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Die
Erfindung geht von einem Verfahren beziehungsweise von einer Vorrichtung
zur Fehlerdiagnose in Steuereinrichtungen einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs aus, die die Betriebsfähigkeit von Sensoren, Aktoren
und/oder Systemfunktionen überwachen
und bei Erkennung eines Fehlersymptoms die tatsächliche Ursache für den aufgetretenen Fehler
ermitteln, nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und
10. Es ist schon bekannt, dass ein LIH-Manager die Funktionen der
Steuereinrichtungen zum Beispiel durch Aktivieren einer Notlauffunktion
(LIH-Funktion, Limp Home Funktion) beschränkt oder im worst case Fall
die betroffenen Steuereinrichtungen einfach abschaltet. Diese maximale
Fehlerreaktion der Steuereinrichtungen wird deswegen eingeleitet,
weil die eigentliche Ursache für
das Fehlersymptom nicht bekannt ist.
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Des
weiteren ist bekannt, dass bei Diagnoseverfahren Fehlersymptome ähnlicher
Erkennungsmethoden zusammengefasst werden. Diese Verfahren weisen
einen Diagnostic Trouble Code auf, der im ISO-Standard festgelegt
wurde.
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Aus
der
DE 199 41 440
A1 ist ein Verfahren zum gesteuerten Betrieb einer Vorrichtung,
insbesondere einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der Fehlersymptome
diagnostiziert werden. Durch die Fehlersymptome können Querbeeinflussungen
von Folgefehlern entstehen, die zu einer hohen Komplexität der wirklichen
Systemdiagnose von Betriebs- oder Steuerfunktionen führen und
dadurch schwer zu analysieren sind. Bei der Querbeeinflussungsprüfung werden
einerseits harte von weichen Betriebs- oder Steuerungseinschränkungsanforderungen
unterschieden und bewertet. Andererseits werden die Betriebs- oder
Steuerungseinschränkungsanforderungen
so gefiltert, dass keine Gegenläufigkeiten
auftreten. Nach der Querbeeinflussungs prüfung ist ein Bündel von
einzelnen Maßnahmen
oder in Kombination mit mehreren Maßnahmen zugelassen, die jeweils
nach der Härte
ihres Eingriffs in den Betrieb der Vorrichtung bewertet sind. Zur
Bewertung und Auswertung der einzelnen Fehler der elektrischen Diagnose
und der Funktionsdiagnose wird ein Matrixverfahren vorgeschlagen.
Um eine Ablaufplanung zu erstellen, werden die Matrizen der Matrix
multipliziert. Die Ablaufplanung berücksichtigt dabei eine zeitliche Priorisierung
sowie die Querbeeinflussungen der diagnostizierten Fehler in der
Weise, dass die Vorrichtung mit einer maximal möglichen Leistungsfähigkeit betrieben
werden kann.
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Ein
weiteres Fehlerdiagnoseverfahren ist aus der
DE 197 23 097 C1 bekannt.
Hier werden die gegenseitigen direkten Abhängigkeiten der überwachten
Betriebsfunktionen in einer Matrix mit einer „1" beziehungsweise bei fehlender Abhängigkeit
mit einer „0" eingetragen. Bei
abhängigen
Fehlern entsteht eine sogenannte Zwickmühle oder ein deadlock, die
einen Hinweis darauf gibt, dass zwei überwachte Fehlerfunktionen
eine gegenseitige Abhängigkeit
bedingen. Dadurch sind Folgefehler von normalen Fehlern unterscheidbar.
Ist es möglich,
die gegenseitige Abhängigkeit
der beiden Fehlerfunktionen aufzubrechen, kann der ursächliche
Fehler ermittelt werden. Dieser Vorgang wird als Validierung bezeichnet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren beziehungsweise
eine Vorrichtung anzugeben, bei dem die Analyse eines auftretenden Fehlersymptoms
so vereinfacht werden kann, dass ein zugrundeliegender Fehler eindeutig
identifiziert werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der
nebengeordneten Ansprüche
1 und 10 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Fehlerdiagnose in Steuereinrichtungen einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 bzw. 10 ergibt sich der
Vorteil, dass die Funktionsabläufe
wegen des methodischen Ablaufs einfacher und übersichtlicher gestaltet werden
können,
weil der oder die Fehler genau erkannt werden. Als besonders vorteilhaft
wird angesehen, dass die Struktur der bisherigen Steuereinrichtungen
vereinfacht werden kann, da deren Funktionsbeschränkungen
abgestuft und mit minimaler Auswirkung ausgebildet werden können. Ein weiterer
Vorteil wird auch darin gesehen, dass die Fehlertests modular durchgeführt werden
können,
da die einzuschränkende
Funktion separat validiert werden kann und deadlocks erkannt werden.
