DE19841260A1 - Verfahren zum Erkennen von Fehlerzuständen und fahrzeugeigenes Diagnosesystem - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erkennen von Fehlerzuständen von Teilsystemen (21; 22; 23) eines Kraftfahrzeugs sind die Teilsysteme einer Vielzahl von lokalen Diagnosemodulen (121; 122; 123) zugeordnet. Die lokalen Diagnosemodule kommunizieren mit einem zentralen Diagnosemodul (11). Das zentrale Diagnosemodul (11) ist derart mit den lokalen Diagnosemodulen (121; 122; 123) verknüpft, daß dem zentralen Diagnosemodul (11) Zwischenzustände (I) der lokalen Diagnosemodule verfügbar sind, die zwischen einem Normalzustand (N) und einem Fehlerzustand (F) liegen. Die zentrale Handhabung von Fehlerzuständen erleichtert die Konfiguration des Diagnosesystems. Durch die Behandlung von Zwischenzuständen ist eine besonders feine Auflösung bei den Diagnosen möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Fehler­ zuständen von Teilsystemen eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Vielzahl von lokalen Diagnosemodulen den Teilsystemen zuge­ ordnet ist und diese überwacht, sowie ein fahrzeugeigenes Diagnosesystem zum Erkennen von Fehlerzuständen von Teilsy­ stemen.

In SAE Technical Paper Series 980512 wird unter dem Titel "A New Object-Oriented Diagnostic System Management for Power­ train Control Units with OBD" ein fahrzeugeigenes (on-board) Diagnosesystem vorgestellt, das einen Satz von zentralen Mo­ dulen zur Handhabung von Querverbindungen innerhalb des Dia­ gnosesystems aufweist. Durch die Einführung von zentralen Mo­ dulen für eine Fehlerbehandlung wird gegenüber lokalen Quer­ verriegelungen von Diagnosefunktionen eine bessere Konfigu­ rierbarkeit des Systems erzielt. Solche zentralen Module übernehmen die Aufgabe einer zentralen Verwaltung und Koor­ dinierung von Fehlerzuständen, die von den Diagnosefunktionen gemeldet werden.

Insbesondere aufgrund gesetzlicher Bestimmungen müssen Dia­ gnosesysteme immer genauere und feinere Messungen vornehmen. Aufgrund der zunehmend niedrigeren Schwellwerte sind solche Diagnosesysteme besonders anfällig gegenüber temporären Ein­ wirkungen auf das Fahrzeug, in dem die Diagnose stattfindet.

Da ein gemessener Parameter Einfluß auf mehrere voneinander abhängige Diagnose- oder Regelungsfunktionen haben kann, kann ein gemessener Fehler eine Serie von Fehlerausgaben oder feh­ lerhaften Regelungen zur Folge haben.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen von Fehlerzuständen von Teilsystemen und ein fahrzeugeigenes Dia­ gnosesystem bereit zustellen, die ein besonders effizientes System zur Vermeidung falscher Diagnoseergebnisse aufweisen und auch bei einer sehr niedrigen Fehlerschwelle zuverlässige Ergebnisse liefern.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren zum Erkennen von Fehler­ zuständen und mit einem fahrzeugeigenem Diagnosesystem er­ reicht, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen defi­ niert sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das zentrale Diagnosemodul erhält die Meldungen der lokalen Diagnosemodule und kann daher bei einer Detektion eines Zwi­ schenzustands oder eines Fehlers die Durchführung von abhän­ gigen Funktionen, wie Diagnosefunktionen, Adaptions- und Re­ gelungsvorgängen verhindern, unterbrechen, fortführen lassen oder abbrechen und deren Ergebnisse verwerfen. Damit wird das Auftreten von unerwünschten Folgefehlern vermieden.

Vorzugsweise aktiviert und deaktiviert das zentrale Diagnose­ modul einen Notlaufbetrieb für wenigstens eine Steuereinheit des Antriebs des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Motor­ steuerung, einer Gemischaufbereitung, einer elektronischen Ventilsteuerung, einer Bremsensteuerung oder einer Getriebe­ steuerung.

Die lokalen Diagnosemodulen sind nicht notwendigerweise räum­ lich den jeweils überwachten Teilsystemen zugeordnet, sondern befinden sich zumeist in der Motorsteuerung. Der Begriff "lokal" beschreibt also eine funktionale und nicht eine räum­ liche Zuordnung.

