KR101131344B1 - 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법 - Google Patents

메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에러 검출부(5)가 메커트로닉스 시스템 내부에서 제어 장치에 의해 실행되고 에러 식별부(7)가 메커트로닉스 시스템 외부에서 연산 유닛에 의해 실행되는, 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법에 관한 것이다.
Figure 112007086303630-pct00002
메커트로닉스 시스템, 에러 검출부, 제어 장치, 에러 식별부, 연산 유닛

Description

메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법 {Method for the Model-Based Diagnosis of a Mechatronic System}
본 발명은 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법과, 진단 시스템과, 컴퓨터 프로그램과, 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
복합적인 메커트로닉스 시스템의 처리를 위한 에러 진단은 모델에 기초한 진단 방법을 필요로 한다. 모델에 기초한 진단 함수 또는 모델에 기초한 진단 알고리즘이 시스템 내에서 온-라인(온-보드)으로, 또는 시스템 외부에서 오프-라인(오프-보드)으로 계산되는지의 여부에 따라, 두 개의 기본적인 진단 개념 사이가, 즉 한편으로는 온-라인-에러 진단 및 다른 한편으로는 오프-라인-에러 진단 사이가 구별된다.
에러가 있는 시스템의 시간 특성에 대한 완전한 정보를 근거로 하는 분명한 에러 진단은, 원칙적으로 고전적인 온-라인-에러 진단만에 의해서만 보장될 수 있다. 그러나 이러한 진단은, 복합적인 메커트로닉스 시스템의 경우에는, 엄격한 실시간 요구 및 실제 제어 장치의 제한적인 연산 출력으로 인해 구현될 수 없다.
오프-라인-에러 진단은, 복합적인 진단 알고리즘의 연산 기술상의 실행은 허용하지만, 원칙적으로 에러가 있는 시스템의 불완전한 시간 특성 정보 내용만을 사용하여 작동하는, 절충적인 방식이다. 따라서, 오프-라인으로 달성될 수 있는 진단의 질은 일반적으로 온-라인-에러 진단의 경우보다 낮은 것으로 나타난다. 예를 들어, 전기 플러그 접속에서 빗물에 의한 간헐적인 중단, 기계적 운동 요소들의 동결, 예상치 못한 시스템 부하에 의한 과열 등과 같이 산발적으로 발생하는 에러들에 대한 진단은 오프 라인으로는 신뢰성 있게 진단될 수 없으며, 오프-라인-에러 진단은 특정한 에러의 경우에만 분명하다.
독일 특허 제103 33 171 A1호에는 기계의 서브시스템을 모니터하기 위한, 모델에 기초한 진단 방법이 기재되어 있다. 상기 방법의 경우 서브시스템의 정량적 모델이 사용되고 출력 신호들의 특성에 대한 이벤트 이산 평가는 정량적 값을 이용하여 실행된다.
이러한 배경에서 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 방법과, 제8항의 특징을 갖는 진단 시스템과, 제9항의 특징을 갖는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 데이터 매체가 제안된다.
메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단을 위한 본 발명에 따른 방법에서, 에러 검출은 메커트로닉스 시스템 내부의 제어 장치에 의해 실행되고 에러 식별은 메커트로닉스 시스템 외부의 연산 유닛에 의해 실행된다.
다른 바람직한 실시예는 특허청구범위의 종속항들에 제공된다.
메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단을 위한 본 발명에 따른 진단 시스템은 메커트로닉스 시스템의 내부에 배치된 제어 장치와, 메커트로닉스 시스템의 외부에 배치된 연산 유닛을 포함한다. 이러한 경우 제어 장치는 메커트로닉스 시스템 내에 발생하는 에러들의 에러 검출을 위해 구성되고, 연산 유닛은 검출된 에러의 에러 식별을 위해 구성된다.
따라서, 신규한 유형의 진단 개념, 즉 소위 포괄적인 온-오프-라인 개념이 제공되는데, 상기 개념은 온-라인-진단의 장점뿐만 아니라 오프-라인-진단의 장점을 통합시킨다. 이러한 진단 개념에 의해, 온-라인-진단의 완전한 정보 내용에 기초하고, 복합적인 메커트로닉스 시스템의 에러 진단을 연산 기술에 의해 실현시킬 수 있는 진단이 가능하다.