Insbesondere können
gegenseitige Regelungseinschränkungen
und gegenseitige Abhängigkeiten
der Fehlerbilder gezielt getestet werden. Bisher mussten wegen der
Verzweigung der Sekundärreaktionen
komplexe Validierungsprozeduren durchgeführt werden. Beim Erfindungsgegenstand
ist dagegen dieses nicht mehr erforderlich, da definierte Notlaufreaktionen
mit konvergierender Funktions-Control-Reaktion verwendet werden.
Von Vorteil ist weiter, dass durch Verzweigung der Sekundärreaktionen
die Systemeinschränkungen
konvertieren. Auch können
nachträglich
in vorteilhafter Weise neue Systemanforderungen an die Fehlererkennung,
die von Kunden oder dem Gesetzgeber gefordert werden, über eine
entsprechende Schnittstelle eingeführt werden. Von Vorteil ist weiterhin,
dass sicherheitsrelevante Fehlersymptome direkte Fehlerreaktionen
auslösen
können.
Auch lassen sich neue Sicherheitskonzepte leichter applizieren.
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Für die Praxis
ist die Handhabung der Fehlerdiagnose übersichtlicher geworden. Fehlersimulationsprogramme
können
modulartig erstellt werden, wobei Parameter abhängige Querverbindungen der Notlaufreaktionen
ebenso in die Simulation mit aufgenommen werden können. Der
Kreislauf von Notlauf-Systemreaktionen
kann getestet werden, da insbesondere eine synchrone Erfassung mehrerer
Fehlerbilder möglich
ist.
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Weitere
vorteilhafte Potenziale werden zum Beispiel auch darin gesehen,
dass eine einfache Erweiterung auf andere Fahrzeugkonzepte gegeben
ist und dass die Fehlerinformationen durch externe Steuergeräte, insbesondere
auch in der Servicewerkstatt ausgelesen und verwendet werden können.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens
beziehungsweise der Vorrichtung gegeben. Als besonders vorteilhaft
erscheint die Möglichkeit,
zusätzlich
zu dem ursprünglichen
Fehlersymptom auch solche weitere Informationen zu erfassen und
zu speichern, die infolge der Fehlerreaktion der Steuereinrichtung entstanden
sind. Zum Beispiel können
durch die Einflussnahme auf die Motorsteuerung weitere Folgefehler
entstehen. Andererseits können
bestimmte Folgefehler auch ausgeschlossen werden.
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Um
eine gute Übersicht
zu gewährleisten, werden
die Fehlersymptome vorteilhaft in Form einer Tabelle aufgelistet
und gespeichert.
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Durch
die genaue Diagnose eines tatsächlichen
Fehlers ergibt sich eine einfache Möglichkeit, auf den entstandenen
Fehler mit einer angepassten optimalen Fehlerreaktion zu reagieren.
Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass die Leistungsfähigkeit
der Steuereinrichtung in Abhängigkeit
von der Schwere oder Wichtung des Fehlers derart beeinflusst wird,
dass sich insgesamt für
den Betrieb der Brennkraftmaschine, beispielsweise einem Diesel- oder
Ottomotor eine nur minimale Beschränkung ergibt.
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Im
Extremfall, wenn auf Grund der Schwere des Fehlers keine andere
Abhilfe wirksam wird, wird die betroffene Steuereinrichtung abgeschaltet.
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Bei
einem weniger gravierenden Fehler ist vorgesehen, die Leistungsfähigkeit
der betroffenen Steuereinrichtung zu beschränken, beispielsweise durch
Blockieren bestimmter Funktionen, die im Augenblick nicht benötigt werden.
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Alternativ
ist vorgesehen, die Dynamik oder den Regelbereich der Steuereinrichtung
zu beschränken.
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Eine
optimale Lösung
besteht natürlich
darin, im Einzelfall den aufgetretenen Fehler zu reparieren, so
dass keine Beschränkung
der Steuereinrichtung erforderlich wird. Dieses kann beispielsweise der
Fall sein, wenn ein klemmendes Luftkanalventil mit zusätzlichen
Ansteuersignalen wieder funktionsfähig gemacht werden kann.
