Vorrichtung und Verfahren zur modellbasierten On-Board-Diagnose BESCHREIBUNG : Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur On-Board-Diagnose insbesondere für ein Kraftfahrzeugsystem, das mehrere, miteinander ver- netzte, funktionale Komponenten, von denen. mindestens zwei Steuergeräte sind, aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur On-Board-Diagnose eines Systems. Eine derartige On-Board- Diagnose kann in Kraftfahrzeugen, spurgeführten Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen und dergleichen durchgeführt werden. Nachfolgend wird hierfür der allgemeine Begriff"Fahrzeug"verwendet.

Die Fehlerdiagnose von Steuergeräten und den damit gesteuerten Kompo- nenten insbesondere eines Kraftfahrzeugs wird üblicherweise mittels Eigen- diagnose durch das Steuergerät selbst durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Diagnose nur auf das Steuergerät mit den jeweils gesteuerten Komponenten beschränkt ist. Falls durch die Eigendiagnose ein Fehler ermittelt wird, wird eine Fehlermeldung in dem Steuergerät abgespeichert. In einer Werkstatt wird dann mit Hilfe eines Werkstatttesters die Fehlermeldung abgerufen. Da die Eigendiagnose nur jeweils ein Steuergerät beziehungsweise dessen ge- steuerte Komponenten betrifft, können damit keine komponenten-bezie- hungsweise systemübergreifenden Fehler detektiert werden. Da jedoch im- mer mehr Steuergeräte in Kraftfahrzeugen verbaut werden, die gegebenen- falls miteinander vernetzt sind, ist es zunehmend von Bedeutung, auch eine Fehlerdiagnose in diesen vernetzten Systemen vornehmen zu können.

Die Schwierigkeit einer systemübergreifenden Fehlerdiagnose besteht darin, dass die Steuergeräte und gesteuerten Komponenten in der Regel von ver- schiedenen Herstellern stammen, und daher unterschiedliche Realisierungen beziehungsweise Interpretationen von Spezifikationen erfolgen können.

Ein systemübergreifendes Diagnoseverfahren ist aus der deutschen Offene- gungsschrift DE 100 51 781 A1 bekannt. Dort erfolgt die Diagnose in zwei

Stufen, nämlich einer Komponentendiagnose und einer zentralen Systemdi- agnose, wobei von der Komponentendiagnose eine Systemgröße und ein der Systemgröße zugeordneter Zustand als Ergebnis an die zentrale Sys- temdiagnose ausgegeben werden. Sogenannte Modeildaten der Kompo- nenten und des Systems werden in einer Funktions-Matrix gespeichert. Die Verknüpfung der Zustände der Systemgrößen mit Funktionszuständen und die Bestimmung fehlerhafter Funktionen erfolgt mit Hilfe eines Funktions- Matrix-Tensors. Nachteilig dabei ist, dass die sehr umfangreiche Funktions- Matrix, die sämtliche funktionalen Zusammenhänge der Einzelkomponenten berücksichtigen müsste, in einem entsprechenden Diagnosegerät abgespei- chert werden muss.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein vereinfach- tes On-Board-Diagnoseverfahren sowie eine entsprechende vereinfachte On-Board-Diagnosevorrichtung vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur On- Board-Diagnose eines Fahrzeugsystems, insbesondere eines Kraftfahrzeug- systems, das mehrere, miteinander vernetzte, funktionale Komponenten von denen mindestens zwei Steuergeräte sind, aufweist, mit einer Rechenein- richtung, die über eine Anschlusseinrichtung mit den mehreren funktionalen Komponenten verbindbar ist, zur Aufnahme und Auswertung von Kompo- nentendaten der mehreren Komponenten, wobei die Recheneinrichtung über ein mathematisches Modell verfügt, mit dem funktionale Zusammenhänge der mehreren Komponenten optional einschließlich der Anschlusseinrichtung berechenbar sind, so dass aus den Komponentendaten komponentenüber- greifende Fehler und/oder Fehler betreffend die Anschlusseinrichtung zielge- richtet im Fahrzeug ermittelbar sind.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zur On-Board- Diagnose eines Fahrzeugsystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugsys- tems, das mehrere, miteinander vernetzte, funktionale Komponenten auf- weist, durch Aufnehmen und Auswertung von Komponentendaten der meh- reren Komponenten, wobei zum Auswerten der Komponentendaten ein ma- thematisches Modell verwendet wird, mit dem funktionelle Zusammenhänge der mehreren Komponenten optional einschließlich einer Anschlusseinrich- tung zur Vernetzung der Komponenten berechnet werden, so dass aus den Komponentendaten komponentenübergreifende Fehler und/oder Fehler

betreffend die Anschlusseinrichtung zielgerichtet im Fahrzeug ermittelbar sind.