진단 과제는 거의 연산 집중적이지 않은 에러 검출의 과제 부분과, 연산 집중적인 에러 식별의 과제 부분으로 분할된다. 에러 검출의 경우, 메커트로닉스 시스템 내부의 제어 장치를 사용하여, 특정 시점(tF)에서 에러가 존재하는 지의 여부가 결정된다. 에러 식별의 경우, 예를 들어 진단 시험기와 같은 효과적인 외부 연산 유닛을 사용하여, 검출된 에러가 진단 함수에 의해 식별될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입력 변수 및 출력 변수뿐만 아니라 시간 간격에 대해 일시적으로 유지된 데이터의 특정 시퀀스가, 링 메모리에 영구 저장될 수 있다. 일시 메모리와 영구 메모리 사이의 검출 제어식 데이터 전송은, 정보를 갖는 데이터의 지능적 선택(intelligent selection)을 허용한다. 이러한 방식에 의해 저장될 수 있는 데이터 용량이 한정된 경우에도 충분한 정보가 에러 진단에 제공된다.
진단 과제의 분할에 의해 온-라인-진단의 장점뿐만 아니라 오프-라인-진단의 장점도 사용될 수 있다.
온-라인으로 실행되는 에러 검출은 실제의 작동 조건에서, 예를 들어 작업장에서는 재생될 수 없는 산발적인 에러를 고려하여 이루어질 수 있다. 또한, 에러의 시간에 따른 발생이 관측될 수 있는데, 이로써 상기 에러에 대한 추가 정보를 얻을 수 있다.
오프-라인으로 실행되는 에러 식별을 위해, 메커트로닉스 시스템 외부의 연산 유닛을 사용하여 충분한 연산 출력 및 저장 공간이 이용된다. 에러 식별 시에는 진단 기능에 대한 실시간 요구는 존재하지 않는다. 진단 기능은 외부의 연산 유닛에서 이루어지는 업데이트에 의해 간단하게 업데이트되며, 이로써 제어 장치의 재차 프로그래밍(reprogramming)은 필요하지 않다.
프로그램 코드 수단을 갖는 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 이에 상응하는 연산 유닛에서, 특히 본 발명에 따른 진단 시스템에서 실행되는 경우, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실행하기 위해 제공된다.
컴퓨터 판독 가능한 데이터 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 갖는 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 제품은, 상기 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 이에 상응하는 연산 유닛에서, 특히 본 발명에 따른 진단 시스템에서 실행되는 경우, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실행하기 위해 제공된다.
본 발명의 다른 장점 및 실시예는 이하의 설명 및 첨부되는 도면으로부터 제시된다.
당연하게, 상술된 특징 및 이하 더욱 상세히 설명되는 특징은, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 각각 제시된 조합으로뿐만 아니라, 다른 조합 또는 단독으로도 사용될 수 있다.
본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 실시예를 사용하여 설명되고 이하 도면을 참조로 하여 더욱 상세히 기술된다.
도1은 진단 과제의 분할을 위한 흐름도이다.
도2는 에러 검출을 위한 흐름도이다.
도3은 입력 신호 및 출력 신호의 검출 제어식 저장을 위한 흐름도이다.
도4는 에러 발생 시 저장 과정의 시간에 따른 흐름도이다.
도1의 흐름도는 에러 진단(3)의 과제(1)가 온-라인-에러 검출(5) 및 오프-라인 에러 식별(7)로 어떻게 구분되는지를 분명하게 도시한다. 메커트로닉스 시스템 내부에서 발생하고 에러 검출(5)에 의해 검출되는 에러 데이터 또는 신호는, 링 메모리에 의해 구현되는 검출 제어식 신호 저장(9)을 이용하여 저장된다.
도2는 메커트로닉스 시스템(11)의 작동 시 발생할 수 있는 에러(f1, f2, fi)가 어떻게 검출되는지를 도시한다. 이 경우, 진단의 문제는 실제 에러가 있는 시스템(11)을 에러가 없는 시스템의 검출 모델(13)과 비교하는 것으로 간소화된다. 시스템(11)의 특성과 검출 모델(13)의 특성은 출력 변수에 대해 측정된 실제값(y) 및 출력 변수에 대해 모델 생성 값(y')을 사용하여 비교될 수 있으며, 입력 변수에 대한 값들은 u로 표시된다. 나머지는 모델에 기초하거나 신호에 기초하여 생성될 수 있다. 나머지(r) 값이 최대로 허용되는 검출 임계값(rMAX)을 초과하는 경우, 에러(f1, f2, fi)가 각각 검출된다.
에러 검출 시 에러(f1, f2, fi)가 에러의 작용이 서로 구별될 필요가 없기 때문에, 검출 가능성의 시스템 특성은 식별 가능성의 시스템 특성처럼 엄격하지는 않다. 모델에 기초한 에러 검출이 이루어지는 경우, 검출 모델(13)은 단지 시스템(11)의 입력 및 출력 특성의 중요한 관계를 반영하는 것으로 이미 충분하다. 따라서, 검출 기능은 낮은 세부화 수준의 단순화된 검출 모델(13)을 사용하여 실현될 수 있다.
