DE4411326C2 - Verfahren zur laufenden Funktionsdiagnose in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur laufenden Funktionsdiagnose in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, bei dem Sensoren das Auftreten von Fehlern in Baugruppen erfassen, per Computer auswerten und anzeigen und bei dem Verhaltens­ hinweise für den Fahrzeugführer gegeben werden.

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.

Durch die DE 35 40 599 C2 ist für ein Kraftfahrzeug ein Diagnosesystem be­ bekannt, das auch eine Fahrzeugeigendiagnose umfassen kann, die permanent allgemeine und/oder sicherheitsrelevante Systemdefekte in den Steuer- bzw. Funktionssystemen und/oder anderen Fahrzeugkomponenten erkennt und dem Fahrer während der Fahrt anzeigt. Die Fehleranzeige kann hierbei auf spezielle Systemdefekte beschränkt sein und von zusätzlichen sich auf einen jeweiligen Systemdefekt beziehenden Verhaltungshinweisen für den Fahrzeug­ führer (z. B. "Werkstatt aufsuchen", "sofort anhalten", usw.) begleitet sein. Diese Patentschrift gibt jedoch keinen Hinweis, nach welchen Gesichtspunkten und auf welche Weise die Beschränkung der Anzeige von Systemdefekten im Zuge der Eigendiagnose vorgenommen werden soll, damit letztendlich der Fahrer nicht überfordert wird.

Mit der VDV-Vorschrift "System zur Fehlererfassung, -registrierung und -meldung (FERM) auf schienengebundenen Fahrzeugen des ÖPNV", Entwurf, Januar 1993, Seiten 1 bis 23, wird angestrebt, die Handhabbarkeit von komplexen, schlecht überschaubaren Fahrzeug-Steuerungssystemen im Störungsfall zu er­ leichtern. Der Fahrer soll zu jedem aktuellen Fehler die Information im Klartext, Handlungshinweise über eine mögliche Fehlerbeseitigung und Hin­ weise für die Betriebsfortführung erhalten. Dabei wird unterstellt, daß für eine Ermittlung des jeweiligen Betriebsfähigkeitsgrades des gesamten Fahrzeugs das Fahrzeug eine Vielzahl von unterschiedlichen Baugruppen differenter Be­ deutung für die Funktionsfähigkeit aufweist. Mittels logischer Verknüpfung wird erreicht, daß jeder mögliche Fehler in einer Baugruppe hinsichtlich seines Beitrags zur Beeinträchtigung der Betriebsfähigkeit des Gesamtfahr­ zeugs einer Funktionsausfallkategorie zugeordnet wird, wobei die oberste Kategorie einem Totalausfall des Fahrzeugs entspricht und die darunterliegenden Funktionsausfallebenen abgestufte Leistungsbeeinträchtigungen des Fahr­ zeugs bedeuten. Dem Fahrzeugführer werden also jeweils alle Fehler in ihrer Bedeutung für den Betriebszustand des Gesamtfahrzeugs angezeigt. Auch der­ artige Anzeigen können, gehäuft, den Fahrer verwirren bzw. überfordern, zumal eine Quittierung jedes Fehlers vorgenommen werden soll. Auch wird nicht auf die gegenseitige Beeinflussung, ggf. auch hierarchische Abhängigkeit von einzelnen Baugruppen Rücksicht genommen.

In der DE 36 40 834 A1 ist eine Einrichtung zur Erkennung von Fehlern ange­ geben, die bei der Durchführung von Steuerfunktionen mittels einer speicher­ programmierbaren Steuerung auf einem Transportfahrzeug auftreten. Der speicher­ programmierbaren Steuerung wird ein Diagnose-Programm eingegeben, das eine Folge von Prüfschritten für die Steuerfunktionen enthält. Die beim Durch­ lauf des Programms erhaltenen Ergebnisse werden mit einer Fehlertabelle ver­ glichen, die dabei ermittelten Fehler gespeichert und gemäß ihrer Störfunktion bewertet. Zur Anzeige kommen zunächst der oder die Fehler mit größter Stör­ funktion. Die Einrichtung ist allerdings für ein fahrerloses Fahrzeug vor­ gesehen und dient allein dem Wartungspersonal zur Auffindung von Fehlern nach der Fahrt.

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 dem Unteranspruch 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.

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

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

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 ODER-Verknüpfung 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, der 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. 1 bis Fzg. 3 besitzt zwei Drehgestelle A und B mit je einem Umrichter U, der jeweils zwei Motoren speist. Beide Umrichter U in einem Fahrzeug sind durch eine Vorsicherung Si zusammen abgesichert. Der eingezeichnete Blitzpfeil bedeutet einen Ausfall, das ϑ-Zeichen eine Übertemperaturwarnung.

