Diagnoseimplementierung: On-Board-Diagnosefunktionen in der Autosar-Basissoftware

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Im Zuge der Elektrifizierung des Antriebsstranges wächst die Zahl der OBD-relevanten Steuergeräte. Damit steigt auch die Nachfrage nach einer standardisierten Lösung – idealerweise auf der Basis von Autosar. Dieser Artikel beschreibt, welche OBD-Funktionen in die Autosar-Basissoftware integriert sind und welche Anwendungsfälle damit unterstützt werden.

Die Autoren: Dr.-Ing. Thomas Necker, Teamleiter im Bereich Embedded Software, und Oliver Garnatz, Produktmanager, beide Vector Informatik GmbH, Stuttgart

OBD ist nicht gleich OBD: Für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor wurden in den letzten Jahren immer schärfere Emissions-Grenzwerte definiert. Damit diese Grenzwerte auch im langjährigen Betrieb eingehalten werden, überwacht eine On-Board-Diagnose die fehlerfreie Funktion der Komponenten und Systeme. Die ersten Anforderungen an eine solche On-Board-Diagnose hat das Californian Air Resources Board (CARB) für das Modelljahr 1988 formuliert (OBD I). Für das Modelljahr 1996 folgte mit OBD II eine Standardisierung bezüglich der Fehlercodes (DTC = Diagnostic Trouble Code) und des Steckers für das externe Scan-Tool. Dieser Standard wurde von der Europäischen Union mit der Bezeichnung EOBD weitgehend übernommen und ab dem Modelljahr 2001 in Europa verpflichtend.
Drei Klassen von Steuergeräten
Üblicherweise sind für jedes Fahrzeug drei Klassen von Steuergeräten (ECUs) definiert: Die „Master ECU“ übernimmt das Sammeln, Aufbereiten und Bereitstellen zentraler Daten und steuert die Warnmeldung an den Fahrer. „Primary ECUs“ sind Steuergeräte, die lokale Daten in ihrem Fehlerspeicher erfassen und auch mit dem Scan-Tool kommunizieren. „Secondary ECUs“ führen zwar emissionsrelevante Funktionen aus, übertragen die benötigten Daten zum Speichern jedoch immer an eine Primary oder Master ECU.
Die Funktionen zum Überwachen von Komponenten und Systemen sind in zwei Kategorien unterteilt: Die „Major Monitors“ überwachen Systeme, die unmittelbaren Einfluss auf Emissionswerte haben. Hierzu gehören das Kraftstoff- und Abgasrückführsystem, Katalysatoren und Partikelfilter. „Comprehensive Component Monitors“ überwachen Systeme, die für die Major Monitors benötigt werden oder indirekt die Emissionen beeinflussen. Dazu zählen z. B. Funktionen, die die Rekuperation beim Abbremsen des Fahrzeugs beeinflussen sowie die Bereiche Batterie-Management und Klimaanlagen.
OBD-Funktionen: Teil der Autosar-Basissoftware
Durch die schnelle Verbreitung elektrisch unterstützter Antriebe gibt es eine stark wachsende Zahl von Primary ECUs mit Comprehensive-Component-Monitor-Funktion. Daher bietet es sich an, im ersten Schritt die OBD-Funktionen im Rahmen einer Standard-Software für diese Steuergeräte zu realisieren. Die für OBD umzusetzenden Funktionen der Module DCM (Diagnostic Communication Manager), DEM (Diagnostic Event Manager) und FIM (Function Inhibition Manager) sind durch Autosar definiert. Dabei wird in erheblichem Umfang auf die Definitionen in den OBD-Normen und -Direktiven verwiesen. Die konkrete Implementierung und Konfiguration wie z. B. die Kalibrierungsstrategie und der Zusammenhang mit dem UDS-Fehlerspeicher muss vom Softwarelieferanten in Zusammenarbeit mit den OEMs festgelegt werden.
Das DCM-Modul setzt dabei die OBD-spezifischen Dienste um, wie zum Beispiel $04 „Clear/Reset Emission-Related DTCs“ und $09 „Request Vehicle Information“. Des Weiteren werden die OBD-Anfragen gegenüber den UDS-Anfragen (Unified Diagnostic Services) entweder priorisiert oder parallel abgearbeitet. Auch das DEM-Modul enthält für OBD verschiedene Erweiterungen gegenüber UDS. Dazu gehören ein verändertes Fehlerstatusverhalten, die Ablage von permanenten DTCs, das Speichern von Freeze-Frame-Daten und das Berechnen der „In Use Monitor Performance Ratio“ (IUMPR). Außerdem stellt das DEM-Modul zusätzliche Daten zur Verfügung, wie z.B. PID $21 „Distance travelled while MIL is activated“. In Kombination mit dem FIM-Modul wird das Inkrementieren der IUMPR-Zähler deaktiviert, sobald bestimmte Fehlfunktionen detektiert werden.
Für die Autosar4-Basissoftware von Vector ist bereits eine serienreife OBD-Erweiterung der Module DEM, DCM und FIM verfügbar, welche auch in die Autosar 3-Lösung integrierbar ist. Dabei hat Vector für mittlerweile fünf Fahrzeughersteller OEM-spezifische Anpassungen der OBD-Funktion berücksichtigt.
Halle 4, Stand 218
Vector Informatik,
Tel.: 0711 80670-5356, heike.schmidt@vector.com
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