KR20080019208A - 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법 - Google Patents

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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 P1020077027963
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(on-line)으로, 또는 시스템 외부에서 오프-라인(off-line)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 정보 내용은 분명한 에러 진단에 근거하며, 이러한 분명한 에러 진단은 원칙적으로 고전적인 온-라인-에러 진단만을 보장할 수 있다. 그러나 이러한 진단은 복합적인 메커트로닉스 시스템의 경우 엄격한 실시간 요구로 인해 실제 제어 장치의 이용 가능한 작은 연산 출력의 경우에는 구현될 수가 없다.
이러한 경우 오프-라인-에러 진단은, 복합적인 진단 알고리즘의 연산 기술상 의 실행 자체는 허용하지만 원칙적으로 에러가 있는 시스템의 시간 특성의 불완전한 정보 내용만을 사용하여 작동하는 절충 방식을 나타낸다. 따라서, 오프-라인으로 달성될 수 있는 진단의 질은 일반적으로 온-라인-에러 진단의 경우보다 덜 배제된다. 예를 들어 전기 플러그 접속에서 빗물에 의한 간헐적인 중단, 기계적 운동 요소들의 동결 등과 같이 산발적으로 발생하는 에러는 신뢰할 수 있게 진단될 수 없으며, 오프-라인-에러 진단도 단지 특정한 에러의 경우에만 분명하다.
독일 특허 제103 33 171 A1호에는 기계의 부분 시스템을 모니터하기 위한, 모델에 기초한 진단 방법이 기재되어 있다. 상기 방법의 경우 부분 시스템의 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 프로그램과, 제10항의 특징을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품이 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 내용이 근거하고 복합적인 메커트로닉스 시스템의 에러 진단을 연산 기술에 의해 실현시킬 수 있는 진단이 가능하다.
진단 과제는 거의 연산 집중적이지 않은 에러 진단의 과제 부분과, 연산 집중적인 에러 인식의 과제 부분으로 분할된다. 에러 진단의 경우, 메커트로닉스 시스템 내부의 제어 장치를 사용하여, 특정 시점(tF)에서 에러가 존재하는 지의 여부가 결정된다. 에러 인식의 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 저장으로 영구 유지될 수 있다. 일시 메모리와 영구 메모리 사이의 검출 제어식 데이터 전송은 정보를 갖는 데이터의 정보처리 능력이 있는 선택을 허용한다. 이러한 방식으로 저장할 정보량이 한정된 경우에도 충분한 정보가 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 상태에서 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 정보가 검출될 수 있다.
오프-라인으로 실행되는 에러 식별을 위해, 메커트로닉스 시스템 외부의 연산 유닛을 사용하여 충분한 연산 출력 및 저장 위치가 이용된다. 에러 식별 시 진단 함수에 대한 실시간 요구는 전혀 발생하지 않는다. 진단 함수는 외부의 연산 유닛에서 이루어지는 업데이트에 의해 간단하게 활성화되며, 이로써 제어 장치의 재차 프로그래밍은 전혀 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 진단부(3)의 과제(1)가 온-라인-에러 검출부(5) 및 오프-라인 에러 식별부(7)로 어떻게 분기되는지를 분명하게 도시한다. 메커트로닉스 시스템 내부에서 발생하고 에러 검출부(5)에서 검출되는 에러 데이터 또는 신호는, 링 메모리에 의해 이루어지는 검출 제어식 신호 저장부(9)를 이용하여 저장된다.
도2는 메커트로닉스 시스템(11)의 작동 시 발생할 수 있는 에러(f1, f2, fi)가 에러 검출부의 범위에서 어떻게 측정되는지를 도시한다. 이러한 경우 실제 에러가 있는 시스템을 에러가 없는 시스템의 검출 모델(13)과 비교하는 것에 대한 진단 문제가 감소된다. 시스템(11)의 특성과 검출 모델(13) 사이의 조절은 출력 변 수에 대해 측정된 실제값(y) 및 출력 변수에 대해 모델 생성 값(y')을 사용하여 이루어질 수 있으며, 입력 변수에 대한 값들은 u로 표시된다. 나머지는 모델에 기초할 뿐만 아니라 신호에 기초하여 생성될 수 있다. 소정의 나머지(r) 값이 최대로 허용되는 검출 임계값(rMAX)을 초과하는 경우, 에러(f, f1, f2, fi)가 각각 검출된다.
에러 검출 시 에러(f1, f2, fi)가 에러의 작용에 있어 서로 구별될 필요가 없기 때문에, 검출 가능성의 시스템 특성은 식별 가능성의 시스템 특성과 같이 그리 엄격하지는 않다. 모델에 기초한 에러 검출이 예컨대 모델에 기초하여 이루어지는 경우, 검출 모델(13)이 단지 시스템(11)의 입력 및 출력 특성에서 중요한 관계를 재현하는 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)의 검출 제어식 저장 및 상응하는 시간 벡터(4)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) 내부에서 온-라인 저장되고 후속적으로 시스템 외부에서 오프-라인 평가될 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 정보는 시간 간격(t3)의 데이터(u, y)를 항상 능동적인 일시 신호 메모리(링 메모리)로부터 영구 메모리로 전송하는 과정의 활성화에 사용된다.
