DE102007047421A1

DE102007047421A1 - Verfahren zum Beschreiben eines Verhaltens einer technischen Einrichtung

Info

Publication number: DE102007047421A1
Application number: DE102007047421A
Authority: DE
Inventors: Nghia Dang Duc; Peter Engel; Gerrit De Boer; Sascha Goldner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2009-04-09
Also published as: EP2198349A1; WO2009043852A1; BRPI0817646A2; CN101821684A; US20100313074A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschreiben eines Verhaltens einer technischen Einrichtung, die eine Anzahl Einheiten aufweist, wobei für die technische Einrichtung ein Systemgraph (80), der eine Anzahl Ebenen umfasst, automatisch generiert wird, wobei jeweils einer k-ten Ebene eine k + 1-te Ebene untergeordnet wird und einer übergeordneten Einheit aus der k-ten Ebene mindestens eine untergeordnete Einheit in der k + 1-ten Ebene zugeordnet wird, wobei in jeder übergeordneten Einheit ein technisches Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit zusammengefasst wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Diagnose einer technischen Einrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschreiben eines Verhaltens einer technischen Einrichtung, ein Verfahren zur Diagnose einer technischen Einrichtung, eine Vorrichtung zum Beschreiben eines Verhaltens einer technischen Einrichtung, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Bei modernen Fahrzeugen werden Funktionalitäten zunehmend durch Software bereitgestellt. Ein Spektrum dieser Funktionalitäten reicht von der Motorsteuerung bis hin zum Komfortsystem. Eine hierfür zugrunde liegende Rechnerarchitektur ist als ein verteiltes System ausgebildet. Je nach Fahrzeugtyp existieren 20 bis 80 Steuergeräteknoten in einem Fahrzeug. Diese Steuergeräteknoten sind mit bis zu vier verschiedenen Bussystemen verbunden, wobei ein Programmcode mehrere hunderttausend bis zu mehreren Millionen Zeilen umfassen kann. Es ist zu erwarten, dass dieser Vernetzungsgrad im Fahrzeug in den kommenden Jahren stetig ansteigen wird. Hinzu kommt die steigende Komplexität hydraulischer, pneumatischer und mechanischer Fahrzeugkomponenten sowie die steigende Typenvielfalt von Fahrzeugen.
Aus diesen Gründen erschwert sich eine Fehlersuche und -behebung in der Autowerkstatt erheblich. Bei der Wartung in der Autowerkstatt ist die betrachtete Diagnosestrategie typischerweise symptomatischer Natur, das heißt, dass ein Ausgangpunkt für die Werkstattdiagnose eine gewisse Menge von Symptomen eines Fehlverhaltens ist, die üblicherweise aus drei nachfolgend erwähnten Diagnoseinformationsquellen stammen können:

– Informationen, die aus Steuergerätediagnosen stammen und bei einer sog. Onlinediagnose bereitgestellt werden,
– Informationen aus physikalischen Messgrößen, z. B. Spannung, Druck, Abgase, usw., die bei einer Offlinediagnose ermittelt werden, und
– Informationen aus subjektiven Beobachtungen des Werkstattpersonals, z. B. aufgrund von Geräuschen oder einer Sichtkontrolle.

Heutzutage existieren verschiedene Diagnosetools bzw. -werkzeuge, die das Personal in der Werkstatt bei der Fehlersuche unterstützen. Fortschrittliche Systeme basieren auf Algorithmen für modellbasierte Diagnosen. Diese Algorithmen analysieren alle verfügbaren Diagnoseinformationen und stellen sie einem funktionalen Modell des Fahrzeugs gegenüber. Durch das funktionale Modell wird das Verhalten des Fahrzeugs bis zu einem gewissen Detailgrad wiedergegeben. Die Modelle sind in der Regel hierarchisch aufgebaut, d. h. es gibt Modelle von Komponenten, die in ihrer Verschaltung das Modell eines Subsystems darstellen. Somit bilden mehrere Subsystemmodelle Modelle von Systemen, z. B. Bremssystem, Motorsystem usw. Die Menge aller Systemmodelle bildet schließlich das Modell des Fahrzeugs.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Beschreiben eines Verhaltens einer technischen Einrichtung geeignet. Diese Einrichtung weist eine Anzahl Einheiten auf. Bei dem Verfahren wird für die technische Einrichtung ein Systemgraph, der eine Anzahl Ebenen umfasst, automatisch generiert, wobei jeweils einer k-ten Ebene eine k + 1-te Ebene untergeordnet wird und einer übergeordneten Einheit aus der k-ten Ebene mindestens eine untergeordnete Einheit in der k + 1-ten Ebene zugeordnet wird, wobei in jeder übergeordneten Einheit ein technisches Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit zusammengefasst wird.
Somit wird eine Beschreibung bzw. ein Modell der technischen Einrichtung und insbesondere eines funktionellen Verhaltens dieser Einrichtung durch den im Rahmen des Verfahrens automatisch generierten bzw. modellierten Systemgraphen bereitgestellt.
Der Systemgraph kann eine baumartige Struktur aufweisen, wobei jede Einheit innerhalb des Systemgraphen einem Knoten zugeordnet wird, so dass einem übergeordneten Knoten der k-ten Ebene mindestens eine Verzweigung zu mindestens einem untergeordneten Knoten der k + 1-ten Ebene aufweist. Somit ergibt sich u. a., dass innerhalb des Systemgraphen jeweils eine Einheit durch einen Knoten repräsentiert wird.
