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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterstützen
einer Diagnose eines elektrischen Systems, insbesondere eines elektrischen
Systems eines Kraftfahrzeugs, von miteinander verschalteten Komponenten.
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Elektrische
Systeme umfassen eine Vielzahl von miteinander verschalteten Komponenten.
Diese Komponenten umfassen Massepunkte, Leitungen, Lampen, Aktoren,
Sensoren, komplexe Steuergeräte usw. Insbesondere komplexe
Komponenten sind heutzutage häufig eigendiagnosefähig.
Darunter wird im Folgenden verstanden, dass diese Komponenten Störungen
selbstständig erkennen und kommunizieren können.
Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik wurden unter dem Begriff On-Board-Diagnose Schnittstellen
und Kommunikationsprotokolle definiert, über die auf solche
komplexen Komponenten, die auch als Steuergeräte bezeichnet
werden, zugegriffen werden kann, um Ereignisspeichereinträge, die
so genannte Fehlerereigniseinträge (DTC-engl. Diagnostic
Trouble Code) umfassen, Messwerte und andere Informationen auszulesen.
Diese Informationen werden von Diagnoseroutinen innerhalb der komplexen
Komponenten ermittelt. Hierfür existieren verschiedene
Verfahren. So werden in der Regel alle von Sensoren eingelesenen
Analogsignale dahingehend überwacht, ob sie innerhalb eines
zulässigen Bereichs liegen. In vielen Fällen werden
auch Sensorsignale gegeneinander plausibilisiert. Bei komplexeren
mechatronischen Systemen, wie sie z. B. zur Regelung eines Verbrennungsprozesses
in einem Motor zum Einsatz kommen, werden darüber hinaus modellbasierte
Diagnoseverfahren eingesetzt.
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Unter
einem Begriff Off-Board-Diagnose-System wird eine Klasse von Systemen
zusammengefasst, die im Bedarfsfall, beispielsweise in einer Werkstatt,
an ein elektrisches System angeschlossen werden und von außen über
eine Datenverbindung auf die Komponenten des elektrischen Systems
zugreifen. Diese Off-Board-Diagnose-Systeme weisen die Möglichkeit
auf, die Ereignisspeichereinträge aller vorhandenen Komponenten
des elektrischen Systems auszulesen und in einer für einen
Mechaniker lesbaren Form aufzubereiten und auszugeben. Häufig
verfügen solche Systeme über zusätzliche Diagnosefunktionen,
die es ermöglichen, auf weitere Diagnoseroutinen einzelner
Komponenten zuzugreifen. Hierdurch wird die Möglichkeit
geschaffen, einzelne Messwerte von Sensoren abzufragen, Stellglieder
(Aktoren) gezielt anzusteuern und/oder eine Software, die in einer
Komponente umgesetzt ist, zu aktualisieren.
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Das
Auslesen von Fehlerereigniseinträgen gibt häufig
erste Hinweise, wo eine Fehlerquelle des elektrischen Systems lokalisiert
sein könnte. Eine eindeutige Zuordnung von Fehlerereigniseinträgen zu
einzelnen fehlerhaften Komponenten ist jedoch nur in den wenigsten
Fällen möglich. Häufig können eine
Vielzahl von Komponenten des elektrischen Systems für das
Auftreten eines Fehlerereigniseintrags in dem Sinne verantwortlich
sein, dass dieser Fehlerereigniseintrag in einer der komplexen Komponenten
gesetzt wird, wenn eine dieser Komponenten defekt ist, d. h. nicht
in Ordnung ist. Um eine Fehlerlokalisierung möglichst schnell
und effizient zu bewerkstelligen, ist es wünschenswert,
diejenigen Komponenten zu lokalisieren, die am wahrscheinlichsten
aufgrund ihrer Fehlerhaftigkeit für das Auftreten des entsprechenden
Fehlerereignisses verantwortlich sind, welches zu dem Fehlerereigniseintrag geführt
hat.
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Aus
DE 10 2005 015 664
A1 ist ein Diagnosesystem zur Bestimmung einer gewichteten
Liste möglicherweise fehlerhafter Komponenten aus Fahrzeugdaten
und Kundenangaben bekannt. Die Erfindung betrifft ein rechnergestütztes
Diagnosesystem, das mit Hilfe eines Diagnoseprogramms aus Fahrzeugdaten
und Kundenangaben eine gewichtete Liste möglicherweise
fehlerhafter Kraftfahrzeugkomponenten erstellt. Die Identifikation
der möglichen Fehlerkandidaten erfolgt über eine
Auswertung einer das Diagnosewissen abbildenden Regeltabelle. Durch die
zusätzliche Auswertung von durch die Fehlerkandidaten möglicherweise
ebenfalls betroffenen Fahrzeugfunktionen wird der Suchraum erweitert.
Ein Servicetechniker kann durch Setzen eines Fokus innerhalb des
ermittelten Suchraums die Fehlersuche auf ausgewählte Fehlercodes
oder Funktionen einschränken. Es werden dann nur noch die
für die ausgewählten Fehlercodes oder Funktionen
relevanten möglichen Kandidaten betrachtet. Die zu dieser
Fokusmenge gehörenden Fehlerkandidaten werden durch Verrechnung
mehrerer Fehlerwahrscheinlichkeiten für Fehlercodes, Komponenten
und betroffene Funktionen gewichtet. Hierzu müssen bedingte Wahrscheinlichkeiten
bedatet sein, die angeben, mit welcher Sicherheit eine defekte Komponente
bzw. ein Kandidat einen Fehlercode, eine Fehlfunktion oder ein Fehlerbild
verursachen. Außerdem werden relative Fehlergewichte benötigt,
die beispielsweise zwischen 1 und 100 gewählt werden und
eine relative Ausfallkenngröße darstellen. Alternativ
können für die Verrechnung noch bekannte Fehlerbilder,
das sind gekoppelte Fehlercodes, die immer gemeinsam auftreten,
hinzugezogen werden. Um dieses bekannte System effizient nutzen
zu können, ist es erforderlich, dass für jedes
individuelle Fahrzeug ein sehr umfangreiches Diagnosewissen ermittelt
wird. insbesondere bei modernen Kraftfahrzeugen, die mit einer sehr
großen Variantenanzahl in Serie produziert werden, ist
das Erstellen der notwendigen Regelbasis für jedes Kraftfahrzeug
individuell nahezu unmöglich, sofern auch Fehler in einzelnen
einfachen Komponenten wie Leitungen, Steckern, Massenpunkten, Spleißverbindungen
usw. neben den Fehlern in technisch komplexeren Komponenten wie
Steuergeräten ermittelt werden sollen.
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Aus
der
DE 102 22 072
A1 ist ein automatisches Diagnoseverfahren für
ein dynamisches technisches System bekannt, welches auf eine Anregung mit
einem dynamischen Systemausgangsverhalten reagiert. Das bekannte
Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Bestimmen von das Systemausgangsverhalten
charakterisierenden Koeffizienten aus mindestens einer das Systemausgangsverhalten
darstellenden Messkurve, Bestimmen diskreter Systemzustände
aus den Koeffizienten, Zuweisen der diskreten Systemzustände
als Eingangsdaten eines Wahrscheinlichkeitsnetzes und Verarbeiten
der Eingangsdaten in dem Wahrscheinlichkeitsnetz zum Berechnen eines
Diagnoseergebnisses, wobei mindestens ein, die Anregung des Systems
charakterisierender Parameter als Eingangsgröße
des Wahrscheinlichkeitsnetzes zugewiesen wird und in das Berechnen
des Diagnoseergebnisses eingeht. Ferner ist eine entsprechende Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens in der
DE 102 22 072 A1 angegeben.
Bei dem vorgeschlagenen Wahrscheinlichkeitsnetz handelt es sich
um ein Bayessches Netz. Die vorgeschlagene Lösung geht
davon aus, dass für das Diagnostizieren des elektrischen
Systems sämtliche einen Fehler bedingende Kausalitäten
zumindest wahrscheinlichkeitstheoretisch vollständig bekannt
sind und in das Wahrscheinlichkeitsnetz somit das komplexe Diagnosewissen
integriert ist. Ferner ist das bekannte Verfahren nur anwendbar
auf solche Fehlerereignisse, die mit dem Erzeugen einer Messkurve
im Zusammenhang stehen.
