DE102006023575A1 - Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug, welche auf mehrere Teilsysteme (50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57) verteilte Prozessführungsgrößen eines Verbrennungsprozesses koordiniert. Erfindungsgemäß ist eine Optimierungseinheit (20') vorhanden, in welcher Informationen zur Durchführung des Verbrennungsprozesses gespeichert sind und welche die Prozessführungsgrößen des Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit von ermittelten Zustands- und Systemgrößen (80) und mindestens einer Vorgabe (12, 14, 16, 18) einer Antriebseinheit (10) bestimmt und über entsprechende definierte Schnittstelleneinheiten (30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) an die mehreren Teilsysteme (50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57) ausgibt, wobei die Aufteilung des Verbrennungsprozesses auf die mehreren Teilsysteme (50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57) in Abhängigkeit von logischen und physikalischen Anforderungen erfolgt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Ein funktionaler Kern derzeitiger Software für Motorsteuergeräte basiert auf einer Momentstruktur, in welcher Drehmomentanforderungen einzeln über Funktionen durch Zündwinkeleingriffe und Beeinflussung einer Gemischbildung realisiert werden. Hierbei wird ein koordiniertes Gesamtmoment, welches beispielsweise ein Fahrersollmoment, ein Motorsollmoment, ein Getriebesollmoment, ein Bremssollmoment, ein Klimakompressormoment usw. umfasst, von einer Antriebseinheit direkt in Sollwerte zur Einstellung von Aktuatoren und Stellgliedern umgesetzt, welche beispielsweise eine Luftmasse, einen Zündwinkel, eine Einspritzmenge, einen Einspritzwinkel, eine Drallklappe usw. einstellen bzw. verstellen. Das bedeutet, dass eine Momentführung stattfindet. Um diese Momentführung zu realisieren erfolgt im Momentpfad eine Rückrechnung des aktuellen Moments, um einen Soll-Ist-Abgleich durchführen zu können.
- In der Offenlegungsschrift
DE 100 44 319 A1 werden ein elektronisches System für ein Fahrzeug und eine Systemschicht für Betriebsfunktionen beschrieben. Das beschriebene elektronische System umfasst erste Komponenten zur Durchführung von Steuerungsaufgaben bei Betriebsabläufen und zweite Komponenten, welche ein Zusammenwirken der Komponenten zur Durchführung von Steuerungsaufgaben koordinieren. Die ersten Komponenten führen die Steuerungsaufgaben unter Verwendung von Betriebsfunktionen und Basisfunktionen aus. Das elektronische System ist so aufgebaut, dass die Basisfunktionen in einer Basisschicht zusammengefasst sind und eine Systemschicht vorhanden ist, welche wenigstens zwei der zweiten Komponenten umfasst und auf den Basisfunktionen aufsetzt, wobei wenigstens eine offene Schnittstelle der Systemschicht zu den Betriebsfunktionen vorgesehen ist und die Systemschicht die Basisfunktionen mit beliebigen Betriebsfunktionen derart verbindet, dass die Betriebsfunktionen modular eingebunden und/oder verwendet werden können. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche eine Aufteilung der komplexen Funktionsinhalte und eine arbeitsteilige Entwicklung ermöglicht.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug, welche auf mehrere Teilsysteme verteilte Prozessführungsgrößen eines Verbrennungsprozesses koordiniert, eine Optimierungseinheit, in welcher Informationen zur Durchführung des Verbrennungsprozesses gespeichert sind und welche die Prozessführungsgrößen des Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit von ermittelten Zustands- und Systemgrößen und mindestens einer Vorgabe einer Antriebseinheit bestimmt und über entsprechende definierte Schnittstelleneinheiten an die mehreren Teilsysteme ausgibt. Die Aufteilung des Verbrennungsprozesses auf die mehreren Teilsysteme erfolgt in Abhängigkeit von logischen und/oder physikalischen Anforderungen. Die mehreren Teilsysteme ermöglichen in vorteilhafter Weise eine Partitionierung der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung in abgeschlossene Einzeltechnologiebausteine, welche von der Optimierungseinheit ganzheitlich über die Schnittstelleneinheiten geführt werden können. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise eine arbeitsteilige Entwicklung der Einzeltechnologiebausteine unter Einbindung mehrerer Entwicklungspartner, ohne ungewollten Know-how-Abfluss. Die entwickelten Einzeltechnologien können in vorteilhafter Weise für andere Projekte wieder verwendet werden. Zudem ergibt sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohe Transparenz der Einzelumfänge und eine übersichtliche Führung des Gesamtprozesses.