Zudem verhindert die Auswertung von Zwischenzuständen, die noch nicht die Schwelle eines erkannten Fehlers überschritten haben, aber außerhalb eines Normalzustands liegen, daß tempo­ räre Umwelteinwirkungen Meß- und Diagnoseergebnisse verfäl­ schen. Es können somit bereits leichtere Verschlechterungen von Systemfunktionen erkannt werden. Daher ist das erfin­ dungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Diagnosesystem auch bei sehr niedrigen zu detektierenden Schwellwerten ein­ setzbar.

Vorzugsweise werden bei Meldung eines Zwischenzustands von einem lokalen Diagnosemodul an das zentrale Diagnosemodul die Diagnosen aller hiervon abhängigen Diagnosemodule unter­ drückt. Jedoch kann das Verfahren verfeinert werden, so daß die Unterdrückung der Diagnosefunktion eines Diagnosemoduls je nach der Intensität der Abhängigkeit zu der Funktion er­ folgt, die als möglicherweise nicht fehlerfrei diagnostiziert wurde. Insbesondere kann ein lokales Diagnosemodul über un­ terschiedliche Zwischenzustände verfügen, so daß zusätzliche Kriterien für die Steuerung der lokalen Diagnosefunktionen zur Verfügung stehen.

Die gemeldeten Fehler- und Zwischenzustände können vom zen­ tralen Diagnosemodul beispielsweise nach den Regeln der Fuz­ zy-Logik ausgewertet werden, um die von einem Ergebnis abhän­ gigen Diagnosemodule zu steuern oder deren Ergebnisse zu handhaben.

Daneben können die Erkenntnisse der lokalen Diagnosemodule dazu eingesetzt werden, Regelungsvorgänge, beispielsweise bei einer Motorsteuerung, zu unterbinden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Motorsteuergerät mit einem Fehlerdiagnosesystem,

Fig. 2 eine Matrix, mit deren Hilfe ein zentrales Diagnose­ modul die Diagnoseprozeduren steuert, und

Fig. 3 ein Diagramm über das Auftreten von Fehler- und Zwi­ schenzuständen am Teilsystem 21.

Das in Fig. 1 veranschaulichte elektronische Steuergerät 1 steuert und regelt den Motor und das automatische Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät 1 weist wenigstens ei­ nen nicht dargestellten Mikroprozessor zur Steuerung von Mo­ tor und Getriebe sowie zur Durchführung von Diagnosen auf.

Im Steuergerät 1 sind ein zentrales Diagnosemodul 11 und meh­ rere lokale Diagnosemodule 121 bis 124 implementiert. Weiter­ hin befindet sich im Steuergerät 1 ein löschbarer und wieder­ beschreibbarer Speicher 13, auf den das zentrale Diagnosemo­ dul 11 Lesezugriff hat und auf den die lokalen Diagnosemodule 121 bis 123 Schreibzugriff haben.

Die lokalen Diagnosenmodule 121 bis 123 sind jeweils mit ei­ nem Teilsystem 21 bis 23 verbunden. Teilsystem 21 ist eine Lambdasonde, Teilsystem 22 ist ein Luftmassensensor und Teil­ system 23 ist ein Kühlwassertemperatursensor. Das lokale Dia­ gnosemodul 124 führt die Katalysator-Wirkungsgrad-Diagnose durch.

Ein Adaptionsmodul 125 stellt einen Korrekturfaktor für die Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches bereit, der dauerhafte oder längerfristige Abweichungen des Gemischaufbereitungssy­ stems vom Sollzustand berücksichtigt.

Ein Regelungsmodul 126 regelt das Kraftstoff-Luftgemisch auf einen vorgegebenen Sollwert unter Berücksichtigung des von dem Adaptionsmodul 125 bereitgestellten Korrekturfaktors.

Die mit der Lambdasonde, dem Luftmassensensor und dem Kühl­ wassertemperatursensor verbundenen lokalen Diagnosemodule 121 (Lambda-Sonden-Diagnosemodul), 122 (Luttmassensensor- Diagnosemodul) und 123 (Kühlwassertemperatur-Plausibilität- Diagnosemodul) übermitteln an den Speicher 13 die Informati­ on, ob sich das jeweilige Teilsystem in einem Normalzustand, einem Zwischenzustand oder einem Fehlerzustand befindet.

Zwischen den lokalen Modulen 121 bis 126 werden keine Signale ausgetauscht, die den Zustand der Teilsysteme betreffen, d. h., es werden keine Informationen ausgetauscht, ob sich die Teilsysteme im Normalzustand, in einem Zwischenzustand oder einem Fehlerzustand befinden.