Über den übergeordneten Knoten der k-ten Ebene wird in Ausgestaltung das Verhalten der übergeordneten Einheit, die diesem übergeordneten Knoten zugeordnet ist, sowie das Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit der k + 1-ten Ebene, die der übergeordneten Einheit zugeordnet ist, beschrieben.
Somit kann innerhalb des Systemgraphen typischerweise für jede Einheit an jedem Knoten des Systemgraphen ein zu erwartendes Verhalten hinterlegt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Diagnose einer technischen Einrichtung, die eine Anzahl Einheiten aufweist, wobei ein Verhalten dieser technischen Einrichtung durch ein voranstehend beschriebenes, erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben wird, bei dem

– zur Suche mindestens eines Fehlers zunächst eine k-te Ebene des Systemgraphen nach einer fehlerhaften Einheit der technischen Einrichtung untersucht wird, und bei dem
– bei einer Fortsetzung der Suche in einer k + 1-ten Ebene des Systemgraphen nur jene mindestens eine untergeordnete Einheit untersucht wird, der der als fehlerhaft identifizierten Einheit der k-ten Ebene zugeordnet ist.

Es ist hierzu u. a. vorgesehen, dass innerhalb des Systemgraphen für jede Einheit an dem zugehörigen Knoten ein fehlerfreies Verhalten bzw. Soll-Verhalten hinterlegt wird. Im Rahmen der Diagnose wird dieses fehlerfreie bzw. korrekte Verhalten mit einem realen Verhalten bzw. Ist-Verhalten verglichen. Bei einer möglichen Abweichung des realen Verhaltens von dem fehlerfreien Verhalten, ggf. unter Berücksichtigung eines Toleranzbereichs, kann eine Einheit als fehlerhaft oder fehlerfrei identifiziert werden. Folglich kann mit dem Verfahren ein einziger, einfacher Fehler gesucht und gefunden werden. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Fehler oder einen Mehrfachfehler zu suchen und zu finden. Derartige Mehrfachfehler können auch in einem Subsystem vorliegen, so dass sukzessiv die Ebenen darunter analysiert werden.
Außerdem kann jede Einheit innerhalb des Systemgraphen einem Knoten zugeordnet und somit durch einen derartigen Knoten repräsentiert werden, wobei diese Knoten einer Struktur des Systemgraphen entsprechend über Verzweigungen miteinander verbunden sind, so dass zur Suche des mindestens einen Fehlers nur Verzweigungen mit Knoten, denen fehlerhafte Einheiten zugeordnet sind, analysiert werden müssen. Eine Analyse von Verzweigungen und davon ausgehenden Pfaden, die als fehlerfrei identifiziert werden, ist nicht nötig. Die Suche nach dem mindestens einen Fehler wird demnach dadurch vereinfacht, dass in einem übergeordneten Knoten bzw. in einer übergeordneten Einheit der k-ten Ebene das technische Verhalten sämtlicher untergeordneter Knoten bzw. Einheiten der k + 1-ten Ebene und somit auch weiterer untergeordneter Ebenen, z. B. der k + 2-ten Ebene usw., zusammengefasst ist.
Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Verhalten einer technischen Einrichtung, die eine Anzahl Einheiten aufweist, zu beschreiben und hierzu für die technische Einrichtung einen Systemgraph, der eine Anzahl Ebenen umfasst, automatisch zu generieren, und dabei jeweils einer k-ten Ebene eine k + 1-te Ebene unterzuordnen und einer übergeordneten Einheit aus der k-ten Ebene mindestens eine untergeordnete Einheit in der k + 1-ten Ebene zuzuordnen und dabei in jeder übergeordneten Einheit ein technisches Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit zusammenzufassen.
Diese Vorrichtung ist in Ausgestaltung dazu ausgebildet, innerhalb der technischen Einrichtung einen Fehler zu suchen und hierzu innerhalb der technischen Einrichtung zunächst die k-te Ebene nach einer fehlerhaften Einheit zu untersuchen, und bei Fortsetzung der Suche in der k + 1-ten Ebene nur jene mindestens eine untergeordnete Einheit zu untersuchen, die einer als fehlerhaft identifizierten Einheit der k-ten Ebene zugeordnet ist.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte mindestens eines der voranstehend beschriebenen Verfahren, d. h. dem Verfahren zum Beschreiben eines Verhaltens der technischen Einrichtung und/oder eines Verfahrens zur Diagnose der technischen Einrichtung auszuführen. Die Suche nach dem Fehler im Rahmen der Diagnose der technischen Einrichtung erfolgt mittels des automatisch generierten und somit modellierten Systemgraphen.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm mit Programmcodemitteln ist dazu ausgebildet, alle Schritte eines vorgestellten Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgeführt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, das zum Durchführen aller Schritte eines beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgeführt wird.