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Eine
automatisierte Unterstützung der Diagnose von elektrischen
Systemen, die in einer großen Variantenanzahl gefertigt
werden, ist derzeit nicht befriedigend möglich. Wünschenswert
ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine
gewichtete Liste möglicher Fehlerkandidaten erzeugt. Anhand
dieser Liste ist es dann einem Servicetechniker oder einem weiteren
Verfahren oder einer Vorrichtung automatisiert möglich,
geeignete weitere Diagnoseschritte einzuleiten bzw. vorzuschlagen
oder durchzuführen, die eine Eingrenzung der fehlerhaften
Komponente ermöglichen.
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Der
Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Unterstützen der Diagnose eines
elektrischen Systems, insbesondere eines elektrischen Systems eines
Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die eine Liste mit möglicherweise
fehlerhaften Komponenten sortiert nach ermittelten Vertrauenswerten
in eine Fehlerhaftigkeit ausgeben und auf einfache Weise automatisiert
auf eine Vielzahl von in Varianten erzeugten Ausführungsformen
des elektrischen Systems anwendbar sind.
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Die
technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Die
Erfindung ist so ausgestaltet, dass lediglich das bei der Produktion
des elektrischen Systems anfallende Wissen über die einzelnen
Varianten verwendet wird, um hieraus ein wahrscheinlichkeitsbasiertes
Netzwerk zu erzeugen, mit Hilfe dessen beobachtete Fehlerereignisse
auswertbar sind, um eine gewünschte Liste an möglicherweise
fehlerhaften Komponenten gewichtet nach Vertrauenswerten für eine
Fehlerhaftigkeit der einzelnen Komponenten zu erhalten.
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Insbesondere
wird eine Vorrichtung zum Unterstützen einer Diagnose eines
elektrischen Systems, insbesondere eines elektrischen Systems eines
Kraftfahrzeugs, von miteinander verschalteten Komponenten vorgeschlagen,
welche umfasst:
- – eine Netzerzeugungseinheit
zum Erzeugen eines Bayesschen Netzes
- – aus einem Strukturdatensatz, der Informationen über
die Komponenten und deren elektrische Verschaltung umfasst;
- – aus Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen, die
es ermöglichen, jeder der Komponenten eine Ausfallwahrscheinlichkeit
zuzuordnen und
- – aus Fehlerereignisinformationen, die mögliche Fehlerereignisse
und den Fehlerereignissen zugeordnete Zuweisungsangaben umfassen,
wobei für jedes der Fehlerereignisse zumindest eine Zuweisungsangabe
existiert und eine Zuweisungsangabe ein Fehlerereignis einer der
Komponenten zuordnet, wobei jeder Komponente und jedem Fehlerereignis
ein Knoten zugeordnet ist und das Bayessche Netz eine Ursache-Wirkungs-Beziehung
zwischen den Komponenten und den Fehlerereignissen abbildet;
- – eine Erfassungseinheit zum Erfassen mindestens einer
Fehlerereignisangabe, die ein Auftreten eines entsprechenden der
Fehlereignisse angibt;
- – eine Auswerteeinheit zum Auswerten des Bayesschen
Netzes und Ermitteln eines Vertrauenswertes für eine Fehlerhaftigkeit
jeder der Komponenten und Erzeugen einer Liste von möglichen fehlerhaften
Komponenten sortiert nach den bei der Auswertung ermittelten Vertrauenswerten; und
- – eine Ausgabe- und Bereitstellungseinheit zum Ausgeben
oder Bereitstellen der Liste.
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Es
reicht somit aus, jene Strukturdaten zu kennen, die eine Verschaltung
der Komponenten in einem einfachen Stromlaufplan angibt. Zusätzlich werden
Ausfallwahrscheinlichkeiten benötigt, die es ermöglichen,
den einzelnen Komponenten jeweils eine Ausfallwahrscheinlichkeit
zuzuordnen. Diese Informationen sind aus der Qualitätssicherung
der verbauten Komponenten bzw. der Herstellung bekannt und können
gegebenenfalls durch Erfahrungswerte ersetzt und/oder ergänzt
werden, die aus dem Betrieb des elektrischen Systems oder anderer
Varianten des elektrischen Systems gewonnen sind. Ferner werden
für die Ermittlung der gewichteten Liste der Fehlerkandidaten
Fehlerereignisinformationen benötigt, die die möglichen
Fehlerereignisse angeben und angeben, an welcher Komponente die
Fehlerereignisse auftreten können. Hierbei werden Komponenten
nur auf einer Basis in Ordnung (iO) und nicht in Ordnung (niO) betrachtet.
Eine interne Struktur einer komplexen Komponente, beispielsweise
eines Steuergerätes, wird nicht näher betrachtet.
Weist ein Steuergerät jedoch mehrere Anschlüsse
auf, so werden diese als eigenständige Komponenten bzw.
deren Verbindungsstellen als eigenständige Komponenten
betrachtet. Als Fehlerereignisse werden beobachtbare Zustände
des elektrischen Systems bzw. einzelner Komponenten angesehen. Als
beobachtbar in diesem Sinne gelten auslesbare Fehlerspeichereinträge
(DTC-Einträge). Für diese durch eine On-Board-Diagnose
ermittelten Fehlerereigniseinträge ist bei der Herstellung
der komplexen Komponente spezifiziert, welcher oder welche elektrischen Ein-/Ausgänge
für das Auftreten des entsprechenden Fehlerereignisses
verantwortlich sein kann oder können. Dies bedeutet, dass
die Ein- und Ausgänge der komplexen Komponente bekannt
sind, die mit einem Fehlerereignis in Zusammenhang stehen, wenn
an diese eine andere, fehlerhafte Komponente angeschlossen ist.
Ist ein Fehlerereignis unabhängig von allen Aus- und Eingängen
der entsprechenden Komponente, so ist ein Auftreten dieses Fehlerereignisses
ein Indiz dafür, dass diese Komponente fehlerhaft ist.
In diesen selten auftretenden Fällen ist somit eine Fehlerlokalisierung
auf eine Komponente ohnehin einfach möglich. Um für
die einzelnen Komponenten des elektrischen Systems Vertrauenswerte
für eine Fehlerhaftigkeit ermitteln zu können,
ist vorgeschlagen, ein Bayessches Netz aus den soeben genannten
Informationen zu erstellen, die sämtlich aus der Produktion
des elektrischen Systems bekannt sind. Unter Ausnutzung einfachen
elektrotechnischen Wissens lässt sich aus dem Strukturdatensatz ermitteln,
wie ein Ausfall einer Komponente andere Komponenten in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung beeinflusst.
Hierbei werden die Komponenten lediglich als Zweizustandssysteme
betrachtet, dies bedeutet, sie sind entweder in Ordnung (iO) oder
nicht in Ordnung (niO). Jeder Komponente und jedem Fehlerereignis
wird ein Knoten eines Bayesschen Netzes zugeordnet. Hierbei ist
entscheidend, dass jedem Fehlerereignis eine Komponente zugeordnet
ist, die mit dem Auftreten des Fehlerereignisses verknüpft ist.
Erzeugt eine als Steuergerät ausgebildete komplexe Komponente
beispielsweise einen Fehlerereigniseintrag, wenn an einem Eingang
ein außerhalb eines Normbereichs liegender Spannungswert
gemessen wird, so ist das durch den Fehlerereigniseintrag gekennzeichnete
Fehlerereignis diesem Ausgang des Steuergerätes zugeordnet.
Beim Erstellen des Bayesschen Netzes werden für jedes Fehlerereignis und
für jede Komponente jeweils ein Knoten erzeugt. Das Bayessche
Netz bildet eine Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen den Komponenten
und den Fehlerereignissen ab: Sei bei dem oben angegebenen Beispiel
an dem Eingang der Komponente eine weitere Komponente angeschlossen,
so sind dem Fehlerereignis der Eingang, die Komponente und die weitere
Komponente zugeordnet. Dies bedeutet, dass das Fehlerereignis der
Komponente Eingang des Steuergeräts zugeordnet ist.