Das zentrale Diagnosemodul 11 kann die Information über den Zustand der Teilsysteme über den Speicher 13 abfragen. Das zentrale Diagnosemodul 11 ermittelt unter Zuhilfenahme der in Fig. 2 dargestellten Matrix (Querverriegelungsmatrix), ob die lokalen Diagnosemodule 121 und 124 jeweils ihre Diagnose durchführen dürfen. Ferner werden die Freigabe oder der Sperrzustand für das Adaptionsmodul 125 und das Regelungsmo­ dul 126 unter Zuhilfenahme der Matrix bestimmt.

Fig. 2 zeigt eine Matrix zur Querverriegelung von Funktio­ nen. Hieraus ist ersichtlich, daß die Diagnosemodule 121 bis 123 nicht nur einen sicher festgestellten Fehler f anzeigen, sondern auch eine Beurteilung vornehmen, ob ein Zwischenzu­ stand vorliegt, der noch nicht sicher als Fehler erkannt ist, aber außerhalb eines Normalzustands liegt. Diese Beurteilung ist Grundlage für die Steuerung von Diagnose-, Adaptions- und Regelungsmodulen durch das zentrale Diagnosemodul.

Das lokale Diagnosemodul 121, das die Lambda-Sonde überwacht, meldet einen sicher festgestellten Fehler f und die Zwischen­ zustände a "Fehler vermutet" und b "Fehler momentan vorhan­ den" an den Speicher 13. In derselben Weise verfahren die lo­ kalen Diagnosemodule 122 und 123. Der Fehlerstatus eines Dia­ gnosemoduls ist jeweils in den Zeilen der Matrix angegeben.

In den Spalten der Matrix ist der jeweilige Sperrzustand für ein lokales Diagnosemodul, für ein Adaptions- oder für ein Regelungsmodul eingetragen. Dabei wird zwischen den Sperrzu­ ständen "p" für Pausieren und "s" für Abbrechen des Diagnose­ zyklus oder des Regelungsvorgangs unterschieden.

Wird vom lokalen Diagnosemodul 121 an den Speicher 13 der Zwischenzustand a "Fehler vermutet" gemeldet, so gibt das zentrale Diagnosemodul für das lokale Diagnosemodul 124 und das Adaptionsmodul 125 den Sperrzustand p "Pausieren" aus. Dies bedeutet, daß das lokale Diagnosemodul 124 seinen Feh­ lerdiagnosezyklus und das Adaptionsmodul 125 seinen Adapti­ onszyklus unterbricht bis entweder das lokale Diagnosemodul 121 an das zentrale Diagnosemodul meldet, daß ein Fehler si­ cher festgestellt ist oder die Fehlerfreiheit der lokalen Diagnose 121 erkannt ist. Im letzteren Fall setzen die be­ treffenden Module 124 und 125 ihre unterbrochene Tätigkeit fort.

Gibt das lokale Diagnosesystem 121 den Zwischenzustand b "Fehler momentan vorhanden" aus, so wird vom zentralen Dia­ gnosemodul der Sperrzustand p "Pausieren" sowohl für das lo­ kale Diagnosemodul 124 als auch für das Adaptionsmodul 125 und das Regelungsmodul 126 gesetzt.

Wird vom lokalen Diagnosemodul 121 der Status f "Fehler si­ cher festgestellt" ausgegeben, so setzt das zentrale Diagno­ semodul den Sperrzustand s "abbrechen" für das lokale Diagno­ semodul 124, das Adaptionsmodul 125 und das Regelungsmodul 126. Daraufhin werden die Diagnosezyklen dieser Module abge­ brochen und erst wieder neu aufgenommen, wenn die Fehlermel­ dung des lokalen Diagnosemoduls 121 aufgehoben worden ist. Der Zwischenzustand a "Fehler vermutet" hat dagegen keine Auswirkungen auf das Regelungsmodul 126 oder die Diagnosemo­ dule 122 und 123.

Wird vom lokalen Diagnosemodul 122 (Luftmassensensor- Diagnose) der Zwischenzustand a "Fehler vermutet" ausgegeben, so veranlaßt das zentrale Diagnosemodul ein Pausieren der Ak­ tivitäten des Adaptionsmoduls 125. Andere Module werden hier­ von nicht berührt.

Meldet das lokale Diagnosemodul 122 den Zwischenzustand b "Fehler momentan vorhanden", so bewirkt das zentrale Diagno­ semodul ein Pausieren sowohl der lokalen Diagnosemodule 121 (Lambda-Sonden-Diagnose) und 124 (Katalysator-Wirkungsgrad- Diagnose) als auch des Adaptionsmoduls 125 (Lambda-Adaption).