- In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung umfassen die Teilsysteme beispielsweise ein Kraftstoffzuteilungssystem, ein Zündungssystem, ein Luftzuteilungssystem, ein Inertgaszuteilungssystem und/oder mindestens ein Prozessführungssystem. Das Luftzuteilungssystem führt beispielsweise eine voll variable Ventilsteuerung aus, d.h., dass die Ventile des Verbrennungsmotors jeweils einzeln nach Hub und Phase geöffnet und geschlossen werden können. Ein erstes Prozessführungssystem führt beispielsweise eine innermotorische Schwerpunktlageregelung (SW-Regelung) und eine innermotorische Mitteldruckregelung (PME-Regelung) aus. Ein zweites Prozessführungssystem führt beispielsweise einen variablen Verdichtungsvorgang und/oder einen Hochaufladungsvorgang aus.
- Die physikalischen Anforderungen werden entweder in einem Logikmodul, einem Mikroprozessorsystem oder in einzelnen Softwaremodulen umgesetzt, die jeweils verteilt im System vorliegen und zusammenwirken. Die oben genannten Funktionen werden bevorzugt in Algorithmen oder Funktionsmodellen umgesetzt, die wiederum aus Differenzialgleichungen bestehen können. Dabei können Messgrößen verwendet werden, die aus einem physikalischen Modell stammen, die dem realen Fahrzeug nachgebildet sind. Diese Messgrößen werden dann zur Regelung oder Steuerung des Systems verwendet.
- In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung umfassen die Prozessführungsgrößen beispielsweise eine Einstellung eines Wirkungsgrads, einer Verdichtung, eines Ladedrucks und eine Verbrennungsregelung. Die Zustands- und Systemgrößen umfassen beispielsweise eine Motordrehzahl, eine Kühlwassertemperatur, einen Umgebungsdruck und eine Abgastemperatur. Die mindestens eine Vorgabe der Antriebseinheit umfasst beispielsweise ein Fahrersollmoment, ein Motorsollmoment, ein Getriebesollmoment und/oder ein Bremssollmoment. Die Optimierungseinheit koordiniert die Prozessführungsgrößen in Abhängigkeit von den Sollmomenten, welche von der Antriebseinheit aufbereitet und zur Verfügung gestellt werden, und von den Zustands- und Systemgrößen. Zudem gibt die Optimierungseinheit für jeden Zeitpunkt der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung die Sollkonfiguration der Teilsysteme vor.
- In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung umfasst die Definition der Schnittstelleneinheiten jeweils eine elektrische Auslegung, d.h. eine Spezifikation des „physical Layer", ein Kommunikationsprotokoll und eine Spezifikation von zu übertragenden Daten, z.B. Datenformat, Auflösung, Datenrate usw. Durch die Schnittstellendefinition können an den beschriebenen Schnittstellen unterschiedliche Systemeinheiten mit der gleichen Funktionalität betrieben werden, wodurch eine Austauschbarkeit ermöglicht wird, ohne die Struktur des bestehenden Systems zu ändern.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
- Dabei zeigen:
-
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug, -
2 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Funktionsweise einer in1 dargestellten Optimierungseinheit, und -
3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung. - Wie aus
1 ersichtlich ist, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug eine Antriebseinheit10 , eine Optimierungseinheit20 mit mehreren definierten Schnittstelleneinheiten30 ,31 ,32 ,33 und34 und mehrere Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 . In der Optimierungseinheit20 sind Informationen zur Durchführung eines Verbrennungsprozesses gespeichert. Die Optimierungseinheit20 bestimmt Prozessführungsgrößen des Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit von mindestens einer Vorgabe der Antriebseinheit10 und von ermittelten Zustands- und Systemgrößen und gibt die Prozessführungsgrößen über die entsprechend definierten Schnittstelleneinheiten30 ,31 ,32 ,33 und34 an die mehreren Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 aus. Die Aufteilung des Verbrennungsprozesses auf die mehreren Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 erfolgt in Abhängigkeit physikalischen Anforderungen. Wie weiter aus1 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 beispielhaft ein Kraftstoffzuteilungssystem51 , ein Zündungssystem53 , ein Luftzuteilungssystem52 , ein Inertgaszuteilungssystem50 und ein Prozessführungssystem54 . - Wie aus