In einer Variante der Erfindung kann die technische Einrichtung, bspw. ein Kraftfahrzeug, mehrere Systeme umfassen, wobei jeweils einem System als eine Einheit mindestens ein Subsystem als eine Einheit und jeweils mindestens einem Subsystem mindestens eine funktionelle Komponente als eine Einheit zugeordnet ist. Das Verfahren ist jedoch nicht auf eine Ebene mit Subsystemen beschränkt, so können übergeordnete Subsysteme bzw. Einheiten einer Ebene weitere Einheiten bzw. Subsysteme einer darunter liegenden Ebene unter- und somit zugeordnet sein. Bei einer Ausführung des Verfahrens werden demnach die genannten Systeme Einheiten und somit Knoten einer ersten Ebene (k = 1) zugeordnet. Die Subsysteme werden Einheiten bzw. Knoten mindestens einer zweiten Ebene (k + m = 1 + m) zugeordnet. Demnach sind z. B. Subsystemen einer obersten zweiten Ebene bzw. Ebene für Subsysteme Subsysteme einer darunter liegenden Ebene usw. zugeordnet Die Komponenten der Subsysteme, insbesondere Subsystemen einer untersten zweiten Ebene bzw. Ebene für Subsysteme, werden weiterhin Einheiten und somit Knoten einer dritten Ebene (k + m + 2) zugeordnet.
In der Regel kann der Systemgraph für die technische Einrichtung eine beliebige Anzahl von Ebenen aufweisen. In der ersten, oberen Ebene ist mindestens ein System mindestens einer Einheit bzw. mindestens einem Knoten zugeordnet. Die zweite, darunter liegende Ebene ist für die Subsysteme vorgesehen, wobei Subsystemen einer dieser Ebenen weitere Subsysteme, die Knoten und somit Einheiten einer weiteren Ebene zugeordnet sind, zugeordnet sein können. Somit kann der Systemgraph durchaus mehrere Ebenen für Subsysteme bzw. Zwischenebenen aufweisen. Eine Anzahl der Ebenen für Subsysteme hängt vom Aufbau der technischen Einrichtung ab, so dass in Ausgestaltung beliebig viele Subsysteme erzeugt werden können.
Innerhalb eines derartigen Systemgraphen sind die Systeme der ersten Ebene über Verzweigungen mit Subsystemen der zweiten Ebene, die den Systemen der ersten Ebene zugeordnet sind, verbunden. Weiterhin sind die Komponenten der dritten Ebene über Verzweigungen, die von Subsystemen der zweiten Ebene ausgehen, mit diesen Subsystemen verbunden und diesen somit unter- bzw. zugeordnet. Weiterhin ist jeweils eine Komponente der dritten Ebene über ein Subsystem der zweiten Ebene innerhalb des Systemgraphen mit einem System der ersten Ebene verbunden und somit diesem System der ersten Ebene zu- bzw. untergeordnet.
Bei einer Diagnose und somit einer Suche eines Fehlers der technischen Einrichtung werden in einem ersten Schritt lediglich die Knoten und somit die Systeme der ersten Ebene analysiert. In einem zweiten Schritt ist vorgesehen, die Subsysteme und somit Knoten der zweiten Ebene zu analysieren. Dabei erfolgt ein Abstieg in die zweite Ebene nur ausgehend von Knoten bzw. Systemen, die innerhalb des ersten Schritts als fehlerhaft identifiziert wurden. Nach einer Analyse der Subsysteme bzw. Knoten der zweiten Ebene erfolgt in einem dritten Schritt eine Analyse der Knoten bzw. Komponenten der dritten Ebene, wobei eine derartige Analyse nur für Komponenten erfolgt, die einem als fehlerhaft identifizierten Subsystem zugeordnet sind.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass in jeweils einem System und somit jeweils einer Einheit der ersten Ebene ein Verhalten der Subsysteme und somit Einheiten der zweiten Ebene und weiterhin ein Verhalten der Komponenten und somit Einheiten der dritten Ebene zusammengefasst ist.
Insgesamt ist eine Zuordnung der einzelnen genannten Einheiten der technischen Einrichtung und somit auch eine Zusammenfassung des Verhaltens untergeordneter Einheiten über Verzweigungen dargestellt. Falls demnach eine Komponente in der dritten Ebene fehlerhaft sein sollte, so spiegelt sich ein Fehler dieser Komponente auch in dem Subsystem der zweiten Ebene und dem System der ersten Ebene wieder. Zum Suchen eines Fehlers, der bspw. in einer Komponente verborgen ist, ist dieser Fehler entlang eines Pfads, der Verzweigungen umfasst, der die Komponente mit dem übergeordneten Subsystem sowie dem weiterhin übergeordneten System verbindet, zu suchen. Somit wird entlang eines derartigen Pfads ein Gesamtverhalten sämtlicher zugeordneter Knoten zusammengefasst. Folglich ist zur Suche eines Fehlers lediglich ein fehlerbehafteter Pfad zu beschreiten.
In Ausgestaltung erfolgt an jedem Knoten eine Zusammenfassung oder Anhäufung bzw. Aggregation eines Gesamtverhaltens der diesem Knoten unter- oder zugeordneten Kindknoten mindestens einer tieferen Ebene. Daher ist eine ebenenbasierte Diagnose des Verhaltens der technischen Einrichtung möglich.
Insgesamt ist das Verfahren zur Beschreibung eines Funktionsverhaltens für Fahrzeuge geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung der Beschreibung der technischen Einrichtung sowie zur Diagnose dieser technischen Einrichtung kann eine Recheneinheit bzw. einen Computer aufweisen, der mit Analysegeräten zusammenwirkt, die mit der technischen Einrichtung verbunden sind. Das erfindungsgemäße Computerprogramm kann zur Bereitstellung der Beschreibung auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden.
