DE4411326A1 - Verfahren zur Diagnose der Betriebsfähigkeit eines elektrischen Systems - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diagnose der Betriebsfähigkeit eines elektrischen Systems, bei dem mittels Sensoren eine Vielzahl von Fehlern unterschiedlicher Qualität erfaßbar ist wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Für Verkehrsbetriebe ist aus wirtschaftlichen Gründen die Verfügbarkeit der Fahrzeuge das oberste Ziel. Der Instandhaltung, Instandsetzung und Fahrzeugüberwachung kommt daher große Bedeutung zu. Mit dem Fortschreiten der Entwicklung bei Schienenfahrzeugen finden in immer höherem Maße Rechnersysteme für die Steuerung von Antriebsanlagen und auch anderen Fahrzeugkomponenten Anwendung. Die hierdurch mögliche komplexe Technik mit vielfach einander beeinflussenden Abläufen und Funktionen macht notwendige Diagnosebeurteilungen immer komplizierter.

Es ist allgemein bekannt, zur Diagnose der Funktionsfähigkeit der verschiedensten Fahrzeugkomponenten, wie Motore, Antriebe, Steuerungen und Hilfsbetriebe, über zahlreiche Sensoren alle möglichen Einzelfehler zu erfassen. Fehler ebenso wie Zustände werden im allgemeinen kodiert an ein zentrales Fahrzeug-Steuergerät geleitet und von dort einerseits in einem Historienspeicher abgelegt und andererseits über eine Mensch/Maschine-Schnittstelle dem Fahr- und/oder Werkstattpersonal gemeldet.

Dabei ist der Informationsbedarf der Werkstatt naturgemäß weitaus größer und detaillierter als für den Fahrzeugführer. Dieser muß nur zu oft Entscheidungen aus einem großen Feld der verschiedensten, z. T. mehrfachen Einzelfehlermeldungen treffen, Meldungen, die z. B. durch Lampen, Töne oder Klartextanzeigen mitgeteilt werden.

Den Fahrer interessieren dabei an sich nur gewichtete, d. h. wesentliche, sich auf die Betriebsfortführung auswirkende Fehler z. B., ob er den Fahrbetrieb sofort beenden muß (A-Fehler) oder evtl. mit Leistungseinschränkung noch den nächsten Bahnhof anfahren kann (B- Fehler).

Die üblichen Fehlermeldungen bilden somit oft ein verwirrendes Bild und überfordern den Fahrzeugführer. Wenn z . B. drei oder vier Motoren ausfallen, dann bekommt er wenigstens vier Einzelmeldungen, aber keine Aussage, ob damit der Zug noch restfahrfähig bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bisherigen Verfahren zur Diagnose für den Fahrzeugführer zu vereinfachen und über eine Fehlerkonzentration auf komfortable Weise eine echte Entscheidungshilfe zu bieten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand der schematisch zu wertenden Zeichnungsfiguren wird das Prinzip der Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer Fehlerhierarchie in Matrixform,

Fig. 2 eine Hierarchie von Funktionsausfällen,

Fig. 3 ein Zug mit fehlerbehafteten Fahrzeugen,

Fig. 4 eine zugehörige Fehlertabelle mit der Benennung der Fehler und deren Zuordnung zu einem Funktionsausfall auf der niedrigsten Ebene,

Fig. 5 eine zugehörige Funktionsausfalltabelle mit Be­ triebsfähigkeitsaussage und deren Unterordnung zu Funktionsausfällen höherer Ordnung.

Nach VDV 164 sind Ausfälle nach ihrer Auswirkung auf die Betriebsfähigkeit zu klassifizieren. Dabei werden folgende Klassen unterschieden:

A = schwerer Fehler, Fahrzeug sofort aussetzen
B = eingeschränkte Betriebsfähigkeit
C = leichter Fehler
D = zeitweilige Funktionsstörungen.

Diagnosesysteme sollen auch bei Mehrfachfehlern eine eindeutige Aussage über die Betriebsfähigkeit liefern. Nach der Erfindung wird durch die Transformation der Ausfälle (siehe Fig. 1; Tabelle Fig. 4) in Funktionsstörungen bereits ein für die Betriebsfähigkeit bei Einzelausfällen aussagefähiger Datensatz gebildet. Durch eine hierarchische Gliederung (siehe Fig. 2; Tabelle Fig. 5) läßt sich relativ einfach und übersichtlich auch auf die Betriebsfähigkeit bei Mehrfachausfällen schließen.

