Diagnose

Question 1

Beispiele für Fehlerursachen in mechatronischen Systemen

Answer 1

1. Kupferfehler: Unterbrechung, Kurzschluss nach Masse, Kurzschluss nach Plus, …
2. Verbindungsprobleme (z. B. Stecker nicht (mehr) richtig gesteckt, korrodiert)
3. Fehler in der Energieversorgung: Unterspannung, Überspannung
4. Steuergerät defekt (interne Hardwarefehler, bspw. Kondensatoren)
5. Kommunikations-/Bussystemfehler (Fehler während der Übertragung)
6. Verschleiß und Alterung von System- komponenten die zu Funktionseins- chränkungen führen (Überschreitung von Toleranzen)
7. Mechanische Komponenten ausserhalb von Toleranzen verändert

Question 2

Was ist die Definition von Diagnose

Answer 2

Der Begriff Diagnose stammt ursprünglich aus der Medizin und kann folgendermaßen definiert werden:

Aus konkreten und diffusen Symptomen des Patienten und der Krankheitsgeschichte erstellt der Arzt unter Zuhilfenahme seines Instrumentariums ein Zustandsbild des Patienten, um geeignete Maßnahmen zur Heilung einzuleiten.

Question 3

Was ist die Definition von klassischer Fahrzeugdiagnose?

Answer 3

Die klassische Fahrzeugdiagnose definiert sich sehr ähnlich: Aus konkreten und diffusen Symptomen, die der Fahrer schildert, wird im Service unter Zuhilfenahme der On-Board- und Off-Board-Diagnosesystemen ein exaktes Fehlerbild erstellt und es werden geeignete Reparaturmaßnahmen eingeleitet.

Question 4

Was ist die Definition von erweitertem Diagnosebegriff?

Answer 4

Der erweiterte Diagnosebegriff umfasst On- und Off-Board-Methoden, Prozesse und Werkzeuge, um im gesamten Lebenszyklus von Steuergeräten und Fahrzeugen die Vorgänge Entwicklung, Programmierung (Flashen), Konfiguration, Fehlersuche und Reparatur durchführen zu können.

Question 5

Definition von Fehler

Answer 5

Fehler: Kennzeichnet einen Zustand in dem die Merkmale eines Systems von den Sollwerten abweichen. Es liegt nicht notwendigerweise eine Beeinträchtigung einer Funktion vor.

Question 6

Aus dem Zustand „Fehler“ können folgen?

Answer 6

1. Störung: Zeitlich begrenzt auftretende Beeinträchtigung der Funktion die aus einem Fehler folgt. Man spricht auch von sporadischen Fehlern.
2. Ausfall: Dauerhafte Beeinträchtigung der Funktion die aus einem Fehler folgt.

Question 7

Definition Prozessüberwachung

Answer 7

Prozessüberwachung: Überwachung der Zustandsgrößen des Systems, z. B. durch Messen von Prozessgrößen.

Question 8

Definition Fehlererkennung

Answer 8

Fehlererkennung: Erkennen von Abweichungen im Systemverhalten im Vergleich zu einem Erwartungswert.

Question 9

Definition Fehleridentifikation

Answer 9

Fehleridentifikation: Vorgang/Algorithmus, um aus gegebenen System- informationen und den Ergebnissen der Fehlererkennung auf die Fehlerursache zu schließen.

Question 10

Definition Fehlerkandidat

Answer 10

Fehlerkandidat: Stellt die mögliche Ursache für einen Fehler dar

Question 11

Definition Fehlerbewertung und Fehlerbehandlung

Answer 11

Fehlerbewertung und Fehlerbehandlung: Bewertung der Auswirkungen des Fehlers und (individuelle) Reaktion auf diesen Fehler (bspw. Wechsel in den Notlaufbetrieb, oder setzen eines Ereignisspeichereintrags, Reparatur- anweisungen).