Die modellbasierte Fehlerdiagnose hat den Vorteil, dass keine übermäßig großen Datenbanken in einzelnen Diagnose-oder Steuergeräten abgelegt werden müssen.

Des Weiteren können durch das modellbasierte Verfahren auch sogenannte unbekannte Fehlerursachen detektiert werden. Dabei handelt es sich um Fehlerursachen, die mit den bekannten Fehlercodes nicht abgedeckt sind.

Diese Fehlerursachen lassen sich durch die im Modell hinterlegten Funkti- onsabhängigkeiten ermitteln. Dabei kann beispielsweise durch Schnittmen- genbildung mehrerer Fehlersymptome beziehungsweise Wirkungszusam- menhänge auf defekte Komponenten geschlossen werden.

In vorteilhafter Weise wird durch die On-Board-Diagnosevorrichtung die ü- bergreifende Fehlerdiagnose für sämtliche Komponenten einschließlich der Anschlusseinrichtung zentral durchgeführt. Dadurch können sämtliche kom- ponenten-beziehungsweise systemübergreifenden Fehler beziehungsweise Fehlerursachen erkannt werden. Außerdem können durch die modellbasierte Fehlerdiagnose somit auch Mehrfachfehler erkannt werden, die durch meh- rere Einzelfehler verursacht und von einem Anwender nicht ohne weiteres zu ermitteln sind. Darüber hinaus können durch die modellbasierte, zentrale Diagnose auch sogenannte Meldeschauer zielführend verarbeitet bezie- hungsweise verhindert werden, die durch einen einzigen Fehler verursacht werden und sich beispielsweise auf mehrere Steuergeräte auswirken und entsprechend viele Fehlermeldungen hervorrufen.

Entsprechend einer erfindungsgemäßen Variante umfassen die Komponen- tendaten der mehreren Komponenten hinsichtlich einer Fehlerdiagnose un- verarbeitete Zustandsdaten. Bei einer alternativen Variante umfassen die Komponentendaten hinsichtlich der Fehlerdiagnose vorverarbeitete Zu- standsdaten und/oder Fehlerdaten, wobei in den einzelnen Komponenten bereits Eigendiagnosen oder Vorstufen von Eigendiagnosen durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße On-Board-Diagnosevorrichtung kann auch über eine Funktionseinrichtung zur Durchführung von Fahrzeugfunktionen verfügen.

Damit stellt sie eine Einheit dar, die sowohl Funktions-als auch Diagnosevor-

richtung ist. So können mit einer funktionalen Einheit auch komponenten- beziehungsweise systemübergreifende Diagnosen durchgeführt werden.

Vorzugsweise besteht ein Fahrzeugsystem aus mehreren funktionalen Kom- ponenten, die miteinander vernetzt sind, und mindestens einer modellba- sierten Diagnosevorrichtung. Falls mehrere der Komponenten einschließlich der Anschlusseinrichtung jeweils eine Diagnoseeinheit besitzen, so kann ei- ne oder mehrere dieser Komponenten eine Diagnosemasterfunktion über- nehmen, um Diagnosedaten von anderen Komponenten oder eigene Diag- nosedaten zu verwalten beziehungsweise auszuwerten. Die durch diese Di- agnosemasterfunktion gewonnenen Daten können an eine weiterführende Systemdiagnose geleitet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen : Figur 1 ein Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ; und Figur 2 ein Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugsystems gemäß einer zwei- ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die nachfolgend näher dargestellten Ausführungsformen stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.

Figur 1 gibt ein Blockschaltdiagramm eines vereinfachten Kraftfahrzeugsys- tems wieder. Das Kraftfahrzeugsystem umfasst vier Funktionssteuergeräte 11,12, 13 und 14 sowie ein Diagnosesteuergerät 15. Die Funktionssteuerge- räte 11 und 12 sind über ein Bussystem I ! an das Diagnosesteuergerät 15 angeschlossen. Die Funktionssteuergeräte 13 und 14 sind hingegen über ein Bussystem I mit dem Diagnosesteuergerät 15 verbunden.