Erklärung der Begriffe

Fehler: Ein in einer technischen Anlage auftretendes Versagen eines Bauteils oder einer Einrichtung, z. B. Drahtbruch, Sicherungsfall etc.

Funktionsausfall: Eine infolge eines Fehlers auftretende Einschränkung der Funktionsfähigkeit einer Anlage, z. B. Türen öffnen nicht, keine Beleuchtung möglich.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Fehlerhierarchie in einer Matrix. In der linken Spalte sind die gegebenen Störungsmeldungen aufgeführt, von "Tür A schwergängig" über "Automat gefallen Türsteuerung A" bis "Fahrzeugbus ausgefallen". Über die Matrix erfolgt die Transformation in die jeweiligen Funktionsstörungen auf der niedrigst möglichen Ebene (Auswirkungen) und ist prinzipiell als Oderverknüpfung zu werten. Als Ergebnis der Transformation stehen die Daten der unteren Zeile zur Verfügung. Die Bildung komplexerer Ausfälle muß in einem zweiten Schritt erfolgen.

Fig. 2 zeigt eine Hierarchie der Funktionsausfälle im Hinblick auf Betriebseinschränkungen. Dabei steht in der Hierarchie ganz unten auf niedrigster Ebene die Schwergängigkeit der Türen, die vertretbar ist. Sie ist einem Ausfall der Türen untergeordnet, was schon schwerwiegender ist. Mehrere Teilfunktionsstörungen (z. B. Ausfall der Türen A und B) können dann weiter zu übergeordneten größeren Störungen verknüpft werden (z. B. zu "kein Fahrgastwechsel im Fahrzeug 1 möglich"). Bei letzterem handelt es sich stets um eine Und- Verknüpfung.

Fig. 3 zeigt einen z. T. defekten Zug, bestehend aus drei Triebfahrzeugen Fzg. 1, Fzg. 2, Fzg. 3. Jedes Triebfahrzeug Fzg. besitzt zwei Drehgestelle A und B mit je einem Umrichter U, der jeweils zwei Motoren A1, A2 und B1, B2 speist. Beide Umrichter in einem Fahrzeug sind durch eine Vorsicherung Si zusammen abgesichert. Der eingezeichnete Blitzpfeil bedeutet einen Ausfall, das Zeichen eine Übertemperaturwarnung.

Nach Fig. 3 ist - von den Symbolen her erkennbar - im Triebfahrzeug Fzg. 1 der Umrichter U von Drehgestell A ausgefallen. Der Motor A1 weist Übertemperatur auf, ebenso Umrichter U von Drehgestell B.

Von Fahrzeug Fzg. 2 wird der Totalausfall der Vorsicherung Si, des Umrichters U von Drehgestell B und des Motors B2 angegeben.

In Fahrzeug Fzg. 3 besteht ein Totalausfall von Motor A1 und eine Übertemperatur von Motor B1.

Für die Fahrzeuge dieses Zuges sind in einer Tabelle entsprechend Fig. 4 alle nur möglichen Fehler aufgelistet, mit einem Fehlercode versehen und einem Funktionsausfall zugeordnet.

Diese Tabelle - hier für Fahrzeug Fzg. 1 angelegt - gibt an, daß bei einer Fehlercodemeldung FC 0112, d. h. Temperaturwarnung von Motor A1, nur dieser Motor selbst betroffen ist und eine Funktionsausfallmeldung FA 0112 erzeugt.

Die Fehlercodemeldung FC 0101, d. h. Ausfall des Umrichters U von Drehgestell A bewirkt einen Ausfall beider Drehgestellmotoren A1 und A2 (Funktionsausfallmeldung FA 0111 und FA 0121 auf der niedrigst möglichen Ebene).

Die Temperaturwarnung für Motor B2 (Fehlercode FC 0102) erfolgt nur einem Eigenausfall mit Meldung FA 0102.