Question 12

Diagramme von Grundprinzip Diagnose

Answer 12

Folie 63 Prüfungsvorbereitung

Question 13

Ausgewählte Möglichkeiten zur Reaktion auf Fehler

Answer 13

1. Sofortige Reaktion

2. Fehlerbehebung

Question 14

Merkmale von sofortiger Reaktion

Answer 14

1. Ziel: Schutz von Personen und System

2. Überführung des Systems in einen sicheren Zustand, z.B. a) Notlauf: Verringerter
Funktionsumfang, Grundfunktion
bleibt erhalten
b) Notabschaltung
c) Gesteuerte Systemabschaltung:
Einhaltung von notwendigen
Abschaltprozeduren
d) Umschaltung auf redundante
Systeme

3. Warnung/Fehlermeldung an Personen und am Gesamtprozess beteiligte Systeme
4. Eintragung von Fehlermeldungen (z. B. Fehlerspeichereintrag) zur späteren einfachen Fehleridentifikation

Question 15

Merkmale von Fehlerbehebung

Answer 15

1. Ziel: System in den gewünschten Betriebszustand zurückversetzen
2. Fehleridentifikation: Finden der Ursache für einen Fehler, z. B. durch
   a) Gezielte Fehlersuche
   b) Auswertung von Fehlerspeicher-
   einträgen
3. Ableiten von geeigneten Maßnahmen zur Fehlerabstellung
   a) Identifikation der kleinsten
   tauschbaren Einheit (typisch: KFZ)
   b) Ableiten einer Handlungsempfehlung
   (Reparaturanweisung)
4. Systemtest zum Nachweis der Tauglichkeit einer Fehlerabstell- Maßnahme

Question 16

Was sind die Methoden zur Fehlererkennung?

Answer 16

A. Signalbasierte Methoden

1. Grenzwertüberwachung
2. Trendanalyse
3. Signalvorhersage

B. Modellbasierte Methoden
1. Fehlererkennung mit Prozessmodellen

Question 17

Merkmale der Grenzwertüberwachung

Answer 17

1. Vergleich des aktuellen Messwertes mit einem Grenzwert
2. Anwendung: Überwachung von Flüssigkeitsständen in Behältern, Spannungswerten, Temperaturen, etc.
3. Vorteil: sehr einfache Umsetzung
4. Nachteil:
   a) nur eingeschränkte Aussagen möglich
   b) keine Unterscheidung zwischen Sensorfehler und realem Fehler

Question 18

Merkmale der Trendanalyse

Answer 18

1. Vergleich der Änderung des zeitlichen Signalverlaufs mit einem Grenzwert
2. Anwendung: Überwachung von sich langsam verändernden Signalen
3. Vorteil:
   a) frühere Erkennung möglich
   b) bei nicht sprungfähigen Mess- größen Erkennung von Sensor- ausfall möglich
4. Nachteil: komplexere Implementierung als Grenzwertüberwachung (Rechenaufwand)

Question 19

Merkmale der Signalvorhersage

Answer 19

1. Vergleich des Signalverlaufs mit einem berechneten Verlauf. Dazu Verwendung math. Signalmodelle.
2. Anwendung: Überwachung kritischer Signale, Vermeidung von Fehlalarmen
3. Verfahren zur Modellerzeugung
   a) deterministisches Signalmodell durch Regressionsanalyse, damit Vorhersage für N Werte möglich
   b) stochastisches Signalmodell durch Parameterschätzung damit vor allem Angabe von Grenzwertverläufen möglich

Question 20

Merkmale der Fehlererkennung mit Prozessmodellen

Answer 20

Die bisherigen Fehlererkennungsmethoden gehen von der Betrachtung der Änderung einzelner Signale aus.

Dabei kann in vielen Fällen nicht unterschieden werden weshalb die Signaländerung auftrat, ob durch Störsignale, eine Änderung der Eingangssignale, durch Parameteränderung oder richtige Fehler.

Eine Verbesserung verspricht die Analyse von Prozess- bzw. Systemmodellen, d.h. die Verwendung der zwischen den Prozessgrößen bestehenden physikalischen Beziehungen.

Question 21

Ableiten von Fehlern und Fehlerabstellmaßnahmen Diagramme

Answer 21

Folie 20 - Diagnose

Question 22

Merkmale von Onboarddiagnose / Eigendiagnose.

Answer 22

1. Prozessüberwachung: Überwachung der Zustandsgrößen des Systems, z.B. durch Messen von Prozessgrößen
2. Fehlererkennung: Erkennen von Abweichungen im Systemverhalten
3. Fehlerbewertung und Fehlerbehandlung:
   Bewertung der Auswirkungen des Fehlers und Wechsel in den Notlaufbetrieb, bzw. setzen eines Ereignisspeichereintrags.