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Die
zur Verfügung gestellten Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen
geben für die einzelnen Komponenten individuelle Ausfallwahrscheinlichkeiten
an. Hierbei ist es möglich, in den Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen
für gleiche oder ähnliche Komponenten nur einen
einzelnen Wert vorzusehen. Dies bedeutet, dass beispielsweise Verbindungsleitungen
jeweils ein einheitlicher Ausfallwahrscheinlichkeitswert zugeordnet
sein kann. Die Ausfallwahrscheinlichkeiten werden als a priori Wahrscheinlichkeiten
den einzelnen Knoten des Bayesschen Netzes zugeordnet. Für
die Fehlerereignisse kann beim Erstellen des Bayesschen Netzes jeweils eine
maximale Unsicherheit angenommen werden, d. h. die Wahrscheinlichkeit,
dass das Fehlerereignis eingetreten ist (ein Fehlerereigniseintrag
gesetzt ist), kann als 50% angesehen werden und ist ebenso wahrscheinlich
wie das Nichtauftreten. Anhand der a priori Wahrscheinlichkeiten
ist es mittels des Bayesschen Netzes möglich, für
jeden der Knoten und somit auch für jede der Komponenten
einen Vertrauenswert zu errechnen, dass die jeweilige Komponente fehlerhaft
ist. Diese Information ist komplementär zu der Information,
die ein Vertrauen dafür angibt, dass die entsprechende
Komponente nicht fehlerhaft, d. h. in Ordnung, ist. Bei den einem
Fehlerereignis zugeordneten Knoten wird das Nichteintreten des Fehlers mit
dem Zustand in Ordnung und das Auftreten eines Fehlerereignisses
mit dem Zustand nicht in Ordnung assoziiert. Ermittelt man nun mindestens
ein Fehlerereignis, so kann man dieses als Evidenz in das Bayessche
Netz „eingeben". Dieses bedeutet, dass man den Vertrauenswert
des entsprechenden Knotens in dessen Fehlerhaftigkeit auf 100% setzt.
Vorteilhafterweise werden alle Fehlerereignisse analysiert, d. h. alle
Fehlerereignisspeicher sämtlicher komplexen Komponenten
des elektrischen Systems ausgelesen und somit sämtliche
Vertrauenswerte in die Fehlerhaftigkeit der entsprechenden Knoten
der Fehlerereignisse auf 0 oder 100% festgelegt, je nach dem, ob ein
entsprechender Fehlerereigniseintrag nicht vorhanden bzw. vorhanden
ist. Durch das Einspeisen dieser Evidenz in das Bayessche Netz lassen
sich die Vertrauenswerte der einzelnen Komponenten für ihre
Fehlerhaftigkeit neu berechnen. Somit erhält man für
jede der Komponenten einen Vertrauenswert für die jeweilige
Fehlerhaftigkeit. Anhand dieser Vertrauenswerte ist es nun möglich,
eine sortierte Liste der möglicherweise fehlerhaften Komponenten
zu erstellen, die sortiert nach diesen Vertrauenswerten ist. Vorzugsweise
ist die Liste somit so sortiert, dass die Komponenten, die am wahrscheinlichsten
fehlerhaft sind, an erster Stelle der Liste angeordnet sind. Es versteht
sich, dass die ausgegebene Liste nicht sämtliche möglicherweise
fehlerhaften Komponenten umfassen muss. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird nur eine bestimmte Anzahl von Komponenten maximal
ausgegeben oder nur sämtliche Komponenten, die denselben,
vorzugsweise maximalen, Vertrauenswert in die Fehlerhaftigkeit aufweisen.
Die so ermittelte Liste wird ausgegeben bzw. bereitgestellt, so
dass sie durch einen Servicetechniker oder ein anderes Verfahren
oder eine andere Vorrichtung genutzt werden kann, um über
weitere Diagnoseschritte die tatsächlich fehlerhafte Komponente
zu ermitteln und diese auszutauschen bzw. wieder instand zu setzen.
Die vorgeschlagene Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass
nur eine begrenzte Menge an Informationen notwendig ist, um für
eine beliebige Variante des elektrischen Systems eine zuverlässige
Ermittlung derjenigen Komponenten zu ermöglichen, die mit
höchster Wahrscheinlichkeit für ein aufgetretenes
Fehlerereignis verantwortlich sind. Außer den oben angegebenen
Informationen, die im Produktionsprozess auf jeden Fall anfallen,
sind neben grundlegenden Regeln der Elektrotechnik, die zur Analyse
des Strukturdatensatzes, d. h. eines Stromlaufplans, von Nöten sind,
keine weiteren Informationen erforderlich, um das entsprechende
Bayessche Netz zu erstellen. Somit ist kein besonderes Diagnosewissen über
die Abhängigkeiten der einzelnen Komponenten voneinander über
das Diagnosewissen hinaus erforderlich, das in den oben bezeichneten
Strukturdaten und den Fehlerereignisinformationen enthalten ist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Fehlerereignisse nicht notwendigerweise
mit dem Setzen eines Fehlercodes in einem Fehlerereignisspeicher
einhergehen müssen. Ebenso ist es möglich, andere
leicht beobachtbare oder messbare Ereignisse, die eine in Ordnung/nicht
in Ordnung Klassifikation erlauben, als Fehlerereignisse zu verwenden.
Beispielsweise kann das Leuchten einer Handschuhfachinnenbeleuchtung
bei geöffnetem Handschuhfachdeckel als ein Fehlerereignis
verwendet werden, das eintritt, wenn die Handschuhfachbeleuchtung
bei geöffnetem Handschuhfachdeckel nicht leuchtet. Die
Angabe, ob eine mögliches Fehlerereignis eingetreten ist
und gegebenenfalls welches, wird über eine Fehlerereignisangabe
erfasst. Diese kann auch Angabe über die Fehlerhaftigkeit
einzelner Komponenten oder deren einwandfreien Zustand umfassen.
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Eine
verbesserte Aussage erhält man mit einer Ausführungsform,
bei der das Bayessche Netz beim Erstellen so vereinfacht wird, dass
zumindest für jede der Komponenten, der über Zuordnungsanweisungen
mehr als ein Fehlerereignis zugeordnet ist, dem Bayesschen Netz
ein so genannter Wirkknoten zugefügt wird, über
den die Ursache-Wirkungs-Beziehung zu den den entsprechenden Fehlerereignissen
zugeordneten Knoten abgebildet ist. Diese Ausführungsform
ist jeweils dann von Vorteil, wenn ein und derselben Komponente
mehrere Fehlerereignisse über Zuweisungsangaben zugeordnet sind.
Beispielsweise kann das Auftreten eines Messwertes außerhalb
eines Normbereichs an einem Eingang einer Komponente, gegebenenfalls
mit weiteren Befunden, zu zwei unterschiedlichen Fehlerereignissen
führen. Bei einer Ermittlung der Vertrauenswerte der einzelnen
Komponenten würden nun jedoch sämtliche Komponenten,
die mit dem einen Eingang in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung stehen,
beim gemeinsamen Auftreten beider Fehlerereignisse "doppelt" belastet.
Mit belastet ist in diesem Zusammenhang gemein, dass jeweils eine
bedingte Wahrscheinlichkeit der Komponenten, welche den Vertrauenswert
für die Fehlerhaftigkeit angibt, erhöht wird.
Eine solche Modellierung ist jedoch häufig nicht wünschenswert.
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Die
Propagation von eingespeister Evidenz in das Bayessche Netz, d.
h., ein erneutes Berechnen der Vertrauenswerte der einzelnen Komponenten
nach einer Eingabe einer neuen Fehlerereignisangabe ist sehr zeitaufwendig
und komplex, sofern ein Knoten eine große Anzahl von Elternknoten
aufweist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
sieht daher vor, dass die Netzerzeugungseinheit eine Vereinfachungseinheit
zum Vereinfachen des Bayesschen Netzes umfasst, so dass jeder Knoten
nur maximal zwei Elternknoten aufweist, wobei beim Vereinfachen
des Bayesschen Netzes Vermittlungsknoten zugefügt werden
und wobei die Komponenten Ausgangs-Elternknoten sind und die Fehlerereignisknoten
End-Kinderknoten sind. Das Einfügen der Vermittlungsknoten
erfolgt so, dass die Ursache-Wirkungs-Beziehung nicht verändert
wird. Dies bedeutet insbesondere, dass die Wahrscheinlichkeiten
der Vermittlungsknoten so initialisiert werden, dass diese Wahrscheinlichkeiten
die Ergebnisse der Ursache-Wirkungs-Beziehung nicht beeinflussen.