Fig. 5 zeigt dann noch in einer weiteren Tabelle die Funktionsausfälle (aller Ebenen), ihre Unterordnung und ggf. gegenseitige Verknüpfung. Ersichtlich ist z. B., daß auf das Fahrzeug Fzg. 1 bezogen - der Funktionsausfall des Umrichters U der Temperaturwarnung für Motor A1 übergeordnet ist und hierfür nur die Meldung "Motor 1 Drehgestell A ausgefallen" ausgegeben wird.

Über eine Zusammenfassung der Fehler läßt sich relativ einfach eine Aussage über die noch zur Verfügung stehende Antriebsleistung und über den Grad der Überlastung bilden.

Für den gesamten Triebwagenzug nach Fig. 3 ergibt sich:
Ausfälle Fahrzeug 1: Motor A1 und A2
Überlast Fahrzeug 1: Motor B1 und B2, die Überlast des Motors A1 ist einem Ausfall durch den Umrichter untergeordnet!
Ausfälle Fahrzeug 2: Alle Motoren durch den Ausfall der Sicherung. Durch die Veroderung der Störungen Vorsicherung, Umrichter B und Motor B1 wird jeder Motor nur einmal gemeldet.

Überlast Fahrzeug 2: keine
Ausfälle Fahrzeug 3: Motor A1
Überlast Fahrzeug 3: Motor B1
Unter Berücksichtigung der Unterordnung können folgende Summen gebildet werden:
Anzahl der Motoren im Zug = Fahrzeuge (3) mal Motoren je Fahrzeug (4) = 12
Anzahl der ausgefallenen Motore im Zug = Summe der ausgefallenen gemeldeten Motore = 7
Anzahl der überlasteten Motore (bzw. Antriebe) = Summe der überlastet gemeldeten Motore = 3
Daraus folgt:

Die Fehler- und Ausfalldaten werden im Rechnerspeicher hinterlegt und tabellarisch verwaltet, wobei nur die relevanten Daten der jeweils höchst erreichbaren Funktionsausfall-Ebenen mit Angaben zur Restfunktion oder Überlastung mittels Displays im Führerstand ausgegeben werden. Die Werkstatt hat weiterhin Zugriff auf die Vielzahl der Daten im Historienspeicher, was über die weiteren Fehler und Fehlerursachen Aufschluß gibt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Diagnose der Betriebsfähigkeit eines elektrischen Systems, bei dem mittels Sensoren eine Vielzahl von Fehlern unterschiedlicher Qualität erfaßbar ist, wobei bei Häufung von Fehlermeldungen differenter Betriebswichtigkeit aus vorgeschalteten ggf. parallelen Baugruppen oder abhängigen Untersystemen die Entscheidungsfindung gestört oder unüberschaubar werden kann, insbesondere in Anwendung bei elektrischen Triebfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewertung der möglichen Funktionsausfälle hinsichtlich ihrer jeweiligen Bedeutung für die Betriebsfähigkeit des Gesamtsystems erfolgt, wobei für jeden erfaßbaren Funktionsausfall festgelegt wird, welchem anderen Fehler oder welchen anderen Funktionsausfällen er unterzuordnen ist, daß durch Transformation damit mehrere Funktionsausfallebenen für Fehler unterschiedlicher Wichtigkeit in hierarchischer Abstufung gebildet werden, von denen die oberste Funktions-Ausfallebene den Totalausfall des Gesamtsystems und die darunterliegenden Leistungsbeeinträchtigungen bedeuten und daß bei einem Auftreten einer Vielzahl von Fehlermeldungen eine Ausblendung der Fehler niederer Funktions-Ausfallebenen erfolgt und nur Fehler der höchst erreichbaren Funktions-Ausfallebene angezeigt und entsprechend interpretiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Transformation der Fehler in Funktionseinschränkungen die Daten tabellen- oder matrixartig abgelegt sind und von einem Rechner verwaltet werden, der bei einer Vielzahl von Fehlermeldungen solche der niederen Funktions-Ausfallebenen ausblendet und nur Fehlermeldungen der höheren schwersten Funktionsbeeinträchtigung mit Hinweisen zur weiteren Betriebsfähigkeit ausgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlermeldungen und Hinweise im Klartext auf einem Führerstands-Display angezeigt werden.