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Die
Vorrichtung zur Fehlerdiagnose wird vorteilhaft bei einem Diesel-
oder Ottomotor verwendet, da hier insbesondere die Steuer- und Regelungseinrichtungen
mit ihren Programmen für
die Einspritzung oder für
die Zündung
sehr komplex sind und dabei leicht Fehlersymptome entstehen können.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild, wie beim bekannten
Stand der Technik die bisherige Fehlerdiagnose durchgeführt wird,
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2 zeigt
in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild mit dem erfindungsgemäßen Ablauf der
Fehlerdiagnose,
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3 zeigt
ein Flussdiagramm für
die Funktion eines erfindungsgemäßen Diagnosemanagers und
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4 zeigt
ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fehlerdiagnose.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird zunächst
an Hand von 1 erläutert, wie beim bekannten Stand
der Technik das Verfahren zur Diagnose eines Fehlersymptoms (auch
Symptom genannt) abläuft.
Dabei wird als Fehlersymptom ein Zustand eines Systems oder einer
Steuereinrichtung verstanden, der auf einen Fehler hinweist. Zum
Beispiel kann eine Spannung an einem piezoelektrischen Aktor oder
eine Regelabweichung zu hoch sein. Als Fehler wird eine Fehlfunktion
des Systems bezeichnet. Beispielsweise kann ein Kurzschluss eines
Sensors vorliegen, ein Ventil klemmen, eine Leckage entstanden sein
oder dergleichen.
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Bezugnehmend
auf 1 sind in der linken Spalte Fehlersymptome 1 aufgelistet.
Als Fehlersymptome 1 sind die Symptome A1,A2,A3,B1,B2,B3 usw.
angegeben, die den eigentlichen Fehlern zugeordnet werden. Beispielsweise
enthalten die Symptome A1,A2,A3 Fehler, die sich auf die Einspritzung
eines Diesel-Einspritzsystems
beziehen: das Einspritzventil schließt nicht, eine Leitung ist
gebrochen, eine Steuerspannung fehlt usw. Die Symptome B1,B2,B3 entsprechen
einer anderen Fehlerart, beispielsweise einen Zündaussetzer bei einem Ottomotor
usw. Durch die Codierungen sind die einzelnen Fehlersymptome 1 auf
elektronischem Weg leicht weiterverarbeitbar.
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In
der zweiten Spalte ist eine Fehlertabelle 2 angelegt, in
der entsprechend der ISO-Norm die einzelnen Codes (Diagnostic Codes)
der aufgetretenen Fehler aufgelistet sind. Diese Fehlerliste wird
von einem Diagnosemanager (LIH-Manager) 3 überwacht, der
später
dann die Funktionsbeschränkungen
der entsprechenden Steuereinrichtungen 5 mit ihren Steuerfunktionen
(Control Function 1..6) organisiert. Der LIH-Manager 3 schaut
dabei nach, welche Fehlerart aufgetreten ist und wie gravierend
seine Auswirkungen sind. Im Fehlerfall aktiviert der LIH-Manager 3 eine
LIH-Funktion 4 (Limp Home Funktion, Notlauffunktion) und
beschränkt
somit die zugeordnete Steuereinrichtung 5 in ihrer Funktionalität. So kann ein
Notlauf für
den Motor aktiviert oder eine Wegfahrsperre deaktiviert werden usw.
In der Regel ist die LIH-Funktion 4 als worst case Reaktion
ausgelegt und soll sicherstellen, dass sich wieder ein sichere und
stabiler Zustand einstellt. Dabei kann nicht nur eine Steuerfunktion
der Steuereinrichtungen 5, sondern es können mehrere Steuerfunktionen
durch Querbeeinflussung betroffen sein.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
gemäß 2 wird
dagegen ein anderer Lösungsweg
vorgeschlagen, um einen Fehler zu diagnostizieren und um dann angepasste
Maßnahmen
zu ergreifen. Die ergriffenen Maßnahmen haben das Ziel, die
Beschränkung
der Funktionalität
so gering wie möglich
zu halten, um den sicheren Fahrbetrieb zu gewährleisten.
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Zunächst werden
in der linken Spalte von 2 die Fehlersymptome 1,
beispielsweise alle Fehlersymptome 1 (Symptome A1,A2,A2,B1,B2,B3,C1,C2,C3
usw.) in geeigneter Weise, vorzugsweise in Form einer Tabelle oder
Matrix aufgelistet und gespeichert. Um beim Auftreten von Fehlersymptomen 1 in
geeigneter weise reagieren zu können,
ist es notwendig, den ursächlichen Fehler
zu ermitteln. Für
die Ermittlung der Fehlerursache werden daher neben den Symptomen A1-3,B1-3,C1-3
des weiteren Informationen aus einer Systemdefinition 11 und
gegebenenfalls auch neue Systemzustände erfasst, die durch die
Fehlerreaktionen zustande gekommen sind. Die Systemdefinition 11 enthält zum Beispiel
Hardwaredefinitionen, Fahrzeugvarianten, mechanische Komponenten
und alles, was am Motor oder am Fahrzeug verwendet wird.