도3에는 시스템(11)의 시스템 입력부에서 입력 신호에 대한 값(u) 또는 시스템 출력부에서 출력 신호에 대한 실제값(y), 그리고 상응하는 시간 벡터(t)의 검출 제어식 저장이 도시된다. 신호의 값들(u, y)에는 에러가 있는 시스템(11)의 시간에 따른 거동에 대한 완전한 정보가 포함된다. 이러한 값들(u, y)은 시스템(11) 내부에 온-라인 저장되고, 후속적으로 시스템 외부에서 오프-라인 분석될 수 있다.
에러 검출은 실제값(y)을 예컨대 출력 변수에 대한 모델 생성된 목표값(y')과 비교함으로써 이루어진다. 그러나 목표값은 필연적으로 모델에 의해 생성될 필요는 없다. 일시적 신호 메모리는 링 메모리로서 구성되기 때문에 항상 능동적이 다. 시스템 내부에서 에러가 발생하고 검출되는 경우, 시간 간격(t1)의 데이터(u, y)는 즉시 영구 메모리에 전송된다. 시간 간격(t2)의 데이터(u, y)는 바람직하게 우선 가능한 시점(tL**)에서 영구 메모리에 전송된다.
검출 메세지는, 시간 간격(t3)의 데이터(u, y)를 항상 능동적인 일시 신호 메모리(링 메모리)로부터 영구 메모리로 전송하는 과정의 활성화에 사용된다.
후속되는 에러 식별을 위해 제공되는, 입력 변수 및 출력 변수뿐만 아니라 시간에 대한 값(usave, ysave, tsave)은, 검출 제어식으로 영구 메모리(17) 내에 영구적으로 저장된다.
메모리 매체가 매우 큰 메모리 용량을 갖더라도 충분히 미세한 신호 스캐닝의 경우에는 신속하게 한계에 도달하기 때문에, 메커트로닉스 시스템(11)의 전체적인 작동 시간(t)에 걸쳐 신호의 값들(u, y)을 저장하는 것이 불가능하다.
도4에 도시된 바와 같이, 에러 발생의 직접적인 시점(tF)을 포함하는 시간 간격(t3)만이 본 발명의 진단 개념에서 중요하다. 이러한 시간 간격(t3)이 적합하게 선택되면, 에러(f)의 시간에 따른 전개에 대한 완전한 정보를 포함한다. 에러 검출을 위한 함수의 적합한 합성 시, 실제 에러 발생 시점(tF)과 상기 에러의 검출 시점(tD) 사이의 지연 시간은 무시할 수 있을 정도로 작으며, tD
Figure 112011028951281-pct00001
tF 이므로, 이에 따라 tD = tF 가 추정된다. 검출 제어식 신호 저장에서는, 시점(tD)에서의 검출 메세지는 저장 프로세스의 제어 명령으로서 사용되며, 상기 저장 프로세스는 에러 발생 시점(tD)을 포함하는 관련 시간 간격(t3) 내에서의 신호의 값들(u, y)을 결정한다.
이의 구현을 위해, 메커트로닉스 시스템 내에서 저장 장치의 메모리 유닛의 일 부분은 일시적 신호 메모리(15)로, 예컨대 링 저장의 원리에 따라 작동하는 중간 메모리 또는 버퍼(buffer)로 구성되고, 다른 부분은 영구 메모리(17)로 구성된다. 이러한 검출 제어식 데이터 전송 시, 정보를 보유하는 값들(u, y) 또는 시간 간격(t3) 이내에 발생하는 신호 데이터의 선택이 이루어진다.
링 저장의 겹쳐쓰기 과정은 일시적으로 오프셋되어, tF와 관련하여 시점(t*L)에 대한 과거로 이루어진다. 따라서, 시점 tD에서 검출된 에러(f)에 관한 t*L와 tF 사이의 선행하는 제1 시간 간격(t1)에 걸쳐, u 및 y 내에 포함되는 정보 내용이 겹쳐쓰기에 의해 손실되지 않도록 보장된다.
또한, tD에 이어지는 제2 시간 간격(t2)에 대한 신호(u, y)에 대한 값들은 시점(t**L)까지 유지된다. 검출 메세지는, t*L와 t**L 사이의 제1 고정 시간 간격(t1) 및 시간 간격(t2) 둘 다를 포함하는, 정보를 갖는 시간 간격(t3)에 대해 일시 저장된 신호(u, y)의 값들 또는 데이터가, 일시 메모리(15)로부터 영구 메모리(17)로 옮겨쓰기 되어 영구 저장된다.