입력 변수 및 출력 변수뿐만 아니라 시간에 대한 후속되는 에러 식별을 위해 사전 제공된 값(usave, ysave, tsave)은 영구 메모리(17) 내에 검출 제어식으로 지속적으로 저장된다.
매우 높은 메모리 용량을 갖는 메모리 매체는 충분히 미세한 신호 스캐닝의 경우 신속하게 한계에 도달하기 때문에, 메커트로닉스 시스템(11)의 전체적인 작동 시간(t)에 걸쳐 신호의 값들(u, y)을 저장하는 것이 불가능하다.
제공된 진단 개념에서, 도4에 도시된 바와 같이, 에러 발생의 직접적인 시점(tF)을 포함하는 단지 각각의 시간 간격(t3)이 중요하다. 이러한 시간 간격(t3)의 적합한 선택 시, 상기 시간 간격은 상응하는 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 112007086303630-PCT00001
tF 이므로, 이에 따라 tD = tF 가 추정된다. 검출 제어식 신호 저장 시, 시점(tD)에서의 검출 정보는 저장 과정의 제어 명령으로서 사용되며, 상기 과정은 에러 발생 시점(tD)을 포함하는 관련 시간 간격(t3) 내에서 신호의 값들(u, y)을 유지한다.
이의 구현을 위해, 메커트로닉스 시스템 내에서 저장 장치의 메모리 유닛이 소정의 부분에 대해 일시적 신호 메모리(15)로, 예컨대 링 저장의 원리에 따라 작동하는 중간 메모리 또는 버퍼(buffer)로 구성되고 다른 부분에 대해 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 시간에 따라 오프셋되어 tF와 관련하여 현재의 시점(t*L)에 대한 과거로 이루어진다. 따라서, u 및 y 내에 포함되는 정보 내용은 시점 tD에서 검출된 에러(f)의 t*L와 tF 사이의 선행하는 제1 시간 간격(t1)에 걸쳐 겹쳐쓰기에 의해 손실되지 않는 것이 보장된다.
또한, 신호(u, y)에 대한 값들은 tD에 대해 추가로 시점(t**L)까지 후속되는 제2 시간 간격(t2)을 위해 유지된다. t*L와 t**L 사이의 제1 고정 시간 간격(t1) 및 시간 간격(t2) 둘 다를 포함하는 정보를 유지하는 시간 간격(t3)의 일시 저장된 신호(u, y)의 값들 또는 데이터가 일시 메모리(15)로부터 영구 메모리(17)로 겹쳐쓰기 되어 영구 유지되는 것이 검출 보고에 의해 발생된다.
에러 검출의 영역에서 영구 메모리(17) 내에 유지된, 개별적으로 검출된 에러들(f1, f2, fi)에 대한 데이터는 진단 인터페이스에 의해 판독될 수 있어서, 에러 검출은 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 절충적이기 때문에 주로 상대적으로 출력이 약한 제어 장치를 사용하여 작동한다. 모델에 기초한 에러 진단은 고전적인 제어 장치의 기능성을 형성하지 않기 때문에, 에러 진단을 위해서는 일반적으로 제공되는 연산 출력 및 메모리 성능의 단지 작은 일부만 사용되고 있다.
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 검출부(5)는 메커트로닉스 시스템(11) 내부에서 제어 장치에 의해 실행되고 에러 식별부(7)는 메커트로닉스 시스템(11)의 외부에서 연산 유닛에 의해 실행되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 에러 검출부(5)의 데이터 및 에러 식별부(7)의 데이터는 완전한 에러 진단부(3)에 제공되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에러 검출부(5)에는 시스템 입력부의 입력 신호에 대한 값(u) 및 시스템 출력부의 출력 신호에 대한 실제값(y) 및 시간 벡터(t)가 검출 제어식으로 저장되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서, 에러 검출부(5)에서 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.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 에러 발생의 직접적인 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 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 에러 검출부(5)에서 유지된 데이터가 메커트로닉스 시스템(11)의 내부에서는 제어 장치로부터 진단 인터페이스를 통해 판독되고 메커트로닉스 시스템(11)의 외부에서는 연산 유닛에 전송되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 방법.
  8. 메커트로닉스 시스템의 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 에러들의 에러 검출을 위해(5) 형성되고 상기 연산 유닛은 검출된 에러의 에러 식별을 위해(7) 구성되는 메커트로닉스 시스템의 모델에 기초한 진단 시스템.
  9. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 또는 상응하는 연산 유닛에서, 특히 제8항에 따른 진단 시스템 내에서 실행되는 경우, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계를 실행하기 위한 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램.
  10. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 또는 상응하는 연산 유닛에서, 특히 제8항에 따른 진단 시스템 내에서 실행되는 경우, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계를 실행하기 위해, 컴퓨터 판독 가능한 데이터 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램.
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