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Da
sich eine Fehlerhaftigkeit einzelner Komponenten unterschiedlich
auf eine Wirkkette (oder Wirkung) von miteinander verschalteten
Komponenten auswirken kann, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass die Netzerzeugungseinheit ausgebildet
ist, Klassifizierungsinformationen bei der Erzeugung des Bayesschen
Netzes in der Weise einzubeziehen, so dass die den direkten Kindknoten
der Komponenten zugeordneten Wahrscheinlichkeitswerte beeinflusst
werden, wobei die Klassifizierungsinformationen Einflussfaktoren
für Klassen von Komponenten umfassen und die Einflussfaktoren
eine Wichtung angeben, wie stark ein Ausfall einer Komponente der
entsprechenden Klasse in von dieser Komponente abhängige Wirkungen
eingeht, wobei jede Komponente einer der Klassen zugeordnet ist.
Hierdurch wird unabhängig von der Ausfallwahrscheinlichkeit
der einzelnen Komponenten eine Möglichkeit geschaffen,
diese nach einem Klassifizierungsschema gewichtet unterschiedlich
zu behandeln.
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Ebenso
ist es möglich, alternativ oder zusätzlich Informationen
mit einzubeziehen, die angeben, welchen Einfluss eine Wirkkette
auf das Auftreten eines Fehlerereignisses hat. Ist beispielsweise aus
dem Konstruktionsprozess einer komplexen Komponente bekannt, dass
das Auftreten eines Fehlerereignisses zu 40% mit einem fehlerhaften
Messsignal an einem ersten Eingang und in 60% der Fälle mit
einem fehlerhaften Signal an einem zweiten Eingang korreliert ist,
so kann diese Information in die Auswertung mit einbezogen werden.
Diese Information ist ebenfalls bereits aus dem Konstruktionsprozess
bekannt oder kann aus Informationen abgeleitet werden, die bei der
Wartung und Instandsetzung elektrischer Systeme gewonnen werden,
die die entsprechende Komponente ebenfalls umfassen. Eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass die
Netzerzeugungseinheit ausgebildet ist, Auswirkungsinformationen,
die angeben, wie stark sich eine Wirkkette auf das Auftreten eines
Fehlerereignisses auswirkt, bei der Erzeugung des Bayesschen Netzes
so einzubeziehen, dass den direkten Kindknoten der Wirkknoten zugeordnete
Wahrscheinlichkeiten beeinflusst werden, wobei eine Wirkkette eine
den Wirkknoten und die hiermit in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung
stehenden, Komponenten zugeordneten Knoten und die gegebenenfalls
zwischen diesen, den Komponenten zugeordneten Knoten und dem Wirkknoten
angeordneten Vermittlungsknoten umfasst. Eine Wirkkette umfasst
somit in einer Ursache-Wirkungs-Beziehung all jene Knoten des Bayesschen
Netzes, die ursächlich auf den Wirkknoten einwirken. Ereignisknoten
oder Vermittlungsknoten, die sich hieran anschließen, können direkte
Kindknoten eines Wirkknotens sein, deren Wahrscheinlichkeit durch
die Auswirkungsinformationen beeinflusst werden.
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Häufig
ist es wünschenswert, die Aussagen anderer Diagnoseverfahren
mit einzubeziehen. Nach einem eigenständig erfinderischen
Vorschlag ist daher eine weitere Ausführungsform vorgesehen,
bei der mindestens eine weitere Diagnoseeinheit vorgesehen ist,
die anhand mindestens eines weiteren Diagnoseverfahrens für
mindestens eine der Komponenten einen weiteren Vertrauenswert für
die Fehlerhaftigkeit ermittelt und zusätzlich eine Fusionierungseinheit
zum Erzeugen einer Vereinigungsliste der möglicherweise
fehlerhaften Komponenten sortiert nach einem Gesamtvertrauenswert
für die Fehlerhaftigkeit vorgesehen ist, wobei den von
der Auswerteeinheit ermittelten Vertrauenswerten ein Zuverlässigkeitswert
und dem mindestens einen weiteren Vertrauenswert ein weiterer Zuverlässigkeitswert
zugeordnet sind und wobei der Zuverlässigkeitswert und der
weitere Zuverlässigkeitswert eine Gewichtung für eine
Aussagekraft des jeweiligen Verfahrens zur Ermittlung des Vertrauenswerts
oder des mindestens einen weiteren Vertrauenswerts angeben, und
die Fusionierungseinheit die Gesamtvertrauenswerte ermittelt, indem
eine mit dem Zuverlässigkeitswerten gewichtete Fusion der
für eine jeweilige der Komponenten ermittelten Vertrauenswerte
ausgeführt wird. Hierdurch wird es möglich, die
durch unterschiedliche Diagnoseverfahren gewonnenen Aussagen zu einer
Gesamtaussage zu fusionieren. Es wird dadurch vermieden, dass widersprüchliche
Informationen an einen Servicetechniker oder ein anderes Verfahren
oder eine Vorrichtung ausgegeben werden. Durch die Zuverlässigkeitswerte
ist es möglich, den unterschiedlichen Verfahren einen unterschiedlichen Einflusswert
auf den Gesamtvertrauenswert für eine jeweilige Komponente
festzulegen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Erfassungseinheit mindestens eine Schnittstelle umfasst,
um beim Erfassen der mindestens einen Fehlerereignisangabe mindestens
einen Fehlerspeicher einer der Komponenten des elektrischen Systems
auszulesen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen,
die Fehlerereigniseinträge automatisiert und zügig
direkt aus dem diagnostizierten elektrischen System einzulesen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Schnittstelle oder eine weitere Schnittstelle vorgesehen
sind, um den Strukturdatensatz und/oder die Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen
und/oder die Fehlerereignisinformationen beim Erfassen von einem
Datenbankserver, vorzugsweise einem Datenbankserver des Herstellers
des elektrischen Systems, abzurufen. Eine Identifikation des Strukturdatensatzes
kann beispielsweise bei einem elektrischen System eines Kraftfahrzeugs über
eine Fahrgestellnummer des Kraftfahrzeugs erfolgen. Ferner werden
Strukturdatensätze, die das Kraftfahrzeug eindeutig identifizieren,
bereits heute häufig bei Kraftfahrzeugherstellern in einer
Datenbank für die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs vorgehalten,
um jederzeit nachvollziehen zu können, welche Komponenten
das jeweilige Fahrzeug umfasst. Das Auslesen der Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen
aus einer zentralen Datenbank bietet darüber hinaus den
Vorteil, dass die Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen aufgrund von
Diagnoseinformationen anderer vergleichbarer Systeme aktualisiert
und angepasst werden können.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, zusätzlich
zu den in als Steuergeräte ausgebildeten Komponenten abgespeicherten
Fehlerereigniseinträgen zusätzliche einfach zu
beobachtende Ereignisse als Fehlerereignisse bei der Diagnose mit zu
berücksichtigen. Daher umfasst eine bevorzugte Ausführungsform
eine Benutzerschnittstelle zum Erfassen der mindestens einen Fehlerereignisangabe über
eine Eingabe eines Nutzers.