Bei einem vom lokalen Diagnosemodul 122 sicher festgestellten Fehler f werden die Diagnosezyklen der lokalen Diagnosesyste­ me 121 und 124 sowie der durch das Adaptionsmodul 125 gesteu­ erte Lernvorgang abgebrochen. Dagegen hat weder ein Zwischen­ zustand noch ein Fehlerzustand des lokalen Diagnosemoduls 122 Auswirkungen auf das Regelungsmodul 126.

Das lokale Diagnosemodul 123 (Kühlwasser-Temperatur-Diagnose) gibt lediglich dann eine Meldung aus, wenn die vom Teilsystem 23 gemessehe Kühlwassertemperatur in Anbetracht des Betriebs­ zustands des Gesamtsystems nicht plausibel ist. In diesem Fall wird ein sicher festgestellter Fehler f ausgegeben. Als Folge hiervon weist das zentrale Diagnosemodul die Diagnose­ module 121 und 124 sowie das Adaptionsmodul 125 an, ihre Ak­ tivitäten abzubrechen.

Durch diese Art der Fehlerverwaltung wird die Ausgabe eines Folgefehlers unterbunden, der keine Aussage über die Funkti­ onsfähigkeit des abhängigen Teilsystems treffen kann. Zudem werden durch die Behandlung von Zwischenzuständen bereits vor dem zuverlässigen Erkennen eines Fehlerzustands Regelungen und Lernvorgänge von Regelungssystemen unterbunden sowie Dia­ gnosen vermieden, die auf unzuverlässigen Werten beruhen.

In Fig. 3 ist das Ergebnis der Überwachung des Teilsystems 22 (Luftmassensensor) durch das lokale Diagnosemodul 122 in Form einer treppenförmigen Funktion wiedergegeben.

Die vom lokalen Diagnosemodul 122 empfangenen Signale des Teilsystems 22 werden in eine Fehlerkurve umgesetzt. Diese bewegt sich in einem Bereich zwischen einem Normalzustand N und einem Fehlerzustand F. Bei Verlassen des durch N bezeich­ neten Pegels liegt ein Zwischenzustand I vor, der von dem lo­ kalen Diagnosemodul 122 ausgewertet wird. Wird der Pegel F erreicht, so ist ein Fehlerzustand sicher erkannt.

Sobald sich die Fehlerkurve oberhalb des Normalzustands N, also im Zwischenzustand I befindet, wird vom lokalen Diagno­ semodul 122 der Zwischenzustand a "Fehler vermutet" solange festgestellt, bis die Fehlerkurve die Schwelle N wieder er­ reicht.

Die Fehlerkurve wird dadurch gewonnen, daß nicht die Feh­ leramplitude gemessen wird, sondern mittels zyklischen Abta­ stungen festgestellt wird, ob das Signal des Teilsystems 22 innerhalb oder außerhalb des Normalzustands ist. Solange sich das Signal außerhalb des Normalzustands befindet, wird ausge­ hend vom Pegel des Normalzustands jeweils ein gleichförmiger Betrag in Form einer Treppenstufe zur Fehlerkurve addiert. Befindet sich das Signal des Teilsystems 22 innerhalb des Normalbereichs, so wird vom Niveau der Fehlerkurve jeweils ein Einheitsbetrag abgezogen. Dieser Einheitsbetrag kann sich von dem gleichförmigen Betrag unterscheiden, der bei einem Signal außerhalb des Normalbereichs addiert wird. Dadurch er­ gibt sich in Fig. 3 für die Fehlerkurve das Bild von auf- und absteigenden Treppen.

Solange bei den Abtastungen des Signals des Teilsystems 22 eine Abweichung vom Normalzustand festgestellt wird und daher die Fehlerkurve eine aufsteigende Treppe zeigt, wird der Zwi­ schenzustand b "Fehler momentan vorhanden" vom lokalen Dia­ gnosemodul 122 über den Speicher an das zentrale Diagnosemo­ dul gemeldet.

Berührt die Fehlerkurve des abgetasteten Signals des Teilsy­ stems 22 die Fehlerschwelle F, so gibt das lokale Diagnosemo­ dul den Zustand f "Fehler sicher festgestellt" solange aus, bis die Fehlerkurve wieder die Schwelle N des Normalzustands erreicht.

Sämtliche Fehlerzustände a, b und f können auch gleichzeitig auftreten. Für die Berechnung der Sperrzustände durch das zentrale Diagnosemodul sind dann zwei Strategien besonders sinnvoll:

Zum einen können alle sich ergebenden Sperrzustände an die zu beeinflussenden lokalen Module gemeldet werden, und die Ver­ arbeitung der Sperrzustände erfolgt im jeweiligen lokalen Mo­ dul.

