einzelnen Teilsysstemen und ein den Diagnoseablauf
bestimmendes Fehlermodell beinhaltet, das die Zusammenhänge zwischen
Fehlerursachen und deren Auswirkungen sowie geeigneten Prüfabläufen und
Reparaturen darstellt. Eine Diagnosedurchführungsstufe führt interaktiv
Fehlerdiagnosen unter Verwendung des von der Diagnoseablaufbereitstellungsstufe
bereitgestellten Diagnoseablaufprogramms durch.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Fehlerdiagnoseverfahrens zugrunde, mit dem im Systembetrieb mit
vergleichsweise geringem Rechenaufwand relativ rasch fehlerverdächtige Systemkomponenten
erkannt werden können.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Fehlerdiagnoseverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Verfahren 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-Zustand in einen Fehler-Zustand ändern, so
daß von
deren Zustand auf die eine oder mehreren fehlerverdächtigen
Komponenten geschlossen werden kann. Diese binäre Zustandsentscheidung für die jeweilige
Prozeßgröße erfolgt
in Abhängigkeit
davon, ob der zugehörige
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 fehlerhaften
auch noch von einem oder mehreren anderen Signalpfaden genutzt werden,
die Zahl der im fehlerhaften Pfad verdächtigen Komponenten wesentlich
verringern kann.
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Die
Prozeßgrößen werden
für jeden
Komponentenfehler in primäre,
direkt meßbare
und davon beeinflußte,
direkt auf den entsprechenden Komponentenfehler hinweisende sekundäre Prozeßgrößen unterschieden,
die nur in ihrer Gesamtheit für
den betreffenden Fehler indikativ sind. Im laufenden Systembetrieb
werden nur die primären
Prozeßgrößen kontinuierlich überwacht,
während
die übrigen
Prozeßgrößen erst
bei Aktivierung eines jeweiligen Diagnosevorgangs abgefragt werden,
der dadurch ausgelöst
wird, daß eine
der primären
Prozeßgrößen von ihrem
Fehlerfrei-Zustand in ihren Fehler-Zustand wechselt. Die primären und
die jeweils zugehörigen sekundären Prozeßgrößen und
ihre komponentenfehlerindikativen Zustandskombinationen lassen sich automatisiert
aus vorhandenen Konstruktionsunterlagen vorab modellbasiert durch
Simmulation ermitteln und in einer Checkliste sowie einer Zustandstabelle abspeichern. Über das
Modell läßt sich
somit automatisiert und ohne Notwendigkeit der Einbeziehung von
Fach- oder Spezialwissen eine detallierte Zuordnung von Fehlerursachen
und Fehlerauswirkungen dokumentieren. Soweit das zu diagnostizierende System
unabhängige
Funktionsgruppen enthält,
läßt es sich
für die
Modellierung entsprechend aufteilen, was die Zahl der notwendigen
Simulationen verringert.
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Bei
einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Fehlerdiagnoseverfahren ist
das Diagnosemodul so ausgelegt, daß es die während eines Diagnosevorgangs
als fehlerverdächtig
festgestellten Systemkomponenten geordnet nach ihrer empirisch festgelegten
Ausfallwahrscheinlichkeit anzeigt. Damit wird das Bedien- bzw. Servicepersonal
in die Lage versetzt, dem aufgetretenen Fehler gezielt zuerst mit
der jeweils am wahrscheinlichsten zur Behebung desselben führenden
Maßnahme
zu begegnen.
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Bei
einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Fehlerdiagnoseverfahren speichert
das Diagnosemodul für
den jeweiligen Diagnosevorgang die Informationen über die
auslösende
primäre
Prozeßgröße, die
ermittelte Zustandskombination der fehlerrelevanten Prozeßgrößen und
die zugehörigen
fehlerverdächtigen
Systemkomponenten in einem Diagnoseergebnisspeicher ab, wodurch
der aufgetretene Fehler und seine Ursache dokomentiert 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 fehlerhaften 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 entsprechenden,
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.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden
nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines auf Fehler seiner Komponenten zu diagnostizierenden
Systems und eines Diagnosemoduls einer zugehörigen Fehlerdiagnoseeinrichtung,
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2 ein
detaillierteres Blockdiagramm des Diagnosemoduls von 1,
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3 eine
schematische Blockdiagrammdarstellung zur Veranschaulichung der
Erstellung eines Funktionsmodells des zu diagnostizierenden Systems
zur Gewinnung einer Checkliste und einer Zustandstabelle für das Diagnosemodul
von 2,
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4 ein
Flußdiagramm
des von der Fehlerdiagnoseeinrichtung mit dem Diagnosemodul von 2 durchführbaren
Fehlerdiagnoseverfahrens,
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5 ein
Blockschaltbild einer konkreten Realisierung einer Funktionsgruppe
gemäß 1 für den Fall
eines Kraftfahrzeuges als zu diagnostizierendem System,
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6 eine
im Diagnosemodul für
die Funktionsgruppe von 5 abgelegte Teil-Checkliste
der Checkliste von 3 und
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7 ein
zur Funktionsgruppe von 5 gehöriger Ausschnitt aus der im
Diagnosemodul abgelegten Zustandstabelle.