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Die
Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen
dieselben Vorteile auf wie die entsprechenden Merkmale der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 ein
schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Unterstützen
einer Diagnose eines elektrischen Systems;
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2 einen
Ausschnitt eines elektrischen Stromlaufplans eines elektrischen
Systems;
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3 eine
Tabelle, die ein Ergebnis der Analyse eines Strukturdatensatzes
und von Fehlerereignisinformationen angibt;
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4 ein
Bayessches Netz;
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5 eine
Ausschnitt eines vereinfachten Bayesschen Netzes;
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6 eine
weiterer Ausschnitt eines wahllos vereinfachten Bayesschen Netzes;
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7 eine
Tabelle, die eine Matrix der Ursachenpaare für den Ausschnitt
des Bayesschen Netzes nach 5 angibt;
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8 eine
Ausschnitt des Bayesschen Netzes nach 5 nach einem
ersten optimiert ausgeführten Vereinfachungsschritt;
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9 eine
Tabelle, die eine Matrix der Ursachenpaare für den Ausschnitt
des Bayesschen Netzes nach 8 angibt;
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10 eine
Ausschnitt des Bayesschen Netzes nach 5 nach vollendeter
optimiert ausgeführter Vereinfachung;
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11 eine
Tabelle, die eine Matrix der Ursachenpaare für den Ausschnitt
des Bayesschen Netzes nach 10 angibt;
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12 das
Bayessche Netz nach 4, bei dem die Wirkketten optimiert
vereinfacht sind;
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13 das
fertigt vereinfachte Bayessche Netz nach 4
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14 eine
Tabelle, die eine Anzahl von Wahrscheinlichkeitseinträgen
der Knoten der Wirkketten für die unterschiedlich vereinfachten
Ausschnitte des Bayesschen Netzes nach 4 angibt;
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15 eine
Wahrscheinlichkeitstabelle für einen beispielhaften Vermittlungsknoten;
-
16 eine
Wahrscheinlichkeitstabelle eines Vermittlungsknoten, dessen Elternknoten
Einflussfaktoren zugeordnet sind;
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17 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Unterstützen
einer Diagnose eines elektrischen Systems sowie das elektrische
System; und
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18 ein
schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Fusionieren von
Listen möglicherweise fehlerhafter Komponenten, die mittels
unterschiedlicher Diagnoseverfahren ermittelt sind.
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Anhand
von 1 soll ein Verfahren 1 zum Ermitteln
einer Liste möglicher fehlerhafter Komponenten erläutert
werden. Als zu diagnostizierendes System wird ein in 2 dargestellter
Ausschnitt eines elektrischen Systems 51 betrachtet. Der
Ausschnitt des elektrischen Systems umfasst ein Steuergerät
einer Klimaanlage ECU. An das Steuergerät ECU sind vier
Leitungen L1, L2, L3 und L4 angeschlossen, die mit einer Umluftklappe
U verbunden sind. Hierbei verbinden die Leitung 2 L2 und Leitung 3
L3 einen Motor M der Umluftklappe U. Die Leitung 1 L1 und die Leitung
4 L4 verbinden ein Potenziometer P, welches über die Umluftklappe
bedient wird und somit einen aktuellen Winkel der Umluftklappe messbar
macht. An der Leitung 1 ist ferner ein Spleiß S angebracht.
Dieser Ausschnitt des elektrischen Systems 51 soll im Folgenden
zur Veranschaulichung als beispielhafter Stromlaufplan herangezogen
werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Umluftklappe U als eine
komplexe Komponente betrachtet wird. Das Steuergerät ECU,
die Leitungen 1 bis 4 L1–L4, der Spleiß S und
die Umluftklappe U stellen somit miteinander verbundene Komponenten
des elektrischen Systems 51 dar, welches diagnostiziert
werden soll.
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Das
Steuergerät ECU stellt eine Komponente dar, die eine Eigendiagnose
ausführt. Hierbei können zwei Fehlerereigniseinträge
DTC A und DTC B in einen Fehlerereignisspeicher (nicht dargestellt)
eingetragen werden. Das Fehlerereignis DTC A (Diagnostic Trouble
Code A) kann auftreten, wenn an dem Eingang, dem die Leitung 1 L1
angeschlossen ist, eine Abweichung von der Eigendiagnoseroutine
festgestellt wird. Das Fehlerereignis DTC B kann auftreten, wenn
an einem der Eingänge des Steuergerätes ECU, an
dem eine der Leitungen 1 bis 4 L1–L4 angeschlossen ist,
eine Normabweichung festgestellt wird. Der Stromlaufplan, der sowohl
Informationen über die einzelnen umfassten Komponenten
als auch über deren Schaltung umfasst, ist in einem Strukturdatensatz
zusammengefasst. Ein solcher Strukturdatensatz fällt beispielsweise
bei der Herstellung eines modernen Kraftfahrzeugs im Fertigungsprozess
an. Für jede Fahrzeugvariante werden beispielsweise Informationen
erhoben, die den oder die verbauten Kabelbäume und die
hiermit verbundenen übrigen Komponenten umfassen. In einem
weiteren Datensatz werden so genannte Fehlerereignisinformationen
abgelegt. Dieses sind Informationen, die mögliche beobachtbare
Fehlerereignisse angeben. In dem in 2 dargestellten
Beispiel sind die Fehlerereignisse durch die Fehlerereigniscodes
DTC A und DTC B vorgegeben. Jedes Fehlerereignis ist über
mindestens eine Zuweisungsangabe einem der Komponenten des elektrischen
Systems zugeordnet. In dem oben in 2 dargestellten
Beispiel ist das Fehlerereignis, welches den Fehlereintrag DTC A
auslöst, über eine Zuweisungsangabe der Leitung
1 L1 zugeordnet. Für das Fehlerereignis, das mit dem Auslösen
des Fehlercodes DTC B verknüpft ist, existieren vier Zuweisungsangaben.
Diese weisen jeweils das Fehlerereignis den Komponenten Leitung
1 bis Leitung 4 L1–L4 zu. Im Folgenden werden die Fehlerereignisse
verkürzt mit ihren Fehlerereigniscodes DTC A und DTC B
bezeichnet.
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Als
mögliche Fehlerereignisse können jedoch andere
beobachtbare Ereignisse als Fehlerereigniseinträge in Fehlerereignisspeichern
verwendet werden.
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Neben
den Strukturdaten und den Fehlerereignisinformationen sind zusätzlich
Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen notwendig, die vorzugsweise
in einem weiteren Datensatz zusammengefasst sind. Diese geben Ausfallwahrscheinlichkeiten für
einzelne Komponenten oder Gruppen von Komponenten an. Vorzugsweise
sind die Komponenten im Strukturdatensatz so angegeben, dass gleichartige
Komponenten als solche erkennbar sind und in den Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen
für alle diese gleichartigen Komponenten nur eine Ausfallwahrscheinlichkeit
hinterlegt ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass
den einzelnen Komponenten ein Zifferncode zugeordnet ist. Beispielsweise können
alle Leitungen 1 bis 4 L1–L4 im obigen Beispiel dieselbe
Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform stehen zusätzlich
Klassifizierungsinformationen und Auswirkungsinformationen in Form
eines oder mehrerer Datensätze bereit. Auf die Verwendung
und den Inhalt dieser Informationen wird weiter unten eingegangen.
Alle die bisher erwähnten Informationen und Datensätze
sind vorzugsweise auf einem Datenbankserver des Herstellers des
elektrischen Systems abgelegt. Von diesem Datenbankserver aus können sie
bei Bedarf abgerufen werden, um das Diagnoseverfahren, welches in 1 dargestellt
ist, auszuführen. In den Verfahrensschritten 3 bis 11 werden
die Strukturdaten 3, die Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen 5,
die Fehlerereignisinformationen 7 sowie gegebenenfalls
die Klassifizierungsinformationen 9 und die Auswirkungsinformationen 11 jeweils
erfasst. Wie bereits erwähnt, erfolgt das Erfassen vorzugsweise
mittels des Abrufens der Informationen aus einer Datenbank des Herstellers
des elektrischen Systems oder einer anderen Datenbank. Ebenso ist
es möglich, die Informationen auf einem Datenträger
zu speichern. Eine Zuordnung der Informationen zu dem individuellen
zu diagnostizierenden elektrischen System kann über dessen
Seriennummer erfolgen.
-
Mit
Hilfe der vorliegenden Informationen wird nun ein Bayessches Netz
erzeugt 13. Hierzu wird der Strukturdatensatz unter Zuhilfenahme
grundlegenden elektrotechnischen Wissens analysiert. Diese Analyse
kann automatisiert ausgeführt werden. Ferner werden die
Fehlerereignisinformationen analysiert. Hierbei werden Ursache-Wirkungs-Beziehungen
zwischen den einzelnen Komponenten und Fehlerereignissen gesucht.