4. Wird im Fahrzeug berechnet:
• läuft auf Steuergeräten (ECUs)
• wenig ECU übergreifend
• wenig Ressourcen vorhanden (CPU,
RAM, Flash)
• prozessnah, kurze Signallaufzeiten • begrenzte Anzahl von Messgrößen

Question 23

Merkmale von Offboarddiagnose / Werkstattdiagnose

Answer 23

1. Fehleridentifikation: Unterstützung bei der Fehlersuche und der Arbeit mit elektronischen Systemen (siehe Fehleridentifikation)
2. Zugriff auf Steuergeräte im Fahrzeug und Visualisierung der übertragenen Informationen
3. Visualisierung von Informationen über das betreffende Fahrzeug (z.B. Teilekatalog, Stromlaufpläne …)
4. Wird in einem Werkstattsystem berechnet:
   a) läuft auf Tester/PC (hohe Rechenlstg.)
   b) Onlinezugang zu weiteren Datenquellen (z. B. Fahrzeugherstellerdatenbanken)
   c) Anschluss spezieller Messtechnik mgl.
   d) relativ lange Signallaufzeiten zum Prozess, begrenzte Bandbreite

Question 24

Bewertung von System bezüglich Diagnose

Answer 24

Bewertung

1. Stark steigende Komplexität des Produktes durch Diagnose
2. Neue Sensorik notwendig
3. Aufwendige Prozesse im After Sales

Question 25

Folge von Bewertung eines Systems bezüglich Diagnose

Answer 25

1. Diagnoseentwurf muss in den Systementwurf eingebettet werden
2. Diagnose hat heute einen schwierigen Stand
3. Diagnose wenig planbar (mit jeder Produktgeneration neue Fehlerquellen denkbar)

Question 26

Diagnose - Frühzeitig in den Entwurf einbinden!

Answer 26

1. Frühzeitig den gewünschten Diagnoseumfang festlegen
   • Gewünschte Produktqualität gegenüber dem Endkunden
   • Produktart (Lebenszeit eines Produktes  Aufwand für Diagnose)
   • Kritikalität des Produktes (besonders Eigendiagnose und Schutzfunktionen)
2. Definition der genauen (technischen) Anforderungen an die Diagnose
   • Festlegung der Diagnoseumfänge jeder Komponente/Funktion
   • Definition von Lastenheft und Pflichtenheft
   • Verwendung von Diagnosestandards (vor allem Kommunikation)
   • Einbindung aller notwendigen Beteiligten (Aufteilung On-/Offboard-Diagnose)
   • Achtung: Zusätzliche Diagnosetechnik im System (z. B. Sensorik) kann ebenfalls einem Defekt unterliegen!
3. Systementwurf
   • Modelle für die Diagnose konzipieren/entwickeln/implementieren
   • Methoden zur Fehlererkennung und Fehleridentifikation auswählen und implementieren (passend für das jeweilige System)
4. Test der Diagnoseumfänge auf den jeweiligen Testebenen
   • Testen der Diagnose anhand der Spezifikation (Lastenheft, Pflichtenheft)
   • Test der Sensorik (Prozessmesswerte)
   • Erkennung der Fehler auf unterster Ebene (elektr., mechan.)
5. Bedatung von Diagnosesystemen notwendig
   • Erfahrungswerte ermitteln (z. B. aus vorhergehenden Produkten)
   • Fehlersuchsysteme bedaten (z. B. Geführte Fehlersuche definieren)
6. Planung der Umsetzung von Fehlerbehebungsstrategien/-Komponenten
   • Fehlerinformationen verwalten und zurücksetzen
   • Datenkonsistenz sicherstellen (z. B. aktueller Kilometerstand für Ersatzgeräte)
   • Diagnosetechnik parallel zum Produkt entwickeln
7. Im Fahrzeug: Diagnosekommunikation als Basiskommunikation für allgemeinen Zugriff auf das Fahrzeug
   • Definition und Festlegung der Kommunikationsumfänge
   • Implementierung der Diagnoseumfänge