Nach Fig. 3 ist - von den Symbolen her erkennbar - im ersten Triebfahrzeug Fzg. 1 der Umrichter U vom ersten Drehgestell A ausgefallen. Dessen Motor M1 weist dadurch Übertemperatur auf, ebenso der Umrichter U vom zweiten Drehgestell B.

Vom zweiten Triebfahrzeug Fzg. 2 werden der Totalausfall der Vorsicherung Si sowie der des Umrichters U und der des Motors M1 vom zweiten Drehgestell B angegeben.

Im dritten Triebfahrzeug Fzg. 3 besteht ein Totalausfall des Motors M1 des ersten Drehgestells A und eine Übertemperatur von Motor M1 des zweiten Drehgestells B.

Für die Triebfahrzeuge Fzg. 1 bis Fzg. 3 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 das erste Triebfahrzeug Fzg. 1 angelegt - gibt an, daß bei einer Fehlercodemeldung FC 0112, d. h. Temperaturwarnung von Motor M1 des ersten Drehgestells A, nur dieser Motor selbst betroffen ist und eine Funktionsausfallmeldung FA 0112 erzeugt.

Die Fehlercodemeldung FC 0101, d. h. Ausfall des Umrichters U vom ersten Drehgestell A bewirkt einen Ausfall beider Drehgestellmotoren M1 (Funktionsausfallmeldung FA 0111 und FA 0121 auf der niedrigst möglichen Ebene).

Fig. 5 zeigt dann noch in einer weiteren Tabelle die Funktionsausfälle (aller Ebenen), ihre Unterordnung und ggf. gegenseitige Verknüpfung.

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 Triebfahrzeug 1: Motor M1 und M2 (beide erstes Drehgestell A)
Überlast Triebfahrzeug 1: Motor M1 und M2 (beide zweites Drehgestell B), die Überlast des Motors M1 des ersten Drehgestells A ist einem Ausfall durch den Umrichter U des ersten Drehgestells A untergeordnet!

Ausfälle Triebfahrzeug 2: Alle Motoren durch den Ausfall der Vor­ sicherung Si. Durch die Veroderung der Störungen "Vorsicherung", "Umrichter U" und "Motor M1" (beide zweites Drehgestell B) wird jeder Motor nur einmal gemeldet.

Überlast Triebfahrzeug 2: keine
Ausfälle Triebfahrzeug 3: Motor M1 des ersten Drehgestells A
Überlast Triebfahrzeug 3: Motor M1 des zweiten Drehgestells B.

Unter Berücksichtigung der Unterordnung können folgende Summen gebildet werden:

Anzahl der Motoren im Zug = Triebfahrzeuge (3) mal Motoren je Triebfahrzeug (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 Funktionsausfallebenen 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 (2)

1. Verfahren zur laufenden Funktionsdiagnose in einem elek­ trisch betriebenen Fahrzeug, bei dem Sensoren das Auftreten von Fehlern in Baugruppen erfassen, per Computer aus­ werten und anzeigen und bei dem Verhaltenshinweise für den Fahrzeugführer gegeben werden, wobei das Fahrzeug für eine Ermittlung des Grades der jeweiligen Be­ triebsfähigkeit des gesamten Fahrzeugs eine Viel­ zahl von unterschiedlichen Baugruppen differenter Bedeutung für die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugs aufweist und jeder die unterschiedlichen Baugruppen betreffende mögliche Fehler einem oder mehreren Funktionsausfällen oder Funktionsbeeinträchtigungen in hierarchisch angelegten, Funktionsausfallebenen entsprechenden Funktionsgruppen zugeordnet ist wobei die oberste Funktionsausfallebene einem Totalausfall des Fahr­ zeugs entspricht und die darunter liegenden Funktionsaus­ fallebenen abgestufte Leistungsbeeinträchtigungen des Fahrzeugs bedeuten, die auftretenden Fehler anhand gespeicherter Datensätze der jeweiligen Funktionsausfallebenen ver­ glichen werden und dem Fahrzeugführer lediglich die relevanten Daten der jeweils höchsten auftretenden Funktionsausfallebene mit Angaben zur Restbetriebsfähigkeit und/oder Überlastung des Fahrzeugsystems einschließlich einer Verhaltensinter­ pretation angezeigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlermeldungen und Hinweise dem Fahrzeugführer im Klartext angezeigt werden.