Mit dieser Erfindung ist u. a. eine optimierte Diagnose eines Systems möglich. Dabei kann bereits in der Systemebene bzw. ersten Ebene festgestellt werden, ob ein Fehler im untersuchenden System vorliegt. Erst bei Vorliegen eines Fehlers erfolgt ein Abstieg in die Subsystemebene bzw. zweite Ebene sowie in die Komponentenebene bzw. dritte Ebene. Es ist somit u. a. ein Verfahren beschrieben, mit dem ein unnötiger Abstieg in einem Pfad bzw. Diagnosezweig, der als fehlerfrei identifiziert ist, vermieden werden kann.
Die anhand des voranstehend beschriebenen Beispiels beschriebene Einteilung von Ebenen innerhalb des Systemgraphen stellt lediglich ein mögliches Beispiel dar. Innerhalb des Systemgraphen können mehr als nur drei Ebenen und somit auch Zwischenebenen vorgesehen sein. So ist es bspw. möglich, dass beliebig viele Subsystemebenen, die einander über- bzw. untergeordnet sind und in der Regel für Subsysteme vorgesehne sind, vorhanden sein können. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass eine Mischung von Ebenen existieren kann, wobei innerhalb einer Ebene sowohl Subsysteme als auch Komponenten existieren können. Falls bspw. in einer darüber liegenden, übergeordneten Ebene ein Subsystem vorgesehen ist, so sind in der darunter liegenden Ebene diesem Subsystem u. a. eine Komponente sowie ein weiteres Subsystem untergeordnet.
Somit können, insbesondere bei Systemen mit vielen Subsystemen sowie Komponenten, schnellere Diagnosen durchgeführt werden. Es genügt dabei zunächst, die oberste, in der Regel erste Ebene einer Systemhierarchie zu betrachten. Liegt kein Fehler vor, ist die Diagnose beendet. Andernfalls muss ein Abstieg in die nächsttiefere Ebene erfolgen. Dabei kann eine Generierung einer Verhaltensbeschreibung für die in den Ebenen gegliederten Systeme bzw. Subsysteme automatisch in einem Modellierungsprogramm oder Tester beim Einlesen von der Diagnose erfolgen. Eine Diagnose ist auch bei unvollständiger Modellierung möglich. Eine Mindestvoraussetzung ist eine Modellierung des Verhaltens auf der ersten, obersten Ebene, nämlich der Systemebene. Wie bereits erwähnt, können dadurch bereits Systeme, deren Verhalten korrekt ist, frühzeitig von der vertieften Diagnose ausgeschlossen werden. Dabei ist üblicherweise nicht von Interesse, in welchem Umfang die Subsysteme ausgeprägt sind oder nicht.
Bei einer Realisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass an jedem Knoten des Systemgraphen festgestellt werden kann, ob an dieser Stelle ein Fehler vorliegt. Dazu wird an jedem Knoten bzw. jeder Einheit einer Ebene das erwartete Verhalten hinterlegt, was beispielsweise in Form von Gleichungen oder Verhaltenstabellen geschehen kann. Da ein System typischerweise aus einem oder mehreren Subsystemen besteht und an jedem Knoten das Verhalten hinterlegt werden kann, fasst jeweils ein Knoten das Gesamtverhalten seiner untergeordnete Knoten bzw. Kindknoten zusammen. Stimmt an einem Knoten das erwartete korrekte Verhalten mit dem tatsächlichen Verhalten überein, muss zur weiteren Diagnose kein Abstieg in die unterliegende Ebene erfolgen. Typischerweise erfolgt ein Abstieg in die unterliegende Ebene, wenn das Verhalten der untergeordneten Knoten fehlerhaft sein sollte.
Ein Verfahren zur Diagnose kann in Ausgestaltung ebenenbasiert durchgeführt werden, d. h. es werden zunächst alle Knoten einer Ebene betrachtet, bevor ein Abstieg in die unterliegende Ebene erfolgt. Bei der Betrachtung der Knoten einer Ebene werden alle Knoten, deren Verhalten vermutlich nicht korrekt ist, als verdächtig deklariert. Der Abstieg in die darunter liegende untergeordnete Ebene erfolgt dann nur ausgehend von den verdächtigten Knoten. In der darunter liegenden Ebene ist die Vorgehensweise identisch. Es werden zunächst alle Knoten dieser Ebene betrachtet bevor ein weiterer Abstieg in die nächste darunter liegende Ebene erfolgt. Dieser Prozess kann solange durchgeführt werden, bis die tiefste Ebene erreicht und alle fehlerhaften Subsysteme und weiterhin Komponenten identifiziert sind.