Jede Komponente kann hierbei zwei Zustände, in Ordnung
und nicht in Ordnung, einnehmen. Ebenso kann ein Fehlerereignis
eingetreten sein oder nicht eingetreten sein.
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In
Tabelle 1 nach 3 ist das Ergebnis der Analyse
des Strukturdatensatzes und der Fehlerereignisinformationen tabellarisch
aufgeführt. Es ist angegeben, welche Komponenten und in
welchen Kombinationen oder Wirkketten zu einem Fehlerereignis führen
können, das einen der Fehlercodes DTC A oder DTC B auslöst.
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Bildet
man diese Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen den Komponenten und
den Fehlerereignissen ab, so erhält man eine Bayessches
Netz 61, wie es in 4 dargestellt
ist.
-
Für
jede der Komponenten des elektrischen Systems nach 2 ist
ein Komponentenknoten K1–K7 angelegt. Ebenfalls sind für
die Fehlerereignisse ein Fehlerereignisknoten F1 und F2 angelegt. Über
Kanten 71 sind die Ursache-Wirkungs-Beziehungen abgebildet.
Anhand der Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen und den Regeln,
die für Bayessche Netze gelten, können nun die
den Komponentenknoten K1–K7 und den Fehlerereignisknoten F1–F2
zugehörigen Wahrscheinlichkeitstabellen ausgefüllt
werden, wie dies im Verfahrensschritt 23 nach 1 angedeutet
ist.
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Anschließend
ist es möglich eine beobachtbare Ereignisangabe zu erfassen 25,
welche das Erfassen mindestens einer beobachtbaren Fehlerereignisangabe 27 umfasst.
Dieses geschieht vorzugsweise, indem sämtliche Fehlerspeicher
von Komponenten des elektrischen Systems ausgelesen werden 29. Alternativ
oder zusätzlich können beobachtbare Ereignisse über
eine Benutzerschnittstelle erfasst werden 31. Die so beobachteten
Ereignisse können verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeiten
der Fehlerereignisse F1 und/oder F2 festzulegen. Ist in dem Fehlerspeicher
der Fehlereintrag DTC B abgelegt, so wird in dem Fehlerereignisknoten
F2 der Eintrag Fehlerereignis eingetreten auf 1 gesetzt und der korrespondierende
Eintrag Fehlerereignis nicht eingetreten auf 0 gesetzt. Dieses Einbringen
von beobachteter Information, die als Evidenz bezeichnet wird, führt
dazu, dass für jeden Knoten Vertrauenswerte mittels des
Bayesschen Netzes errechnet werden können, die eine Wahrscheinlichkeit
für eine Fehlerhaftigkeit der entsprechenden Komponente angeben.
Das Berechnen dieser Vertrauenswerte ist im Verfahrensschritt 37 nach 1 angegeben.
Die einzelnen Komponenten werden anhand der errechneten Vertrauenswerte
sortiert, um eines der möglicherweise fehlerhaften Komponenten,
gewichtet nach den Vertrauenswerten, zu erstellen 39. Diese Liste
wird anschließend ausgegeben oder bereitgestellt 41.
Ein Servicetechniker oder ein anderes Verfahren oder eine weitere
Vorrichtung können diese Informationen nutzen, um weitere
Diagnoseschritte an dem elektrischen System auszuführen.
Hierbei beobachtete Ereignisse oder aufgetretene Fehler können über
eine Benutzerschnittstelle erfasst werden 33 und als neue
Evidenzen in das Bayessche Netz eingegeben werden. Als Ereignisse
können alle Beobachtungen dienen, die eine Aussage über
eine der Komponenten oder eines der Fehlerereignisse ermöglichen.
D. h., angeben, ob die entsprechende Komponente in Ordnung ist oder
nicht, oder aussagen, dass ein Fehlerereignis eingetreten ist oder nicht.
Anschließend werden die Vertrauenswerte der einzelnen Komponenten
neu berechnet und eine neue Liste möglicherweise fehlerhafter
Komponenten gewichtet mit deren neuen Vertrauenswerten erstellt
und ausgegeben bzw. bereitgestellt. Dieses Verfahren kann iterativ
so lange fortgesetzt werden, bis eine oder mehrere fehlerhafte Komponenten
eindeutig identifiziert sind und/oder keine Fehlerereignisse an
dem elektrischen System mehr beobachtbar sind.
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Betrachtet
man die Struktur des Bayesschen Netzes 61 nach 4 mit
dem Stromlaufplan des elektrischen Systems 51 nach 2,
so stellt man fest, dass bei einem Ausfall der Leitung 1, die ein Auslösen
sowohl des Fehlerereignisses DTC A als auch des Ereignisses DTC
B verursacht, auch Komponenten wie beispielsweise die Leitungen
2 und 3 hinsichtlich ihres Vertrauenswertes "negativ belastet" werden,
obwohl sie nicht ursächlich für das Auftreten dieses
Fehlerereignisses sein können. Daher ist bei einer bevorzugten
Ausführungsform vorgesehen, dass so genannte Wirkknoten
für Wirkketten eingeführt werden, die jene Komponenten
"duplizieren", denen die Fehlerereignisse über Zuweisungsangaben
zugeordnet sind. Hierüber wird erreicht, dass unabhängige
Wirkketten auch als unabhängig behandelt werden können.
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In 5 ist
ein um entsprechende Wirkknoten WK1 bis WK4 erweitertes Bayessches
Netz 61I gezeigt. Da durch das
Einfügen der Wirkknoten insgesamt ein Erstellen der Liste
möglicher Fehlerkandidaten vereinfacht wird, wird das Bayessche
Netz nach 5 auch als vereinfachtes Bayessches
Netz bezeichnet.
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Die
Größe der zu jedem der Knoten gehörigen
Wahrscheinlichkeitstabellen hängt zum einen von einer Anzahl
der Zustände ab, die dieser Knoten einnehmen kann, und
zum andern von der Anzahl der Elternknoten und deren Anzahl an einnehmbaren Zuständen.
Da alle hier betrachteten Knoten jeweils nur den Zustand in Ordnung
oder nicht in Ordnung bzw. Fehlerereignis eingetreten oder nicht
eingetreten einnehmen können, umfassen die Wahrscheinlichkeitstabellen
der Komponentenknoten, die nur als Elternknoten in Bezug auf die
Ursache-Wirkungs-Beziehung auftreten, nur zwei Wahrscheinlichkeitseinträge.
Die Knoten, die als Kindknoten in der Ursache-Wirkungs-Beziehung
auftreten, enthalten
2 × 2Anzahl
der Elternknoten.
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Um
die Berechnung der Vertrauenswerte zu beschleunigen, ist bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass
das Bayessche Netzwerk um zusätzliche so genannte Vermittlungsknoten
erweitert wird, welches zu einer Vereinfachung im Hinblick auf die
Ermittlung der Liste der fehlerhaften Komponenten führt.
Hierzu werden neuen Knoten in die Ursache-Wirkungs-Beziehung so
eingefügt, dass jeder Knoten maximal zwei Elternknoten
aufweist. In 6 ist ein so erweitertes bzw. vereinfachtes
Bayessches Netz 61II ausschnittsweise dargestellt,
wobei nur die Wirkketten umfasst sind. Hierbei wurden sechs Vermittlungsknoten
VK1–VK6 eingefügt. Das ausschnittsweise in 6 dargestellte
Bayessche Netz 61II ist noch nicht
optimal in der Hinsicht vereinfacht, dass es eine minimale Anzahl von
Vermittlungsknoten umfasst. Vielmehr wurden die Vermittlungsknoten
VK1–VK6 quasi "beliebig" in das Bayessche Netz 61II eingefügt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens oder einer
bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen
einer Liste möglicher fehlerhafter Komponenten wird die
Vereinfachung des Bayesschen Netzes 61 nach 4 jedoch optimiert
durchgeführt. Hierfür wird zunächst für
die Wirkketten des um die Wirkknoten WK1–WK4 erweiterten
Bayesschen Netzes 61I nach 5 ermittelt, wie
häufig die einzelnen Komponenten K1–K7 gemeinsam
mit einer anderen der Komponenten K1–K7 paarweise in eine
der Wirkketten eingehen. Dieses Ergebnis wird vorzugsweise in eine
so genannte Matrix der Ursachenpaare, wie sie in Tabelle 2 nach 7 dargestellt
ist, eingetragen. Anschließend wird ein Maximum der eingetragenen
Werte gesucht, d. h. jenes Komponentenpaar, welches gemeinsam am häufigsten
in eine der Wirkketten eingeht. Im dargestellten Fall sind dieses
die Komponenten Klimaanlage ECU und Umluftklappe U, die durch die
Komponentenknoten K4 und K5 repräsentiert sind. Diese gehen
paarweise in alle vier Wirkketten, die durch die Wirkkonten WK1–WK4
repräsentiert sind, ein. In diese Wirkketten wird nun ein
Vermittlungsknoten VK1 eingefügt. Das Ergebnis des so vereinfachten
Bayesschen Netzes 61III ist in 8 dargestellt.