2 ersichtlich ist, koordiniert die Optimierungseinheit20 die Prozessführungsgrößen, beispielsweise zur Einstellung von Wirkungsgrad (η), Verdichtung (ε), Ladedruck und zur Verbrennungsregelung, welche zur Aktivierung, Ausführung und/oder Steuerung von Funktionen verwendet werden. Die Funktionen umfassen beispielsweise eine innere Verbrennungsregelung60 , ein Raumzündungsverfahren61 , eine variable Ventilsteuerung (EHVS)62 , eine variable Verdichtung (NAMI)63 , eine Schwerpunktlageregelung (SW-Regelung)64 , eine Mitteldruckregelung (PME-Regelung)65 , eine Hochaufladung66 , eine modellbasierte Getriebesteuerung67 und eine Leistungsverzweigung68 für einen elektrischen Zusatzantrieb oder einen Hybridantrieb. Die Optimierungseinheit20 gibt die Prozessführungsgrößen in Abhängigkeit von mindestens einer Vorgabe der Antriebseinheit10 und von ermittelten Zustands- und Systemgrößen an die Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 aus. Die mindestens eine Vorgabe der Antriebseinheit10 umfasst beispielsweise ein Fahrersollmoment12 , ein Motorsollmoment14 , ein Getriebesollmoment16 und ein Bremssollmoment18 , welche von der Antriebseinheit10 vor der Ausgabe an die Optimierungseinheit20 aufbereitet und zusammengefasst werden können. Zur Aufteilung bzw. Partitionierung der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung wertet die Optimierungseinheit20 die Zustands- und Systemgrößen, wie z.B. Motordrehzahl, Motoröltemperatur, Kühlwassertemperatur, Umgebungsdruck, Abgastemperatur usw. aus und gibt für jeden Zeitpunkt die Sollkonfiguration für die Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 vor. - Es kann je nach Anforderungen eine unterschiedliche Anzahl von Teilsystemen
50 ,51 ,52 ,53 und54 eingebunden werden. Die Einbindung der Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 erfolgt über eine exakte Schnittstellendefinition, welche neben dem Übertragungsmedium und seinen Spezifikationen (ETK, RS232, CAN usw.) auch die Beschreibung der Soll- und Istwerte betrifft, welche Datenformat, Auflösung, Datenrate usw. umfasst. Durch die Schnittstellendefinition können an den beschriebenen Schnittstelleneinheiten30 ,31 ,32 ,33 und34 unterschiedliche Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 mit der gleichen Funktionalität betrieben werden, wodurch eine Austauschbarkeit ermöglicht wird, ohne die Struktur des bestehenden Systems zu ändern. Zudem werden durch diesen Aufbau die einzelnen Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 und54 voneinander abgegrenzt. - Wie auf
3 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug eine Antriebseinheit10 , eine Optimierungseinheit20' mit mehreren definierten Schnittstelleneinheiten31 ,32 ,33 ,34 ,35 ,36 un37 und mehrere Teilsysteme51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 und57 . In der Optimierungseinheit20' sind Informationen zur Durchführung des Verbrennungsprozesses gespeichert. Über eine Schnittstelleneinheit31 kommuniziert die Optimierungseinheit20' mit einem Kraftstoffzuteilungssystem51 , welches beispielsweise die Funktion „innere Verbrennungsregelung"60 ausführt. Über eine Schnittstelleneinheit32 kommuniziert die Optimierungseinheit20' mit einem gestrichelt dargestellten Luftzuteilungssystem52 , welches zur Ausführung der Funktion „variable Ventilsteuerung"62 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Steuergeräte71 ,72 umfasst. Über eine Schnittstelleneinheit33 kommuniziert die Optimierungseinheit20' mit einem Zündungssystem53 , welches beispielsweise die Funktion „Raumzündungsverfahren"61 ausführt. Über eine Schnittstelleneinheit34 kommuniziert die Optimierungseinheit20' mit einem gestrichelt dargestellten Prozessführungssystem54 , welches zur Ausführung der Funktion „Getriebesteuerung"67 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Steuergeräte73 ,74 umfasst. Über eine Schnittstelleneinheit35 kommuniziert die Optimierungseinheit20' mit einem gestrichelt dargestellten weiteren Prozessführungssystem55 , welches zur Ausführung der Funktionen „variable Verdichtung"63 und „Hochaufladung"66 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Steuergeräte75 ,76 umfasst. Über eine Schnittstelleneinheit35 kommuniziert die Optimierungseinheit20' mit einem gestrichelt dargestellten weiteren Prozessführungssystem56 , welches zur Ausführung der Funktion „Leistungsverzweigung"68 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Steuergeräte77 ,78 umfasst. Über eine Schnittstelleneinheit37 kommuniziert die Optimierungseinheit20' mit einem weiteren Prozessführungssystem57 , welches beispielsweise die Funktionen innermotorische „Schwerpunktlageregelung"64 und innermotorische „Mitteldruckregelung"65 ausführt. Analog zu den Ausführungen im Zusammenhang mit1 , bestimmt die Optimierungseinheit20' die Prozessführungsgrößen des Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit von mindestens einer Vorgabe der Antriebseinheit10 und von ermittelten Zustands- und Systemgrößen und gibt die Prozessführungsgrößen über die entsprechend definierten Schnittstelleneinheiten30 ,31 ,32 ,33 ,34 ,35 ,36 und37 an die Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 und57 aus. Zusätzlich zu den beschriebenen Funktionen führen die beschriebenen Teilsysteme50 ,51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 und57 Grundfunktionen wie Auslesen von Sensorsignalen, Ansteuern und Einstellen von Stellgliedern und/oder Aktuatoren bzw. Abfragen von aktuellen Stellungen der Stellglieder und/oder Aktuatoren aus. - Die Teilsysteme