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1 zeigt
allgemein den Aufbau eines zu diagnostizierenden technischen Systems
S, das eine beliebige Anzahl n von Rechnereinheiten R1, ..., Rn umfaßt, von
denen lediglich eine erste Rechnereinheit R1 etwas detaillierter
wiedergegeben ist. Das System S erzeugt mittels Verarbeitungslogiken
V, die in den Rechnereinheiten R1,..., Rn implementiert sind, Zustandsgrößen Z1,
Z2 sowie Ausgangsgrößen A1,
A2, ..., Am in Abhängigkeit
vom jeweiligen 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 innerhalb 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.
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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 Prozeßgrößen für die einzelnen Funktionsgruppen
FG enthalten, eine Prozeßgrößen-Zustandtabelle
ZT, welche die Zuordnung aufgetretener Zustandsänderungen von Prozeßgrößen zu den
jeweils fehlerverdächtigen
Systemkomponenten dokumentiert, und eine Ablaufsteuerung AS. Die
Checkliste CL und die Zustandstabelle ZT werden vor dem tatsächlichen Systembetrieb
vorab in einer Generierphase gewonnen und im Diagnosemodul D abgelegt.
Die Ablaufsteuerung AS enthält,
wie blockdiagrammatisch veranschaulicht, die zur Fehlerdiagnose
benötigten Kommunikations-
und Datenbankfunktionen sowie eine Recorderfunktion, mit welcher
alle von dem Diagnosemodul D erkannten Nichtfunktionen bzw. Fehler
von Systemkomponenten in chronologisch richtiger Reihenfolge in
einem als Diagnoseergebnisspeicher fungierenden Fehlerspeicher E
abgelegt werden. Zusätzlich
enthält
das Diagnosemodul D einen Zwischenspeicher ZS.
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Insbesondere
zum Zwecke einer unten erläuterten
Modellierung der Systemfunktionen im Rahmen der Generierphase werden
im System S die voneinander unabhängig arbeitenden Funktionspfade
als jeweilige Funktionsgruppen FG ermittelt, wie dies in 1 für den Fall
einer Funktionsgruppe FG näher
gezeigt ist, die eine die Eingangsgröße E3 empfangende Komponente
K3 und eine nachgeschaltete 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.
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In
dieser Generierphase wird von jeder der Funktionsgruppen FG des
Systems S, unterstützt durch
entsprechende Softwarewerkzeuge, ein Funktionsmodell erstellt, das
die Hard- und Softwarestruktur der Funktionsgruppe FG nachbildet.
Dazu werden insbesondere zugehörige
Schaltplan-Eingaben und Daten über
Aktuatoren, Sensoren und dergleichen aus einer Modellbibliothek
benutzt. Automatische Generierungsverfahren dieser Art sind an sich
bekannt und bedürfen
daher hier keiner näheren
Erläuterung.
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An
dem so erhaltenen Modell M werden dann Permutationen der relevanten
Eingangsgrößen E1,
... simuliert und dabei der Reihe nach alle beteiligten Systemkomponenten
als fehlerhaft eingesetzt. Zu einem jeden solchen Komponentenfehler
werden dann die zugehörigen
Prozeßgrößen des
Systems S ermittelt, deren Zustandswerte durch den simulierten Komponentenfehler
einen vorgegebenen Toleranzbereich verlassen. Dies wird als binäre Zustandsänderung
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 Simulationsschritt SS die fehlerrelevanten
Prozeßgrößen jedes
Komponentenfehlers in primäre
und sekundäre Prozeßgrößen unterschieden,
wobei als primäre
Prozeßgrößen diejenigen
bezeichnet werden, 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.
