Intelligente Diagnose für Kommunikationssysteme im Fahrzeug

Die heutige Elektronik in Fahrzeugen ist über komplexe und leistungsfähige Busnetzwerke untereinander verbunden. Dies verbessert den Datenaustausch unter den verschieden Komponenten und reduziert die Anzahl der Steckverbindungen und der Kabel. Die sichere und zuverlässige Funktion dieser Netzwerke ist dabei ein wichtiger Punkt. Aus diesem Grund wurde durch ein Industriekonsortium das Netzwerk-Kommunikations-protokoll FlexRay eingeführt. Ziel war und ist die wachsende Komplexität der Netzwerke zu meistern. Dieses Protokoll bietet die 10 fache Bandbreite im Vergleich zum Standard - Kommunikationsprotokoll CAN, sowie vorhersagbares Busverhalten mit garantierten Latenz-zeiten. Weiters erleichtert FlexRay die Systemerweiterung und ist daher optimal geeignet für schnelle Regelungen. Jedoch ergeben sich durch die höhere Komplexität schwierigere Anforderungen an das Setup und den Betrieb des Bussystems. Die Motivation zu dieser Arbeit ist zusätzliche Diagnoseinformationen aus einem FlexRay Netzwerk zu erhalten ohne einen Eingriff in die Kommunikationsknoten zu benötigen. Diese Diagnosen umfassen das Vermessen von Gangabweichungen der Oszillatoren in den Knoten, die Überwachung der Genauigkeit des Gesamtsystems und die automatische Ermittlung der Kommunikationsparameter. Eine besondere Herausforderung ist die Diagnose im laufenden Betrieb ohne Störung der normalen Funktion durchzuführen. Die Diagnosedaten können für Systemüberwachung und die Langzeitbeobachtung für Zuverlässigkeitsanalysen verwendet werden. Ebenso können diese Daten für die Systembeurteilung während der Systementwicklung aber auch für die Wartung und Echtzeit Fehlererkennung verwendet werden. Dieses Projekt erfolgt in Zusammenarbeit zwischen den Austrian Research Centers (ARC) and dem Virtual Vehicle Competence Center (ViF). ARC bringt sein Know-how im Bereich Busanalyse und Bussimulation ein. Besonders durch die Entwicklung des "BusScope" steht eine leistungsfähige Plattform für die Implementierung der geplanten Diagnosemethoden bereit. ViF stellt sein Fachwissen über das Testen von zeitgesteuerten Bussystemen bereit und im Speziellen die Grundlagen für transparente Test- und Diagnosekonzepte.

Zeitgesteuerte Architekturen und zeitgesteuerte Kommunikationssysteme zeigen ein deterministisches Verhalten, sowohl im Zeit- als auch im Wertebereich. Die genaue Schnittstellenbeschreibung vorab erlaubt eine unabhängige Entwicklung von Knoten, garantiert eine Erweiterung von Knoten ohne laufende Dienste und Funktionen zu beeinflussen und gestattet eine konstruktive Integration des Kommunikationsystems. Das Ziel von diesem Projekt war die Evaluierung und Verbesserung bestehender Methoden sowie die Entwicklung neuer Methoden zur transparenten Ferndiagnose von FlexRay Netzwerken. Das Hauptaugenmerk im dem Projekt war auf die automatische Ermittlung von Kennwerten des Netzwerks aus der Ferne gerichtet. Die ermittelte Information wird einerseits für den Benützer verständlich aufbereitet (das komplexe System Know-How ist im Prototypen verborgen) und wird andererseits für fortschrittliche Fehlererkennungsmethoden verwendet. Wir verwendeten eine zwei-schrittige transparente Methode für das Testen der Automotiven Kommunikations Netzwerke. Im ersten Schritt wird das Systemverhalten auf verschiedenen Abstraktionsebenen durch einen Testerknoten überwacht. Die dabei ermittelten Daten werden zur Laufzeit untersucht und verglichen mit der Spezifikation und Konfiguration des Netzwerks. In einem zweiten Schritt stresst der Testerknoten den Uhrensynchronisations- Algorithmus von FlexRay, indem er zusätzliche Daten, leicht zeitlich versetzt im Netzwerk versendet. Dieser patentierte Ansatz liefert Informationen über die Quarzfrequenz aller Knoten im Netzwerk ohne die Funktion des Netzwerkes zu beeinträchtigen. Die angeschlossenen Knoten werden von diesem transparenten Test nicht merkbar beeinflusst. Die wichtigsten Resultate dieses Forschungsprojektes lassen sich wie folgt zusammenfassen: Eine Erweiterung des Funktionsumfanges der bestehenden BusScope Plattform, damit diese in der Lage ist die Machbarkeit der entwickelten Technologie nachzuweisen und zur Demonstration selbiger Integration und Evaluierung der Online-Überwachung des Netzwerks und der Quartzmessung aus der Ferne um die Reife des vorgestellten Ansatzes nachweisen zu können Ein Test- und Demonstrations-Aufbau um die Technologie zu evaluieren und die Vorteile möglichen Kunden verständlich zu machen Bezug zu ISO26262 hergestellt, insbesonders hinsichtlich der systematischen Analysen (FMEA, FMEDA)