Die Matrix der Ursachenpaare wird nun um den Vermittlungsknoten
VK1 erweitert und man erhält Tabelle 3 nach 9.
Der in der Tabelle 3 auftretende Maximalwert 2 tritt beispielsweise
für das Komponentenpaar Leitung 1 L1 und Spleiß S
auf. Somit wird in die Wirkverbindung ein Vermittlungsknoten VK2
eingefügt, dessen Eltern die Komponentenknoten für
die Leitung 1 L1 und den Spleiß S sind. Das Verfahren kann
so schrittweise fortgeführt werden und man erhält
nach Abschluss des Verfahrens den in 10 dargestellten
Ausschnitt des Bayesschen Netzes 61IV ,
der die Wirkketten abbildet. Insgesamt mussten in diesem Fall fünf
Vermittlungsknoten VK1–VK5 eingefügt werden. Bei
dem in 10 dargestellten Ausschnitt
des vereinfachten Bayesschen Netzes 61III ist
die Bedingung bereits erfüllt, dass jeder Knoten maximal
zwei Elternknoten aufweist. Dieses muss nicht in jedem Fall nach
Abschluss des Optimierungsverfahrens, wie es soeben beschrieben
wurde, der Fall sein. Die übrigen einzufügenden
Vermittlungsknoten können jedoch beliebig gewählt
werden. In Tabelle 4 nach 11 ist
die Matrix der Ursachenpaare dargestellt, die zu der 10 korrespondiert.
-
In 12 ist
das gesamte Bayessche Netz 61IV mit
durch Einfügen von Vermittlungsknoten VK1–VK5
vereinfachten Wirkketten dargestellt, das ausschnittsweise in 10 gezeigt
ist. Analog wie die Wirkketten können auch die Ursache-Wirkungs-Beziehungen
der Wirkknoten WK1–WK4 zu den Fehlerereignisknoten F1–F2
vereinfacht werden, wie dies oben beschrieben ist, indem weitere
Vermittlungsknoten VK6–VK7 optimiert eingefügt
werden.
-
In 13 wird
das gesamte vereinfachte Bayessche Netz 61V dargestellt.
Für die Wirkketten, die jeweils die Komponentenknoten K1–K7
und die Wirkknoten Wk1–Wk4 umfassen, sowie die gegebenenfalls
hier zwischen angeordneten Vermittlungsknoten VK1–VK5 ist
in Tabelle 5 nach 14 jeweils angegeben, wie viele
Wahrscheinlichkeitseinträge der die Wirkketten umfassende
Ausschnitt des Bayesschen Netzes jeweils umfasst. Es ist deutlich
zu erkennen, dass die Gesamtanzahl der benötigten Wahrscheinlichkeitseinträge
deutlich abnimmt. Ferner wird die Berechnung der Vertrauenswerte
hierdurch stark vereinfacht und beschleunigt.
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In
Tabelle 6 nach 15 ist beispielhaft eine Wahrscheinlichkeitstabelle
für den Vermittlungsknoten 5 VK5 gemäß obigem
Beispiel dargestellt. Sind beide Elternknoten, der Vermittlungsknoten
1 VK1 und der Vermittlungsknoten 3 VK3, beide in Ordnung (iO), so
ist auch der Vermittlungsknoten 5 VK5 in Ordnung (iO), so dass dieser
Zustand eine Wahrscheinlichkeit 1 aufweist. Entsprechend weist der
komplementäre Zustand nicht in Ordnung des Vermittlungsknotens
5 VK5 in diesem Fall die Wahrscheinlichkeit 0 auf. Ist einer der
beiden Vermittlungsknoten 1 oder 3 VK1 oder VK3 im Zustand nicht
in Ordnung (niO), so ist auch der Vermittlungsknoten 5 VK5 mit einer Wahrscheinlichkeit
1 im Zustand nicht in Ordnung (niO). Entsprechend wird der komplementäre
Zustand in Ordnung (iO) mit einer Wahrscheinlichkeit von 0 in einem
solchen Fall angenommen. Eine solche Festlegung bewirkt, dass der
Vermittlungsknoten die durch ihn verlaufenden Wirkketten nicht beeinflusst.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens oder der
Vorrichtung ist vorgesehen, dass die einzelnen Komponenten Klassen
zugeordnet sind und den Klassen jeweils ein Einflussfaktor zugeordnet
ist, der angibt, wie stark die jeweiligen Komponenten eine Wirkkette
beeinflussen. Sei angenommen, dass Leitungen in einer Klasse zusammengefasst
sind und diese bei einem Ausfall jeweils einen Einflussfaktor von
0,9 ausüben sollen. Diese Einflussfaktoren wirken sich
jeweils auf die Wahrscheinlichkeitswerte direkter Kindknoten der
Komponentenknoten aus. In diesem Falle beispielsweise auf den Vermittlungsknoten
3, der als Elternknoten die Leitung 2 L2 und die Leitung 3 L3 besitzt.
Die sich ergebende Wahrscheinlichkeitstabelle ist in Tabelle 7 nach 16 dargestellt.
Ebenso kann man Auswirkungsinformationen nutzen, um die Auswirkung
einer Wirkkette auf ein Fehlerereignis zu gewichten. In diesem Fall
werden durch die entsprechenden Faktoren die Wahrscheinlichkeitstabellen
der direkten Kindknoten der Wirkknoten beeinflusst bzw. festgelegt.
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In 17 ist
schematisch eine Vorrichtung zum Unterstützen einer Diagnose 101 dargestellt. Die
Vorrichtung 101 ist vorzugsweise als Tester ausgebildet.
Dieser umfasst eine Erfassungseinheit 103. Die Erfassungseinheit
umfasst eine Schnittstelle 105, über die ein Austausch
von Daten über eine Kraftfahrzeugschnittstelle 107 eines
Kraftfahrzeugs 109 mit einem zu diagnostizierenden elektrischen
System 111 des Kraftfahrzeugs 109 möglich
ist. Das elektrische System 111 umfasst Komponente 113 bis 119. Von
diesen Komponenten 113 bis 119 sind Komponenten 113 bis 117 komplexe
Komponenten, die eigendiagnosefähig sind. Die Erfassungseinheit 103 umfasst
ferner eine weitere Schnittstelle 121, über die
eine Kommunikation mit einer Datenbank 123 eines des Herstellers
des Kraftfahrzeugs 109 möglich ist. In der Datenbank 123 sind
ein Strukturdatensatz 125 sowie Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen 127,
Fehlerereignisinformationen 129 sowie gegebenenfalls Klassifikationsinformationen 131 und
Auswirkungsinformationen 133 für das elektrische
System 111 gespeichert. Die in der Datenbank 123 gespeicherten
Informationen können über die Schnittstelle 121 der
Erfassungseinheit 103 erfasst werden und an eine Netzerzeugungseinheit 135 übergeben werden.
Die Netzerzeugungseinheit 135 ist vorzugsweise in Hard-
und Software ausgebildet. Das bedeutet, dass die Netzerzeugungseinheit 135 eine
Rechnereinheit 137 sowie eine hiermit gekoppelte Speichereinheit 139 umfasst.