Die Funktionssteuergeräte 11 bis 14 besitzen jeweils eine Eigendiagnose- funktion. Die durch die Eigendiagnose erhaltenen Fehlermeldungen der ein- zelnen Funktionssteuergeräte 11 bis 14 werden gegebenenfalls mit weiteren, abgespeicherten Prozessdaten über das jeweiligen Bussystem I, II zum Di- agnosesteuergerät 15 geliefert. In diesem eigens vorgesehenen Steuergerät 15 läuft zentral ein systemübergreifendes Modell zur Detektierung von Sys- temfehlerkandidaten. Bei dieser Ausführungsform wird also auf die her-

kömmliche Eigendiagnose eine systemübergreifende, modellbasierte Diag- nose gesetzt, so dass ein hierarchisches Diagnosesystem entsteht.

Da nicht jede Fehlfunktion durch Eigendiagnose erkannt werden kann, wer- den auch Prozessdaten von den Funktionssteuergeräten 11 bis 14 zum Di- agnosesteuergerät 15 gesandt. Aus einer Vielzahl von Prozessdaten und Fehlermeldungen kann das Diagnosesteuergerät 15 zentral anhand des Mo- dells beurteilen, weiche Fehlerursache den Daten zugrunde liegt, oder zu- mindest eine Fehlereingrenzung vornehmen. So kann beispielsweise durch Eigendiagnose des Motorsteuergeräts festgestellt werden, dass der Motor stottert und eine entsprechende Fehlermeldung abgesetzt werden. Erhält das Diagnosesteuergerät 15 zusätzlich auch Prozessdaten darüber, dass das Motorstottern gleichzeitig mit dem Zugeben von Gas auftritt, so führt die gemeinsame Verarbeitung der Fehlermeldung und der Prozessdaten dann wesentlich zielgerichteter zur entsprechenden Fehlerursache.

In das Diagnosesteuergerät 15 ist eine sogenannte Diagnosemaschine integ- riert. Mit Hilfe dieser Diagnosemaschine, die nach dem Prinzip der"general diagnostic engine"nach de Kleer beziehungsweise darauf basierenden Weiterentwicklungen arbeitet und in der ein fahrzeugspezifisches Fehler- agnosemodell geladen ist, werden die Fehlercodes beziehungsweise Sym- ptome analysiert. Dabei werden mögliche Fehlerkandidaten ermittelt.

Die Bussysteme l und 11 können die üblichen Bordnetzwerke darstellen. Als Alternative kann auch ein eigenes Diagnosenetzwerk im Kraftfahrzeug ver- schaltet sein, so dass die einzelnen Funktionssteuergeräte sowohl einen An- schluss an einen üblichen Kraftfahrzeugbus als auch einen Anschluss an einen Diagnosebus besitzen. Auch diese Bussysteme sind in dem Diagnose- steuergerät 15 modelliert, so dass auch die jeweiligen Busfehler erkannt werden können.

Ein Kraftfahrzeugsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung ist in Figur 2 dargestellt. Die Struktur des Systems ent- spricht im Wesentlichen der der Ausführungsform von Figur 1. Das Diagno- sesteuergerät 25 ist mit dem Diagnosesteuergerät 15 identisch. Die Funkti- onssteuergeräte 21 bis 24 verfügen im vorliegenden Fall jedoch über eine modellbasierte Eigendiagnose. Dies bedeutet, dass dieses System hierar- chisch modellbasiert ist. In den einzelnen Komponenten beziehungsweise Funktionssteuergeräten 21 bis 24 sind Komponentenmodelle für die Eigendi-

agnose hinterlegt, während in dem Diagnosesteuergerät 25 ein Fehlermodell zur systemübergreifenden Diagnose eingesetzt wird. Mit anderen Worten, auf der Steuergerätebene läuft eine modellbasierte Diagnose in jeden Steu- ergerät, mit der die lokalen Fehler im Steuergerät und in ihrer Peripherie de- tektiert werden können. Um Systemfehler zu erkennen, werden auch hier über das jeweilige Bussystem die Ergebnisse der Steuergerätdiagnose an das Diagnosesteuergerät 25 übermittelt, und mit Hilfe der systemübergrei- fenden, modellbasierten Diagnose und gegebenenfalls weiteren internen o- der externen Daten, z. B. weiteren Symptominformationen, Systemfehler- kandidaten ermittelt.

Denkbar sind auch Mischformen der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und Fig. 2.