Die Modelle liegen typischerweise in einer Modellierungssprache vor. Dabei besitzt eine modellierte Einheit im allgemeinen Ein- und Ausgänge, wobei eine Beziehung zwischen den Ein- und Ausgängen durch Relationen, bspw. Verhaltenstabellen oder Gleichungen, mit Hilfe der Modellierungssprache beschrieben wird. Die Relationen in einem Modell enthalten in der Regel Parameter, die sich im Rahmen der Modellierung ebenfalls einstellen lassen. Bei der Verschaltung von Teilmodellen, z. B. von Komponenten oder Subsystemen, hat sich der Begriff der sog. Materialien durchgesetzt. Diese Materialien werden zwischen und auch durch Komponenten und somit Einheiten bzw. Knoten der Ebenen hindurch transportiert. Materialien haben Attribute, die beim Transport durch eine Komponente oder durch ein Subsystem verändert werden können. So ist in einem Beispiel als Material Luft vorgesehen, die Attribute hierzu sind Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit oder ähnliche Parameter. Eine Verschaltung von Teilsystemen und die Modellierung der Materialien erfolgt ebenfalls mit Hilfe der Modellierungssprache.
Somit ist es in weiterer Ausgestaltung möglich, eine Analyse der im Rahmen einer Diagnose zu untersuchenden Einheiten bzw. Knoten unter Berücksichtigung der Materialien, insbesondere einem Betriebsmedium wie Luft, Wasser, Kraft und/oder Schmierstoff, und den derartigen Materialien zugeordneten Attributen bzw. physikalischen Parameter dieser Materialien, wie Luft, Druck, Temperatur, usw., durchzuführen.
Mit der Erfindung können u. a. Probleme behoben werden, die bei der Erzeugung der Modelle und somit bei der Modellierung auftreten. Die Art und Weise der Modellierung entscheidet wesentlich über die spätere Leistungsfähigkeit der Diagnose. Ein Abstraktionsgrad des Modells wird so gewählt, dass die Diagnosealgorithmen die defekte Komponente finden können. Eine feinere Modellierung würde keinen weiteren Vorteil bringen aber den Modellierungsaufwand erhöhen und die Wiederverwendbarkeit von Modellen verringern. So ist beispielsweise der Extremfall, d. h. ein exaktes detailliertes funktionales Modell eines speziellen Fahrzeugs, dessen Modellkomponenten nicht wiederverwendbar wären, unter Umständen nicht besonders sinnvoll, weil der Modellierungsaufwand sehr hoch wäre aber der Nutzen sich auf nur einen einzigen Fahrzeugtyp beschränken würde. Deshalb können in Ausgestaltung auch Elemente zur objektorientierten Modellierung verwendet werden. Dabei werden allgemeingültige Modelle von Komponenten oder Subsystemen erzeugt, die bei Bedarf, z. B. wenn bei einem bestimmten Fahrzeugtyp größeres Detailwissen vorliegt, durch Vererbungsmechanismen konkretisiert werden.
Durch den Vergleich des tatsächlichen Verhaltens eines Fahrzeugs mit dem modellierten Verhalten sind modellbasierte Diagnosealgorithmen dazu geeignet, Empfehlungen für verdächtige Komponenten oder auch für zusätzliche Mess- und Prüfanweisungen zu geben.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Darstellung ein schematisches Diagramm zu einer ersten aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einer zweiten aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise.
3 zeigt ein schematisches Diagramm zu einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine technische Einrichtung.
5 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsform der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Anhand 1 wird ein Diagramm zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise beschrieben. Bei einem Zündsystem 2, das durch dieses Diagramm schematisch dargestellt ist, ist vorgesehen, dass ein Zündunterbrecher als Bestandteil des Zündsystems 2 hier als Modellierungsbeispiel dienen soll.
Hierbei ist eine erste Version 4 eines Zündunterbrechers mit zwei Komponenten gegeben, nämlich Unterbrecherkontakten 6 und einem Zündkondensator 8. Weiterhin soll eine neue zweite Version 10 des Zündunterbrechers definiert werden, wozu Techniken der objektorientierten Modellierung verwendet werden. Dazu werden alle Komponenten von der ersten Version 4, die unverändert in der zweiten Version eingehen sollen, ohne Änderungen übernommen, bspw. die Unterbrecherkontakte 6. Diejenigen Komponenten, die eine Änderung in der zweiten Version 10 erfahren, werden neu beschrieben, hier ist es der modifizierte Zündkondensator 12.
Ein analoges Vorgehen ist für eine dritte Version 14 des Zündunterbrechers vorgesehen. In dieser dritten Version 14 des Zündunterbrechers liegen nunmehr modifizierte Unterbrecherkontakte 16, der modifizierte Zündkondensator 12, wie aus der zweiten Version 10 bekannt, sowie als eine weitere Komponente ein Hall-Geber 18 vor.
Einer vierten Zwischenversion 20 des Zündunterbrechers ist der modifizierte Unterbrecherkontakt 16 sowie der Hall-Geber 18, wie in der dritten Version 14, zugeordnet.
Ein weiterer objektorientierter Ansatz, der bei der Modellierung von Systemen verfolgt wird, ist der hierarchische Ansatz, d. h. auf der untersten Ebene werden Komponenten logisch zu Subsystemen und Subsysteme zu Systemen oder umgekehrt verknüpft. Eine aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise ist anhand des Diagramms aus 2 schematisch beschrieben.
Dieses Diagramm zeigt in schematischer Darstellung eine hierarchische Struktur für ein Fahrzeug 40, das in einer ersten Ebene drei Systeme 42, 44, 46 aufweist. In einer zweiten Ebene sind hier erste Subsysteme 48, 50, 52 vorgesehen, die einem dritten System 46 der ersten Ebene zugeordnet sind. Einem dritten Subsystem 52 der zweiten Ebene sind in einer dritten Ebene Komponenten 54, 56, 58, 60 zugeordnet.