에러 검출의 영역에서 영구 메모리(17) 내에 유지된, 개별적으로 검출된 에러들(f1, f2, fi)에 대한 데이터는, 진단 인터페이스에 의해 판독될 수 있어서, 에러 식별은 시스템 외부에서 이루어질 수 있다. 시간에 따른 상응하는 진행 상태(u, y)뿐만 아니라 유지된 시간 벡터(t)는, 에러가 있는 시스템 특성에 대한 모델과 관련하여 진단 과제의 완전한 실행을 위해 필요한 전체적인 필요 조건을 나타낸다.
본 발명에 따른 진단 개념은, 부품 수가 많은 시스템에서 작동되는 복합적인 메커트로닉스 시스템의 에러 진단을 위해 적합하다. 이러한 유형의 시스템은, 비용 절약의 관점에서 주로 상대적으로 출력이 약한 제어 장치를 사용하여 작동된다. 모델에 기초한 에러 진단은 종래 제어 장치의 기능을 하지 않기 때문에, 에러 진단을 위해 일반적으로 제공되는 연산 출력 및 메모리 성능의 단지 작은 일부만 사용된다.
진단 개념의 잠재적인 이용 분야는 승용차/상용차뿐만 아니라 이를 위한 내연 기관(예를 들어 공기 시스템 이용 분야, 연료 분사 시스템 등), 메커트로닉스 섀시-시스템(예를 들어 ABS, ESP, EHB 등), 메커트로닉스 산업 설비 및 자동화 설비 뿐만 아니라 포장 기술 설비 또는 열 기술 설비의 에러 진단 분야이다.

Claims (10)

  1. 메커트로닉스 시스템(11)의 모델에 기초한 진단 방법이며, 에러 검출(5)은 메커트로닉스 시스템(11) 내부에서 제어 장치에 의해 실행되고 에러 식별(7)은 메커트로닉스 시스템(11)의 외부에서 연산 유닛에 의해 실행되며, 에러 검출(5) 데이터 및 에러 식별(7) 데이터는 에러 진단(3)을 위해 함께 이용되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법에 있어서,
    에러 검출(5) 시, 시스템 입력부의 입력 신호에 대한 값(u) 및 시스템 출력부의 출력 신호에 대한 실제값(y) 및 시간 벡터(t)가, 검출 제어식으로 영구 메모리에 저장되고, 에러 검출(5) 시, 메커트로닉스 시스템(11)의 출력 신호의 실제값(y)으로부터 출력 변수에 대한 목표값(y')이 유도되어 나머지(r)가 형성되며, 상기 나머지(r) 값이 최대로 허용되는 검출 임계값(rMAX)을 초과하는 경우에 에러(f, f1, f2, fi)가 검출되는, 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 에러 발생의 시점(tF)을 포함하는 시간 간격(t3) 중에 신호는 링 저장의 원리에 따라 검출 제어식으로 저장되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  6. 제5항에 있어서, 정보를 포함하는 값들(u, y)은 시간 간격(t3) 내에 발생하는 신호들에 의해 선택되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  7. 제1항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 에러 검출(5) 시 저장된 데이터가 메커트로닉스 시스템(11) 내부의 제어 장치로부터 진단 인터페이스를 통해 판독되고 메커트로닉스 시스템(11) 외부의 연산 유닛에 전송되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  8. 메커트로닉스 시스템(11)의 모델에 기초한 진단 시스템이며, 메커트로닉스 시스템(11)의 내부에 배치된 제어 장치와, 메커트로닉스 시스템(11)의 외부에 배치된 연산 유닛을 포함하며, 상기 제어 장치는 메커트로닉스 시스템 내에 발생하는 에러들을 검출하고 상기 연산 유닛은 검출된 에러들을 식별하고, 에러 검출 데이터 및 에러 식별 데이터는 에러 진단을 위해 함께 이용되는, 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 시스템에 있어서,
    제어 장치는, 에러 검출(5) 시 시스템 입력부의 입력 신호에 대한 값(u) 및 시스템 출력부의 출력 신호에 대한 실제값(y) 및 시간 벡터(t)가 검출 제어식으로 영구 메모리에 저장되도록 하고, 에러 검출(5) 시 메커트로닉스 시스템(11)의 출력 신호의 실제값(y)으로부터 출력 변수에 대한 목표값(y')이 유도되어 나머지(r)가 형성되며, 상기 나머지(r) 값이 최대로 허용되는 검출 임계값(rMAX)을 초과하는 경우에 에러(f, f1, f2, fi)가 검출되는, 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
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