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Alle
so gewonnenen Informationen werden von einer Diagnosevorrichtung 10 zunächst an
Hand ihres Fehlerbildes zur Ermittlung eines oder mehrerer tatsächlicher
Fehler verwendet. Die Diagnosevorrichtung 10 schaut sich
dabei die Symptome A1...C3 an und prüft entsprechend des Fehlerbildes,
welche mechanisch-physikalischen oder elektrischen Symptome aufgetreten
sind, welche Risiken bestehen oder welche Konsequenzen aus den einzelnen
Symptomen und den weiteren Informationen zu ziehen sind. Die Auswertung
erfolgt mit einem Diagnosemanager 3, der ein oder gegebenenfalls
mehrere Fehler herausgefiltert und in entsprechenden Fehlerlisten 12 aufsummiert
und gespeichert. Eine Überführung in einen
Fehlercode, eine Fehlerbes tätigung
oder eine Verallgemeinerung des Fehlers – wie beim Stand der Technik – wäre nicht
erforderlich, ist jedoch möglich.
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Durch
die erfindungsgemäße Auswertung ergibt
sich der weitere Vorteil, dass Querbeeinflussungen ohne weiteren
Aufwand erkannt und eliminiert werden können, da die physikalischen
Ursachen bekannt sind.
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Auf
Grund der Ermittlung des tatsächlichen Fehlers
kann der Diagnosemanager 3 nun angepasste Maßnahmen
ergreifen, die zu einer minimalen Beschränkung und optimalen Zuverlässigkeit
der Steuerfunktionen der Steuereinrichtungen 5 führen. Je
nach Art und Schwere des erkannten Fehlers ergreift der Diagnosemanager 3 entsprechende
Maßnahmen
aus einem Maßnahmenkatalog 13,
wobei die Maßnahmen
die Schnittstelle zu den Funktionen der Steuereinrichtungen 5 bilden.
Es kann also detaillierter und gezielter in die Regelfunktionen
der Steuereinrichtungen 5 eingegriffen werden, als dies
beim bekannten Stand der Technik möglich wäre.
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Im
Maßnahmenkatalog 13 ist
zum Beispiel vorgesehen, mit einer Shut-Off Funktion eine oder mehrere
Steuerfunktionen der Steuereinrichtungen 5 abzuschalten.
Eine andere alternative Beschränkung besteht
darin, beispielsweise den Regelbereich einer Steuerfunktion insbesondere
im oberen Bereich zu begrenzen. Dieses kann unter Umständen notwendig werden,
wenn im Luftkanal ein Luftkanalventil klemmt und dadurch die Abgasnormgrenze
in unerwünschter
Weise erreicht wird.
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Eine
weitere Begrenzungsmöglichkeit
besteht auch drin, die Leistungsfähigkeit der Steuereinrichtungen 5 zu
begrenzen und beispielsweise eine einzelne Funktion zu blockieren.
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Als
besonders vorteilhaft wird auch angesehen, mit einem Reparaturversuch
den Fehler zu beheben. So kann unter Umständen ein klemmendes Ventil
durch modifizierte Steuerimpulse wieder funktionsfähig gemacht
werden.
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In
der Praxis kann es erforderlich werden, dass gleichzeitig mehrere
Maßnamen
zur Beschränkung
der Funktionalitäten
einzuleiten sind. Es kann auch vorkommen, dass nach den Beschränkungen neue
Maßnahmen
zu ergreifen sind. Dieses ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
beziehungsweise der Vorrichtung ebenfalls möglich, da auf jeden einzelnen
Fehler gezielt reagiert werden kann.
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Das
Flussdiagramm gemäß 3 zeigt
in schematischer Darstellung einen Funktionsablauf des erfindungsgemäßen Diagnosemanagers.
Der Diagnosemanager ist in Form eines Softwareprogramms ausgebildet
und vorzugsweise in einem Hauptprogramm eines entsprechenden Steuergerätes eingebunden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Diagnosemanagers näher erläutert.