Zum anderen ist eine Vergabe von Prioritäten für die Sperrzu­ stände schon im zentralen Diagnosemodul möglich. In diesem Fall wird bei gleichzeitigem Vorhandensein der beiden Sperr­ zustände p "Pausieren" und s "Abbrechen" nur der Sperrzustand s weitergegeben, da er eine höhere Priorität als der Sperrzu­ stand p hat.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erkennen von Fehlerzuständen von Teilsyste­ men (21; 22; 23) eines Kraftfahrzeugs, bei dem:

• - den Teilsystemen (21; 22; 23) eine Vielzahl von lokalen Diagnosemodulen (121; 122; 123) zugeordnet sind, die die Teilsysteme (21; 22; 23) überwachen,
• - die lokalen Diagnosemodule (121; 122 123; 124) mit einem zentralen Diagnosemodul (11) kommunizieren,
• - ein lokales Diagnosemodul (121; 122; 123; 124) bei Über­ schreiten einer definierten Fehlerschwelle (F) eine Fehl­ funktion an das zentrale Diagnosemodul (11) meldet,
• - ein lokales Diagnosemodul (121; 122; 123; 124) bei Über­ schreiten eines Normalzustands (N) und vor Überschreiten der Fehlerschwelle (F) während des Durchlaufens eines Dia­ gnosezyklus einen Zwischenzustand (I) an das zentrale Dia­ gnosemodul (11) meldet,
• - das zentrale Diagnosemodul (11) den Start, die Unterbre­ chung, die Fortführung oder den Abbruch wenigstens einer Funktion in Abhängigkeit von den Meldungen eines oder meh­ rerer der lokalen Diagnosemodule (121; 122; 123; 124) steu­ ert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom zentralen Diagnosemodul (11) gesteuerte Funktion eine Diagnoseprozedur und/oder ein Adaptionsvorgang und/oder ein Regelungsvorgang und/oder ein Notflaufbetriebs einer Steuer­ einheit des Antriebs eines Kraftfahrzeugs ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Meldung eines Zwischenzustands (I) durch ein lokales Diagnosemodul (121; 122; 123) vom zen­ tralen Diagnosemodul (11) eine Funktion beeinflußt wird, wenn die Funktion von Werten abhängt, die durch das lokale Diagno­ semodul überwacht werden.

4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zentrale Diagnosemodul (11) eine Matrix auswertet, in der jeweils die möglichen Zustände eines loka­ len Diagnosemoduls und deren Auswirkungen auf wenigstens eine andere Funktion angegeben sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da-ß das zentrale Diagnosemodul (11) die gemeldeten Zustände nach den Regeln der Fuzzy Logic auswertet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalen Diagnosemodule (121; 122; 123) wenigstens zwischen zwei unterschiedlichen Zwischenzu­ ständen (I) unterscheiden.

7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß unterschiedlichen Sperrzuständen unter­ schiedliche Prioritäten zugeordnet werden, und daß bei einem gleichzeitigem Vorliegen mehrerer vom zentralen Diagnosemodul (11) berechneter Sperrzustände nur derjenige Sperrzustand, der die höchste Priorität hat, der zu beeinflussenden Funkti­ on gemeldet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem sicher erkannten Fehler F eine hiervon abhängige Funktion endgültig abgebrochen wird, und daß bei einem erkannten Zwischenzustand I eine hiervon abhän­ gige Funktion solange unterbrochen wird bis entweder ein Fehlerzustand F sicher erkannt wird oder ein Normalzustand N festgestellt wird.

9. Fahrzeugeigenes Diagnosesystem zum Erkennen von Fehlerzu­ ständen von Teilsystemen (21; 22; 23) eines Kraftfahrzeugs, das aufweist:

• - eine Vielzahl von lokalen Diagnosemodulen (121; 122; 123), die jeweils wenigstens einem Teilsystem (21; 22; 23) zuge­ ordnet sind,
• - wenigstens ein zentrales Diagnosemodul (11) zum Auswerten von Fehlerzuständen, die von den lokalen Diagnosemodulen (121; 122; 123; 124) gemeldet werden

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das zentrale Diagnosemodul (11) derart mit den lokalen Dia­ gnosemodulen (121; 122; 123; 124) verknüpft ist, daß dem zentralen Diagnosemodul (11) Zwischenzustände (I) der loka­ len Diagnosemodule verfügbar sind, die zwischen einem Nor­ malzustand (N) und einem Fehlerzustand (F) liegen.

10. Fahrzeugeigenes Diagnosesystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges zentrales Diagnosemodul (11) die Zwischenzustände (I) der lokalen Dia­ gnosemodule (121; 122; 123) handhabt.