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Im
anschließenden
Checklisten-Generierungsabschnitt CG werden dann für den jeweiligen
simulierten Komponentenfehler die zu einer 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 unter Bildung
der Checkliste CL zusammengefaßt
und im Diagnosemodul D abgespeichert. Dann wird als abschließender Schritt
der Generierphase die Prozeßgrößen-Zustandstabelle
ZT erstellt. In dieser Zustandstabelle ZT sind jeder Kombination
der binärwertigen
Zustände
der fehlerrelevanten Prozeßgrößen die
eine oder mehreren entsprechenden fehlerverdächtigen Systemkomponenten zugeordnet.
Die auf diese weise gewonnene Zustandstabelle ZT wird dann im Diagnosemodul
D abgelegt.
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Mit
dem solchermaßen
vorbereiteten Diagnosemodul D überwacht
dann die Fehlerdiagnoseeinrichtung das System S auf das Vorliegen
fehlerhaften Komponenten entsprechend dem in 4 gezeigten
Verfahren. Mit dem jeweiligen Systemstart 1 erfaßt das Diagnosemodul
D laufend die primären Prozeßgrößen, d.h.
diejenigen Prozeßgrößen des Systems
S, die für
wenigstens einen Komponentenfehler eine primäre Prozeßgröße darstellen. Die erfaßten momentanen
Zustandswerte der primären Prozeßgrößen werden
vom Diagnosemodul D daraufhin ausgewertet, ob sie ihren vorgegebenen
Toleranzbereich, der dem Fehlerfrei-Zustand der Prozeßgröße entspricht,
verlassen haben und sich folglich der Zustand der Prozeßgröße in den
Fehler-Zustand geändert
hat. Erst wenn im betreffenden Abfrageschritt 2 vom Diagnosemodul
D erkannt wird, daß sich
der Zustand einer fehlerrelevanten primären Prozeßgröße in den Fehler-Zustand geändert hat, löst dies
einen weitergehenden Diagnosevorgang aus, bei dem in einem nächsten Schritt 3 vom
Diagnosemodul D anhand der Checkliste CL diejenige Teil-Checkliste
ermittelt wird, die derjenigen primären Prozeßgröße zugeordnet ist, die sich
in den Fehler-Zustand verändert
hat. Der ermittelten Teil-Checkliste entnimmt das Diagnosemodul
D die zugehörigen
anderen fehlerrelevanten, sekundären Prozeßgrößen der
betreffenden Funktionsgruppe FG. Daraufhin fragt das Diagnosemodul
D vom System S die aktuellen Zustandswerte dieser sekundären Prozeßgrößen ab und
ermittelt dadurch, ob sich die jeweilige sekundäre Prozeßgröße im Fehlerfrei-Zustand oder
im Fehler-Zustand befindet (Schritt 4).
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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 aufgeführten
sekundären
Prozeßgrößen mit
den in der Zustandstabelle ZT gespeicherten Zustandskombinationen.
Bei Übereinstimmung
der aktuellen, im Systembetrieb abgefragten Zustandskombination
mit der in einer bestimmten Zeile der Zustandstabelle ZT gespeicherten
Zustandskombination werden die in dieser Zeile der Zustandstabelle
ZT als fehlerverdächtig
angegebenen Systemkomponenten vom Diagnosemodul D ausgelesen und
dem Nutzer als fehlerverdächtig
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 Zustandskombination
dieser Prozeßgröße und der über die
betreffende Teil-Checkliste 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
Komponenten vornehmen. Die Anzeige der fehlerverdächtigen
Systemkomponenten erfolgt vorzugsweise in einer Reihenfolge mit
absteigender Fehlerwahrscheinlichkeit, wozu für jede Systemkomponente eine
empirisch festgelegte Fehlerwahrscheinlichkeit vorgegeben wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die im Ergebnisspeicher E gespeicherten Daten über die
Ergebnisse vorhergehender Diagnosevorgänge für die Auswertung eines laufenden
Diagnosevorgangs genutzt. Insbesondere erlauben die dort gespeicherten
Zustandskombinationen von früher aufgetretenen
Komponentenfehlern zu einem späteren
Zeitpunkt eine Reproduktion des Systemszustands. 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 sekundären
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 werden, 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 Vorschläge über Kombinationen
fehlerverdächtiger
Systemkomponenten vorliegen, wovon ein von einem entsprechenden
Algorithmus als bester bewerteter Vorschlag als Ergebnis verwendet
wird. Derartige Bewertungsalgorithmen sind dem Fachmann geläufig und
bedürfen
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
verbessert werden kann.
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Anhand
der 5 bis 7 werden nachfolgend anhand
eines Beispiels für
eine Funktionsgruppe FG eines Kraftfahrzeugs als zu diagnostizierendem
System einige der wesentlichen, oben allgemein beschriebenen Aspekte
der erfindungsgemäßen Fehlerdiagnoseeinrichtung
entsprechend den 1 bis 4 konkretisiert
erläutert.
