Diagnose elektronischer Fahrzeugsysteme durch Strukturanalysen Von der Fakultat fur Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universitat Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung der Wilrde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von Dipl.-Ing. Mirko Harms aus Wolfenbilttel Eingereicht am: 10.05.2007 Mundliche Pruning am: 11.06.2007 Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. Jorn-Uwe Varchmin Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Eckehard Schnieder Vorsitz: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert Braunschweig, 2007
Inhalt Inhalt 1. Einleitung und Motivation 1 1.1. Problemstellung 1 1.2. Gliederung 3 2. Integration der Diagnose in die modellbasierte Entwicklung 5 2.1. Definition Modell 5 2.2. Anforderungen 7 2.3. Erforderliche Systemsichten 8 2.4. Abstraktionsebenen 9 2.5. Requirementsengineering 9 2.6. Entwicklungsphasen 9 2.6.1. Anforderungsbeschreibung 10 2.6.2. Analyse 10 2.6.3. Funktionaler Grobentwurf 11 2.6.4. Feinentwurf 11 2.7. Beschreibungsmittel 12 2.8. Implementierung von Diagnosefunktionen 13 2.9. Projekt STEP-X 13 2.9.1. Digitale Spezifikation 14 2.9.2. Toolkopplung 15 2.9.3. SteuergerSte und Bussysteme 15 2.9.4. Diagnose 16 2.9.5. Test 17 2.10. Ansatz der Arbeit 18 3. Terminologie 19 3.1. Modellbasierte Entwicklung als Grundlage der Diagnose 19
ii Inhalt 3.2. Diagnose - Ziele und Nomenklatur 19 3.2.1. Begriffsbildung 20 3.2.2. Anforderungen an das Diagnosesystem 22 3.2.3. Randbedingungen fur den Anwendungsfall Kraftfahrzeug 25 3.2.4. Fehlercodetypen " 3.2.5. Fehlerarten 36 3.2.6. Diagnosetiefe 3.2.7. Zusammenfassung 4. Stand der Technik der Diagnose (ex 2-Teil) 41 4.1. Konventionelle Werkstattsysteme und eingesetzte Diagnoseverfahren 41 4.1.1. Inbetriebnahme 4.1.2. Werkstattsysteme 4I 41 4.1.3. Prozedurale Diagnose ^ 4.1.4. Regelbasierte Diagnose 4.1.5. Modellbasierte Diagnose 44 45 4.1.6. Nicht naher einzuordnende Diagnoseverfahren 54 4.1.7. Gewinnung von Diagnosewissen 56 4.1.8. Spezielle Aspekte der Diagnose in der Automobilindustrie 56 4.2. Abwagung der Modellierungsansatze gegeneinander 59 5. Realisierter Diagnoseansatz 64 5.1. Methodisches Konzept 65 5.1.1. Strukturelle Diagnose 67 5.1.2. Systemstruktur als zentrales Diagnoseelement 68 5.2. Ermitthing der Strukrurdaten 72 5.2.1. Ermitthing von Strukturinformationen in der Entwickhingsphase 72 5.2.2. Ermitthing von Strukturinformationen in der Nutzungsphase 74
Inhalt iii 5.2.3. Diagnosefunktionenaufdem Steuergerat 77 5.3. Basisdaten und ihre Obertragung 77 5.3.1. Strukturdaten 79 5.3.2. OK-Meldung 80 5.3.3. Fehlermeldung 80 5.3.4. Anschluss des Testers 81 5.4. SchlieBen von Symptomen auf Fehlerkandidaten 82 5.4.1. Prufung der Diagnosestrategie) 83 5.4.2. Ablauf der vorgeschlagenen Diagnoselosung 90 5.5. Ziele laut Spezifikation filr die spezielle Anwendung Komfortsystem 91 6. Einbettung der Diagnose in den Entwicklungsprozess 93 6.1. Notwendigkeit der Einbettung 93 6.2. Integration in das Anforderungsmanagement 93 6.3. Diagnoseprozess Wer liefert warm welche Daten? 95 6.3.1. Anforderungsbeschreibung und Analyse 95 6.3.2. Grobentwurf 95 6.3.3. Architekturentwurf 96 6.3.4. Partitionierung 97 6.3.5. Feinentwurf 97 6.3.6. Codegenerierung 99 6.4. Diagnosetiefe 100 6.5. Generierung aus dem Entwicklungsprozess 101 6.5.1. Struktur der Hardware 101 6.5.2. Struktur der Kommunikation 102 6.5.3. Struktur der Software 103 6.5.4. Kombination der Strukturmodelle 107
IV Inhalt 6.6. Zuordnung Fehlereintrage zu Strukturelementen 6.7. Prufung des Diagnosesystems I08 108 7. Fallstudie Diagnose Kraftfahrzeug-Komfortsystem 10 7.1. Kopplung der Umgebungsmodelle mit der Spezifikation 11 7.2. Strukturanalyse der Steuerungsmodelle ' '3 7.3. Kopplung zur Spezifikation " 14 7.3.1. Hardwarestruktur 7.3.2. Softwareschnittstellen 7.3.3. Definition von Fehlercodes 114 116 117 7.4. Anwendung am STEP-X Prufetand ' 8 7.4.1. Eingesetzte Software 7.4.2. Eingesetzte Hardware 120 120 7.5. Vergleich der Effizienz mit anderen Diagnosesystemen 1 26 7.5.1. Effizienz bei der Erstellung l27 7.5.2. Effizienz im Betrieb I 28 8. Zusammenfassung und Ausblick 129 9. Literatur 132 10. Anhang 140 10.1. Diagnosekandidaten am STEP-X Demonstrationsobjekt 140 10.1.1. Unbedingte Ausbreitung von Fehlern 140 10.1.2. Ausbreitung bei Anwendung der Entlastungsfunktion 141 10.1.3. Ausbreitung bei Anwendung des CAN-Kosten-Offsets 141 10.1.4. Anwendung von CAN-Kosten-Offset und Entlastungsfunktion 142 11. Bedienung des Strukturexpott-Programms 143 11.1. Obersicht ttber das Programm 143 11.2. Einlesen von Strukturen 143
Inhalt 11.2.1. Simulink-Dateien 143 11.2.2. CAN-Datenbasen 144 11.2.3. DOORS-Hardware-Export 144 11.3. Ausgabedateien des Programms 144 11.4. Nutzungsmoglichkeiten der Gesamtstruktur 145 11.5. Menupunkt Fahrzeugsystemdiagnose 146 11.6. Beschreibung der Ausgabeformate der Matrizen 147 Abbildungsverzeichnis 149 Tabellenverzeichnis 152 Lebenslauf. 153