In der Speichereinheit 139 ist ein Programmcode hinterlegt,
der auf der Rechnereinheit 137 ausführbar ist.
Im Zusammenwirken des Programmcodes mit der Rechnereinheit 137 wird
die Funktionalität der Netzwerkerzeugungseinheit 135 bereitgestellt.
Die Netzwerkerzeugungseinheit 135 erzeugt ein Bayessches
Netz, wie dies oben erläutert ist. Hierzu verfügt
die Netzwerkerzeugungseinheit 135 ebenfalls über
eine Vereinfachungseinheit 141. Diese ist ebenfalls mittels
der in der Rechnereinheit 137 und in der Speichereinheit 139 abgelegten
Programmcodes verwirklicht.
-
Über
die Schnittstelle 105 der Erfassungseinheit 103 oder über
eine Eingabevorrichtung 143 einer Benutzerschnittstelle 145 kann
ein Fehlerereignis, d. h., eine Fehlerereignisangabe, des elektrischen
Systems 111 erfasst werden. Vorzugsweise werden über
die Schnittstelle 105 und die Kraftfahrzeugschnittstelle 107 sämtliche
Fehlerereigniseinträge der selbstdiagnosefähigen
komplexen Komponenten 113–117 ausgelesen.
Alternativ oder zusätzlich können über
die Eingabevorrichtung 143 der Erfassungseinheit 103 Ereignisinformationen
erfasst werden, die vorzugsweise manuell von einem Servicetechniker
eingegeben werden und beobachtbare Ereignisse beschreiben. Mittels
einer Auswerteeinheit 147, die vorzugsweise ebenfalls mittels
Hard- und Software ausgebildet ist, werden Vertrauenswerte der einzelnen
Komponenten 113–119 berechnet und anhand
der berechneten Vertrauenswerte eine Liste möglicherweise
fehlerhafter Komponenten 113–119 sortiert
nach den Vertrauenswerten für eine Fehlerhaftigkeit erzeugt.
Die so erzeugte Liste wird ausgegeben bzw. bereitgestellt. Das Bereitstellen kann
beispielsweise über die Schnittstelle 121 oder über
eine beispielsweise als Monitor ausgebildete Ausgabevorrichtung 149 der
Benutzerschnittstelle 145 erfolgen.
-
Die
Vorrichtung 101 umfasst eine weitere Diagnoseeinheit 151,
das mittels eines anderen Diagnostizierverfahrens, beispielsweise
ein modellbasiertes Diagnostizierverfahren, eine Liste möglicherweise
fehlerhafter Komponenten ebenfalls gewichtet nach auf andere Weise
ermittelten Vertrauenswerten erstellen kann. Um die beiden auf unterschiedliche Art
und Weise erzeugten Listen zu einer Gesamtliste fusionieren zu können,
ist eine Fusionierungseinheit 153 vorgesehen. Hierzu werden
den Vertrauenswerten der unterschiedlichen Diagnoseverfahren Zuverlässigkeitswerte
zugeordnet. Die Fusionierungseinheit 153 ermittelt eine
Gesamtliste anhand Gesamtvertrauenswerten für die einzelnen
Komponenten. Diese Gesamtliste wird ebenfalls bereitgestellt bzw. über
die Ausgabeeinheit 149 ausgegeben.
-
Das
soeben beschriebene Verfahren zur Fusionierung von Listen möglicherweise
fehlerhaften Komponenten sortiert nach Vertrauenswerten für
ihre Fehlerhaftigkeit, ist in einem schematischen Ablaufdiagramm
nach 18 noch einmal grafisch dargestellt. Zunächst
werden anhand unterschiedlicher Verfahren Listen möglicherweise
fehlerhaften Komponenten sortiert nach Vertrauenswerten ihrer Fehlerhaftigkeit
erzeugt 161–165. Anschließend
wird jedem Diagnoseverfahren ein Zuverlässigkeitswert zugeordnet 167.
Die Zuverlässigkeitswerte geben eine Gewichtung für
eine Aussagekraft der mittels der jeweiligen Verfahren ermittelten
Vertrauenswerte an. Anschließend werden für die
einzelnen Komponenten Gesamtvertrauenswerte ermittelt 169,
indem die Vertrauenswerte gewichtet mit den Zuverlässigkeitswerten
fusioniert werden. Die Komponenten 113–119 werden
anhand der Gesamtvertrauenswerte in der Gesamtliste sortiert 173 und
anschließend ausgegeben bzw. bereitgestellt.
-
Das
beschriebene Verfahren und seine unterschiedlichen Ausführungsformen
sowie die beschriebene Vorrichtung sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen.
Insbesondere die Netzerzeugungseinheit, die Vereinfachungseinheit,
die Auswerteeinheit und die Fusionierungseinheit können
dieselbe Hardware in Verbindung mit einer gegebenenfalls integrierten
Software verwenden sein.
-
- 1
- Verfahren
zum Erstellen einer Liste möglicherweise fehlerhafter Komponenten
- 3
- Erfassen
von Strukturdaten
- 5
- Erfassen
von Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen
- 7
- Erfassen
von Fehlerereignisinformationen
- 9
- Erfassen
von Klassifikationsinformationen
- 11
- Erfassen
von Auswirkungsinformationen
- 13
- Erzeugen
eines Bayesschen Netzes
- 15
- Analysieren
des Strukturdatensatzes Fehlerereignisinformationen
- 17
- Vereinfachen
des Bayesschen Netzes
- 19
- Einfügen
von Wirkknoten
- 21
- Einfügen
von Vermittlungsknoten
- 23
- Ausfüllen
der Wahrscheinlichkeitstabellen
- 25
- Erfassen
beobachtbarer Ereignisangaben
- 27
- Erfassen
mindestens einer Fehlerereignisangabe
- 29
- Auslesen
von Fehlerereigniseinträgen
- 31
- Erfassen
eines Fehlerereignisses über eine Benutzerschnittstelle
- 33
- Erfassen
von beobachtbaren Ereignissen der Komponenten
- 37
- Berechnen
der Vertrauenswerte der Komponenten
- 39
- Erzeugen
der Liste möglicherweise fehlerhafter Komponenten
- 41
- Ausgeben/Bereitstellen
der Liste
- 51
- elektrisches
System
- 61,
61I–61V
- Bayessches
Netz (bzw. Ausschnitt hiervon)
- 71
- Kanten
- 101
- Vorrichtung
zum Ermitteln einer Liste möglicherweise fehlerhafte Komponenten
- 103
- Erfassungseinheit
- 105
- Schnittstelle
- 107
- Kraftfahrzeugschnittstelle
- 109
- Kraftfahrzeug
- 111
- elektrisches
System
- 113–119
- Komponenten
- 121
- weitere
Schnittstelle
- 123
- Datenbank
- 125
- Strukturdatensatz
- 127
- Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen
- 129
- Fehlerereignisinformationen
- 131
- Klassifikationsinformationen
- 133
- Auswirkungsinformationen
- 135
- Netzwerkerzeugungseinheit
- 137
- Rechnereinheit
- 139
- Speichereinheit
- 141
- Vereinfachungseinheit
- 143
- Eingabeeinheit
- 145
- Benutzerschnittstelle
- 147
- Auswerteeinheit
- 149
- Ausgabeeinheit
- 151
- Diagnoseeinheit
- 153
- Fusionierungseinheit
- 161–165
- Erzeugen
von Listen möglicherweise fehlerhafter Komponenten
- 167
- Zuweisen
von Zuverlässigkeitswerten
- 169
- Fusionieren
der Listen
- 171
- Berechnen
von Gesamtvertrauenswerten
- 173
- Sortieren
der Komponenten nach Gesamtvertrauenswerten
- 175
- Ausgeben/Bereitstellen
einer Gesamtliste
- ECU
- Steuergerät
Klimaanlage
- L1–L4
- Leitungen
1 bis 4
- U1
- Umluftklappe
- M
- Motor
- P
- Potenziometer
- S
- Spleiß
- K1–K7
- Komponentenknoten
- WK1–WK4
- Wirkknoten
- F1–F2
- Fehlerereignisknoten
- VK1–VK7
- Vermittlungsknoten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005015664
A1 [0005]
- - DE 10222072 A1 [0006, 0006]