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,
gegebenenfalls über geeignete
Treiberstufen von der Elektronik direkt und die mechanischen Komponenten über elektromechanische
Betätigungsglieder,
wie Elektromotoren, Magnetventile, Relais und ähnliche 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 elektronischen
Komponenten rückgemeldet.
Des weiteren werden die elektronischen Baugruppen ebenfalls in die
Diagnose einbezogen.
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In 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 zweiten 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 Eingangsgröße 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 gemeinsame Masseverbindung
M.
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6 zeigt
eine zu dieser Funktionsgruppe gehörige Teil-Checkliste, 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 Unterbrechung
des ersten Strompfades, so daß dort kein
Stromfluß mehr
meßbar
ist und die zugehörige Lampe
La nicht brennt. Die Teil-Checkliste
gemäß 6 umfaßt neben
der für
diesen Komponentenfehler als primäre Prozeßgröße agierenden Stromstärke Ia des
ersten Strompfades die beiden Eingangsgrößen A, B, die beiden Spannungen
Ua, Ub und die Stromstärke
Ib im anderen Strompfad.
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7 veranschaulicht
einen den vorliegend angenommenen Fehlerfall enthaltenden Ausschnitt aus
der zugehörigen
Zustandstabelle ZT, der die Auswertung für diesen Fehlerfall veranschaulicht. Dabei
sind, wie 5 zu entnehmen ist, die beiden Strompfade über die
gemeinsamen Steckverbindungen S1, S2 und die gemeinsame Masseverbindung M
fehlerrelevant miteinander verknüpft.
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Die
in 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 inaktiv, 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-Zustandskombination ergibt, wie in der
rechten Hälfte
der ersten Zeile der Zustandstabelle ZT von 7 angegeben,
daß als
fehlerverdächtig
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 relativ vage.
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Die
zweite Zeile der Zustandstabelle ZT von 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 diesem Fall ist
nun jedoch die Spannung Ub im anderen Strompfad aktiv, d.h. vorhanden,
während
die zugehörige
Stromstärke
Ib als inaktiv gemessen wird. Die Betrachtung dieser Prozeßgrößen-Zustandskombination
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.
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Im
Beispielfall von Zeile 3 der Zustandstabelle ZT von 7 sind
beide Eingangsgrößen A, B
und beide Spannungen Ua, Ub aktiv, während die Stromstärke Ia im
einen Strompfad inaktiv und die Stromstärke Ib im anderen Strompfad
aktiv ist, d.h. die Lampe 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
Wahrscheinlichkeit auch an den beiden Steckverbindungen S1, S2 nicht
vorliegt. Nicht in die Beurteilung einbezogen wird der Fall, daß an den
Steckverbindungen S1, S2 nur ein Teil der Kontakte Verbindung 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 Hälfe der
dritten Zeile der Zustandstabelle ZT von 7 angegeben
ist. Mit entsprechend höherem
Aufwand kann auch der Fall nur teilweiser Kontaktierungen der jeweiligen
Steckverbindung S1, S2 berücksichtigt
werden.
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Durch
analoge Betrachtungen, wie sie oben für eine ausgewählte Funktionsgruppe
anhand der 5 bis 7 beschrieben
sind, lassen sich alle übrigen
unabhängigen
Funktionsgruppen eines zu diagnostizierenden technischen Systems
auf das Auftreten von Fehlern in einer oder mehreren Systemskomponenten überwachen.
Das Beispiel der 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 Systemfehler
und die diesen verursachende, fehlerhafte Systemkomponente mit relativ
geringem Aufwand zu erkennen. von Vorteil ist dabei unter anderem
die Strukturierung der fehlerrelevanten Prozeßgrößen für einen jeweiligen Komponentenfehler
in die unmittelbar mit diesem verknüpfte, meßbare primäre Prozeßgröße und die davon abhängigen sekundären Prozeßgrößen, auf
die sich der Komponentenfehler indirekt auswirkt. Diese Strukturierung
der Prozeßgrößen 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 sekundären Prozeßgrößen am System
abgefragt und ausgewertet. Durch die Vorabermittlung und Speicherung
der Checkliste und der Zustandstabelle können dann im laufenden Systembetrieb
anhand der ermittelten Zustandskombination für die primäre und die zugehörigen sekundären Prozeßgrößen die fehlerverdächtigen
Systemkomponenten vom Diagnosemodul mit relativ geringer Rechenleistung schnell
bestimmt und angezeigt werden.