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Die
Fehlerdiagnose läuft
kontinuierlich und zyklisch während
des Motor- oder Fahrzeugbetriebs ab. Der Diagnosemanager ist daher
ständig
aktiviert und überwacht
alle in Betracht zu ziehenden Einrichtungen wie Sensoren, Funktionen
usw. Tritt in einer Einrichtung ein Fehler auf, dann ergeben sich
entsprechende Fehlersymptome. Beispielsweise werden gemäß 3 in
Position 20 vom Diagnosemanager die Fehlersymptome A1,B2,C1
erfasst. In Position 21 werden die Symptome in Form einer
Tabelle oder Matrix registriert. In Position 22 erfolgt
die Auswertung und Beurteilung der erfassten Fehlersymptome. Dabei
werden die Fehlersymptome in verschiedene Kategorien eingeteilt,
beispielsweise in funktionale Fehler, Sensorfehler, Aktorfehler,
Kurzschluss zur Batterie oder gegen Masse, Leitungsunterbrechung
usw. In Position 23 wird ein Vergleich mit gespeicherten
Fehlerbildern durchgeführt,
die zuvor zum Beispiel mittels Versuche oder Simulationsprogrammen
für die
einzelnen Fehlerursachen simuliert und gespeichert wurden.
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Durch
diesen Vergleich kann auf einfache Weise die eigentliche Fehlerursache
für das
entstandene Fehlersymptom ermittelt werden. Nachdem der Fehler eindeutig
identifiziert wurde, bildet der Diagnosemanager in Position 24 ein
entsprechendes eindeutiges logisches Fehlerwort, beispielsweise 11100001,
um die weitere Verarbeitung des Fehlers zu erleichtern.
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In
Position 25 wird entschieden, welche minimale Maßnahme zur
Beschränkung
der Funktionalität
an der betroffenen Steuereinrichtung durchzuführen ist. Zur Verfügung stehende
Maßnahmen
sind zum Beispiel die Reduktion des Leistungsumfangs, die Beschränkung eines
Funktionsbereiches, Beseitigung eines Fehlers und/oder das Aktivieren
einer Notlauffunktion (limp home reaction).
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In
Position 26 wird auf die entsprechende Funktionalität der betroffenen
Steuereinheit eingegriffen und gegebenenfalls eine entsprechende
Mitteilung an den Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben. Danach startet
das Programm wieder in Position 20.
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4 zeigt
ein schematisiertes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Fehlerdiagnose in einer Steuereinrichtung. Eine Diagnosevorrichtung 10 ist
mit einem Speicher 9 verbunden, in dem die Fehlersymptome
abgelegt sind. Die Diagnosevorrichtung 10 ist des weiteren
mit einer Systemdefinition 11 verbunden, die alle wesentlichen
Informationen für
die Steuerung und den Betrieb der Brennkraftmaschine und des Fahrzeugs
enthält,
wie bereits zu 2 näher erläutert wurde. Die Diagnosevorrichtung 10 diagnostiziert
die einzelnen Fehlersymptome. Beispielsweise wird geprüft, warum
ist ein Luftkanalventil fehlerhaft. Ebenso werden alle weiteren
möglichen
Fehlerquellen überprüft, die
im Zusammenhang mit dem Luftkanalventil auftreten können. Solche
Funktionen, die fehlerfrei sind, werden als mögliche Fehlerquelle ausgeschlossen.
Die Überprüfung wird
so lange fortgeführt,
bis schließlich ein
oder mehrere eindeutige Fehler, in unserem Beispiel das klemmende
Luftkanalventil, übrig bleiben. Die
entdeckten Fehler werden in einer Fehlerliste 12 abgelegt,
auf den der LIH-Manager 3 zugreift. Der LIH-Manager 3 greift
auf ein Programm 17 zu, das zur Fehlerdiagnose und Auswertung
der Fehler ausgebildet ist. Des weiteren kann mit Hilfe des Programms 17 eine
Entscheidung herbeigeführt
werden, welche Maßnahmen
zur Beschränkung
der Funktionen einzuleiten sind.
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Insbesondere
muss der LIH-Manager 3 entscheiden, wie reagiert werden
muss, dass sich die einzelnen Steuerfunktionen durch die Beschränkung nicht
gegenseitig beeinflussen.
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Für die Entscheidung
greift der LIH-Manager 3 auf einen Speicher 16 zu,
in dem der Maßnahmenkatalog
abgelegt ist. Er wählt
eine oder mehrere geeignete Entscheidungen aus und steuert daraufhin eine
Einrichtung 4 zur Begrenzung der Funktionen an. Die Einrichtung 4 steuert
dann die entsprechenden Steuereinrichtungen 5, die ihrerseits
mit Sensoren, Messeinrichtungen, Aktoren 15 usw. für die Brennkraftmaschine 14 verbunden
ist.