Diagnosealgorithmen nach Stand der Technik arbeiten ausschließlich auf der Komponentenebene, d. h. es muss jeder Pfad von einem System 42, 44, 46 in die unterliegenden Subsysteme 48, 50, 52 bis hin zur Ebene der Komponenten 54, 56, 58, 60 verfolgt werden. Nur dort können Fehler erkannt werden, indem konkret das erwartete Verhalten der Komponenten mit dem tatsächlichen Verhalten verglichen wird. Im Rahmen einer Diagnose erfolgt ein Abstieg von einem System in die Komponentenebene demzufolge immer, auch wenn kein Fehler vorliegt. Dies stellt jedoch einen enormen zusätzlichen Rechenaufwand dar.
3 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm mit einem Systemgraphen 80, der zur Ausführung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Anhand dieses Systemgraphen 80 wird im Rahmen einer Diagnose der technischen Einrichtung, in diesem Fall einem Kraftfahrzeug, ein Fehler, der ein Symptom 82, nämlich "Klingeln und Klopfen" verursacht, analysiert.
Eine erste Ebene (k = 1) des Systemgraphen 80 umfasst einen ersten Knoten 84 dieser ersten Ebene. Dabei ist diesem ersten Knoten 84 als Einheit und somit System ein Motor des Kraftfahrzeugs zugeordnet.
Eine zweite Ebene (k = 2) des Systemgraphen 80 umfasst drei Knoten 86, 88, 90, wobei diesen drei Knoten 86, 88, 90 der zweiten Ebene jeweils eine der übergeordneten Einheit bzw. dem übergeordneten Knoten 84 der ersten Ebene eine untergeordnete Einheit bzw. ein untergeordnetes Subsystem zugeordnet ist. Dabei ist ein erstes Subsystem eines ersten Knotens 86 als Zündsystem, ein zweites Subsystem eines zweiten Knotens 88 als Luftsystem und ein drittes Subsystem eines dritten Knotens 90 als Stromversorgungssystem ausgebildet. Diese Ausgestaltung des Systemgraphen umfasst nur eine zweite Ebene für Subsysteme. In der Regel ist mindestens eine zweite Ebene für Subsysteme vorgesehen. In diesem Fall ist einer ersten Ebene mit Subsystemen eine zweite Ebene mit Subsystemen zu- und somit untergeordnet.
Der Knoten 84 der ersten Ebene weist zudem eine Verzweigung 92 auf, von der ausgehend der erste Knoten 84 über drei Pfade 94 mit den drei Knoten 86, 88, 90 der zweiten Ebene verbunden ist.
Innerhalb einer dritten Ebene des Systemgraphen 80 sind dem ersten Knoten 86 der zweiten Ebene ausgehend von einer Verzweigung 92 über Pfade 94 zwei untergeordnete Knoten 96, 98 zugeordnet, so dass einer Einheit der technischen Einrichtung, die in 3 durch den ersten Knoten 86 der zweiten Ebene zugeordnet ist, zwei Einheiten zugeordnet sind, wobei ein erster Knoten 96 als eine untergeordnete Komponente eine Zündeinheit und ein zweiter Knoten 98 als eine dem Zündsystem zugeordnete Zündkerze zugeordnet ist.
Der zweiten Komponente 88 bzw. dem Luftsystem sind drei Einheiten bzw. Komponenten, die hier durch drei Knoten 100, 102, 104 repräsentiert sind, zugeordnet. Dabei steht ein erster Knoten 100 für einen Luftlader, ein zweiter Knoten 102 für eine Luftkühler und ein dritter Knoten 104 für einen Lufttemperatursensor. Auch hier ist vorgesehen, dass zweite Komponente der zweiten Ebene ausgehend von einer Verzweigung 92 über drei Pfade 94 mit den der übergeordneten Komponente 88 der zweiten Ebene untergeordneten Komponenten 100, 102, 104 der dritten Ebene verbunden ist.
Entsprechend ist der dritte Knoten 90 der zweiten Ebene, der das Stromversorgungssystem als Einheit bzw. System der technischen Einrichtung repräsentiert, ausgehend von einer Verzweigung 92 über drei Pfade 94 mit drei Knoten 106 der dritten untergeordneten Ebene verbunden, wobei in dieser Ausführungsform die untergeordneten Komponenten und somit Einheiten nicht weiter benannt sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei einem Fahrzeug das Symptom 82 "Klingeln und Klopfen" beobachtet wird. Es wird zudem angenommen, dass die verwendeten Systeme vollständig modelliert sind. Das beobachtete Symptom ist ein Zeichen dafür, dass ein Fehler im Motorsystem vorliegt. Dies kann bedeuten, dass das korrekte erwartete Verhalten des Motors, das durch den Knoten 84 der ersten Ebene repräsentiert ist, mit dem tatsächlichen Verhalten, nämlich "Klingeln und Klopfen", nicht übereinstimmt. Deshalb ist das Motorsystem als Einstiegspunkt für die Diagnose vorgesehen und dient in diesem Fall als Systemebene und somit erster Ebene. Das Motorsystem besteht vereinfacht aus dem Zünd-, Luft- und Stromversorgungssystem, welche über die Knoten 86, 88, 90 die Subsystemebene und in diesem Fall zweite Ebene bilden.