51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 und57 und die Steuergeräte71 ,72 ,73 ,74 ,75 ,76 ,77 und78 der Teilsysteme52 ,54 ,56 und57 können beispielsweise für einen Serieneinsatz in einem Kraftfahrzeug fertig entwickelte Einheiten oder so genannte Rapid-System-Prototyping-Steuergeräte betreffen, welche bei der Entwicklung und/oder Optimierung der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung im Kraftfahrzeug eingesetzt werden können. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl in einem Serienkraftfahrzeug als auch zur Entwicklung bzw. Optimierung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Zudem können verschiedene Kombinationen auftreten. So kann es sich beispielsweise bei den Teilsystemen51 ,53 ,55 , und56 um fertig entwickelte Serieneinheiten handeln und die Teilsysteme52 ,54 und57 können noch nicht fertig entwickelte Einheiten betreffen. Innerhalb der Teilsysteme52 und54 können die Steuergeräte,72 und73 bereits fertig entwickelte oder geringfügig modifizierte Serieneinheiten betreffen und die Steuergeräte71 und74 können Rapid-System-Prototyping-Steuergeräte sein. - Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Partitionierung in abgeschlossene Einzeltechnologiebausteine und eine ganzheitliche Prozessführung über definierte Schnittstelleneinheiten. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine arbeitsteilige Entwicklung der Einzeltechnologiebausteine (simultaneous engeneering) und eine Einbindung von mehreren Entwicklungspartnern ohne einen ungewollten Know-how-Abfluss. Die Optimierungseinheit kann beispielsweise als Softwaremodul in einem Steuergerät implementiert werden und bietet daher die Möglichkeit eigene Verbrennungsstrategien in einem Motorsteuergerät abzulegen.
Claims (9)
- Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug, welche auf mehrere Teilsysteme (
50 ,51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 ,57 ) verteilte Prozessführungsgrößen eines Verbrennungsprozesses koordiniert, gekennzeichnet durch eine Optimierungseinheit (20 ,20' ), in welcher Informationen zur Durchführung des Verbrennungsprozesses gespeichert sind und welche die Prozessführungsgrößen des Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit von ermittelten Zustands- und Systemgrößen (80 ) und mindestens einer Vorgabe (12 ,14 ,16 ,18 ) einer Antriebseinheit (10 ) bestimmt und über entsprechende definierte Schnittstelleneinheiten (30 ,31 ,32 ,33 ,34 ,35 ,36 ,37 ) an die mehreren Teilsysteme (50 ,51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 ,57 ) ausgibt, wobei die Aufteilung des Verbrennungsprozesses auf die mehreren Teilsysteme (50 ,51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 ,57 ) in Abhängigkeit von physikalischen Anforderungen erfolgt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsysteme (
50 ,51 ,52 ,53 ,54 ,55 ,56 ,57 ) ein Kraftstoffzuteilungssystem (51 ), ein Zündungssystem (53 ), ein Luftzuteilungssystem (52 ), ein Inertgaszuteilungssystem (50 ) und/oder mindestens ein Prozessführungssystem (54 ,55 ,56 ,57 ) umfassen. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftzuteilungssystem (
52 ) eine voll variable Ventilsteuerung ausführt. - Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Prozessführungssystem (
57 ) eine innermotorische Schwerpunktlageregelung (64 ) und eine innermotorische Mitteldruckregelung (65 ) ausführt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Prozessführungssystem (
55 ) einen variablen Verdichtungsvorgang (63 ) und/oder einen Hochaufladungsvorgang (66 ) ausführt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessführungsgrößen eine Einstellung eines Wirkungsgrads, einer Verdichtung, eines Ladedrucks und eine Verbrennungsregelung umfassen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustands- und Systemgrößen (
80 ) eine Motordrehzahl, eine Kühlwassertemperatur, einen Umgebungsdruck und eine Abgastemperatur umfassen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vorgabe der Antriebseinheit (
10 ) ein Fahrersollmoment (12 ), ein Motorsollmoment (14 ), ein Getriebesollmoment (16 ) und/oder ein Bremssollmoment (18 ) umfasst. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition der Schnittstelleneinheiten (
30 ,31 ,32 ,33 ,34 ,35 ,36 ,37 ) jeweils eine elektrische Auslegung, ein Kommunikationsprotokoll und eine Spezifikation von zu übertragenden Daten umfasst.
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