Für jedes System und demnach auch für jeden Knoten 86, 88, 90 der Subsystemebene ist, wie bereits erwähnt, das erwartete korrekte Verhalten hinterlegt. Auf der zweiten Ebene der Subsysteme wird zunächst das Zündsystem betrachtet und festgestellt, dass das korrekte erwartete Verhalten mit dem tatsächlichen Verhalten übereinstimmt. Somit muss kein Abstieg in die unterliegenden dritten nachfolgenden Ebenen mit den Knoten 96, 98 für das Zündsystem erfolgen.
Anschließend erfolgt die Betrachtung des Luftsystems ausgehend von dem zweiten Knoten 88 der zweiten Ebene. Das erwartete korrekte Verhalten schließt das beobachtete Symptom nicht ein, wodurch das System als verdächtig gilt und im nächsten Schritt die unterliegende und somit nachfolgende dritte Ebene mit den drei Knoten 100, 102, 104 untersucht wird.
Das Stromversorgungssystem an dem dritten Knoten 90 der zweiten Ebene hingegen arbeitet korrekt und es ist, analog zum Zündsystem, keine weitere Analyse der unterliegenden dritten Ebenen und somit der Knoten 106 nötig.
Der nächste Schritt besteht nun darin, die Komponentenebene und somit dritte Ebene für das Luftsystem zu betrachten. Es werden in Reihe innerhalb der dritten Ebene der Luftauflader, der Luftkühler und der Lufttemperatursensor an den Knoten 100, 102, 104 untersucht, wobei sich in diesem Beispiel herausstellt, dass der Luftkühler als einzige Komponenten kein korrektes erwartetes Verhalten aufweist. Somit muss der Luftkühler für die beobachteten Symptome verantwortlich sein.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 120, die dazu ausgebildet ist, ein technisches Verhalten einer technischen Einrichtung, die hier als Kraftfahrzeug 122 ausgebildet ist, anhand eines Systemgraphen 124, den die Vorrichtung 120 im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens automatisch generiert, zu beschreiben.
Es ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug 122 als technische Einrichtung eine Anzahl von Einheiten aufweist, und der automatisch generierte Systemgraph 124 eine Anzahl Ebenen umfasst. Hierbei ist jeweils einer k-ten Ebene eine k + 1-te Ebene untergeordnet und einer übergeordneten Einheit aus der k-ten Ebene mindestens eine untergeordnete Einheit in der k + 1-ten Ebene zugeordnet.
Außerdem ist in jeder übergeordneten Einheit ein technisches Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit zusammengefasst.
Zum Erfassen des Verhaltens der technischen Einrichtung 122 ist die Vorrichtung 120 mit dieser technischen Einrichtung 122 zu verbinden. Eine Beschreibung des Verhaltens der technischen Einrichtung 122 erfolgt über einen automatisch generierten Systemgraphen 124. Zu einer ebenfalls vorgesehenen Diagnose ist die Vorrichtung 120 dazu ausgebildet, innerhalb des Systemgraphen 124 zur Suche eines Fehlers zunächst eine k-te Ebene nach einer fehlerhaften Einheit zu untersuchen. Bei einer Fortsetzung der Suche in einer k + 1-ten Ebene wird nur jene mindestens eine untergeordnete Einheit untersucht, die einer als fehlerhaft identifizierten Einheit der k-ten Ebene zugeordnet ist.
Ein Detail eines Systemgraphen 140, der zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, ist in 5 schematisch dargestellt.
Dabei zeigt dieses Detail des Systemgraphen 140 eine erste Ebene 142, eine zweite Ebene 144, sowie eine dritte Ebene 146. Innerhalb der ersten Ebene 142 ist hier ein erster Knoten 148 und somit eine erste Einheit für ein erstes Subsystem vorgesehen. Diesem ersten Knoten 148 der ersten Ebene 142 sind innerhalb der zweiten Ebene 144, die hierbei als eine Zwischenebene betrachtet werden kann, ein zweiter Knoten 150 und somit eine zweite Einheit für eine erste Komponente sowie ein dritter Knoten 152 und somit eine dritte Einheit für ein zweites Subsystem vorgesehen. Diese beiden Knoten 150, 152 der zweiten Ebene 144 sind dem ersten Knoten 148 der ersten Ebene 142 zu- und somit untergeordnet.
Innerhalb der dritten Ebene 146 sind ein vierter Knoten 154 für eine vierte Einheit und dabei für eine zweite Komponente sowie ein fünfter Knoten 156 für eine fünfte Einheit und dabei für eine dritte Komponente vorgesehen. Dieser vierte Knoten 154 sowie fünfte Knoten 156 und somit die zweite und die dritte Komponente sind dem zweiten Subsystem, das dem dritten Knoten 152 der zweiten Ebene zugeordnet ist, untergeordnet.
Die anhand des Systemgraphen 140 vorgestellte Ausführungsform zeigt somit, dass im Rahmen des Verfahrens auch eine Mischung von Ebenen erfolgen kann, was in vorliegendem Fall bedeutet, dass hier in der zweiten Ebene 144 ein dem dritten Knoten 152 zugeordnetes Subsystem neben einem dem zweiten Knoten 150 zugeordneter Komponente existieren kann.
Bei Durchführung des Verfahrens wird zur Beschreibung eines Verhaltens einer technischen Einrichtung, die hier im Detail die erste, zweite und dritte Komponente sowie das erste und das zweite Subsystem umfasst, der Systemgraph 140 automatisch generiert. Hierbei ist die dritte Ebene 146 der zweiten Ebene 144 sowie der ersten Ebene 142 untergeordnet. Weiterhin ist die zweite Ebene 144 der ersten Ebene 142 untergeordnet. In dem ersten Knoten 148 für das erste Subsystem wird ein technisches Verhalten der ersten Komponente des zweiten Knotens 150 und dem ersten Subsystem des dritten Knotens 152 zusammengefasst. Da außerdem in dem zweiten Subsystem des dritten Knotens 152 weiterhin das technische Verhalten der zweiten und dritten Komponente, die dem vierten und fünften Knoten 154, 156 der dritten Ebene 146 zugeordnet sind, zusammengefasst wird, wird außerdem das Verhalten der zweiten und der dritten Komponente auch in dem ersten Subsystem des ersten Knotens 148 zusammengefasst.

Claims

Verfahren zum Beschreiben eines Verhaltens einer technischen Einrichtung (122), die eine Anzahl Einheiten aufweist, wobei für die technische Einrichtung ein Systemgraph (80, 124, 140), der eine Anzahl Ebenen (142, 144, 146) umfasst, automatisch generiert wird, wobei jeweils einer k-ten Ebene eine k + 1-te Ebene (142, 144, 146) untergeordnet wird und einer übergeordneten Einheit aus der k-ten Ebene (142, 144, 146) mindestens eine untergeordnete Einheit in der k + 1-ten Ebene (142, 144, 146) zugeordnet wird, wobei in jeder übergeordneten Einheit ein technisches Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit zusammengefasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Systemgraph (80, 124, 140) eine baumartige Struktur aufweist, wobei jede Einheit innerhalb des Systemgraphen (80, 124, 140) einem Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156) zugeordnet wird, so dass ein übergeordneter Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156) der k-ten Ebene (142, 144, 146) mindestens eine Verzweigung (92) zu mindestens einem untergeordneten Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156) der k + 1-ten Ebene (142, 144, 146) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem über den übergeordneten Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156) der k-ten Ebene (142, 144, 146) das Verhalten der übergeordneten Einheit, die diesem übergeordneten Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156) zugeordnet ist, sowie das Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit der k + 1-ten Ebene (142, 144, 146), die der übergeordneten Einheit zugeordnet ist, beschrieben wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem innerhalb des Systemgraphen für jede Einheit ein zu erwartendes Verhalten hinterlegt wird.
Verfahren zur Diagnose einer technischen Einrichtung (122), die eine Anzahl Einheiten aufweist, wobei ein Verhalten dieser technischen Einrichtung (122) durch ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche beschrieben wird, bei dem – zur Suche mindestens eines Fehlers zunächst eine k-te Ebene (142, 144, 146) nach einer fehlerhaften Einheit untersucht wird, und bei dem – bei einer Fortsetzung der Suche in einer k + 1-ten Ebene (142, 144, 146) nur jene mindestens eine untergeordnete Einheit untersucht wird, die einer als fehlerhaft identifizierten Einheit der k-ten Ebene (142, 144, 146) zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem innerhalb des Systemgraphen (80, 124, 140) für jede Einheit ein fehlerfreies Verhalten hinterlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem jede Einheit innerhalb des Systemgraphen (80, 124, 140) einem Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156) zugeordnet wird, wobei diese Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156) einer Struktur des Systemgraphen (80, 124, 140) entsprechend über Verzweigungen (92) miteinander verbunden sind, so dass zur Suche des mindestens einen Fehlers nur Verzweigungen (92) mit Knoten (84, 86, 88, 90, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 148, 150, 152, 154, 156), denen fehlerhafte Einheiten zugeordnet sind, analysiert werden.
Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Verhalten einer technischen Einrichtung (122), die eine Anzahl Einheiten aufweist, zu beschreiben und hierzu für die technische Einrichtung (122) einen Systemgraph (80, 124, 140), der eine Anzahl Ebenen (142, 144, 146) umfasst, automatisch zu generieren, und dabei jeweils einer k-ten Ebene (142, 144, 146) eine k + 1-te Ebene unterzuordnen und einer übergeordneten Einheit aus der k-ten Ebene (142, 144, 146) mindestens eine untergeordnete Einheit in der k + 1-ten Ebene (142, 144, 146) zuzuordnen und dabei in jeder übergeordneten Einheit ein technisches Verhalten der mindestens einen untergeordneten Einheit zusammenzufassen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die dazu ausgebildet ist, innerhalb der technischen Einrichtung (122) mindestens einen Fehler zu suchen, hierzu innerhalb der technischen Einrichtung zunächst die k-te Ebene (142, 144, 146) nach einer fehlerhaften Einheit zu untersuchen und bei Fortsetzung der Suche in der k + 1-ten Ebene (142, 144, 146) nur jene mindestens eine untergeordnete Einheit zu untersuchen, die einer als fehlerhaft identifizierten Einheit der k-ten Ebene (142, 144, 146) zugeordnet ist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Vorrichtung (120) nach Anspruch 8 oder 9, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Vorrichtung (120) nach Anspruch 8 oder 9, ausgeführt wird.