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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von konventionellen Steuermechanismen und Steuervorrichtungen
für Verbrennungsmotoren für den Start- bzw. Stoppvorgang.
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Bei
konventionellen Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen werden Startsignale
bzw. Stoppsignale, die von Zündschlössern oder
von „Start/Stopp"-Tastern stammen, direkt oder mittels Relaisschaltungen
umgesetzt, beispielsweise mittels einer Hardware-Schaltung oder über
ein intelligentes Steuergerät. Der Verbrennungsmotor selbst
erkennt die eigene Drehzahl und steuert somit den Startvorgang über
geeignete Einspritzmengen und Zündzeitpunkte autonom, unter
Berücksichtigung der Drehzahl und der Zylinderbewegung.
Ferner sind Steuerungen bekannt, bei denen der Start-/Stoppvorgang des
Verbrennungsmotors zum Beispiel beim Stillstand des Fahrzeugs automatisch
ausgelöst wird. Derartige Steuerungen erfordern eine intelligente Softwarefunktion,
die beispielsweise in einem Steuergerät implementiert ist.
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Die
Druckschrift
DE 103
17 090 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Verbesserung des
Start-/Stoppbetriebes eines Fahrzeugs, bei der ein Start-Steuergerät
Signale eines Drehzahlgebers und eines Startzeit-Gebers verarbeitet
und ein entsprechendes Startsignal abgibt. Sämtliche Steuerungselemente sind
in dem Steuergerät implementiert.
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Insbesondere
bei Hybridfahrzeugen ergibt sich ein sehr großes Spektrum
an Start-/Stopp-Situationen für den Verbrennungsmotor,
da der Verbrennungsmotor mit einem Starter und/oder einem Elektromotor,
der als Antrieb dient, sowie mit weiteren Hybridspezifischen Komponenten
wie Kupplungen und Getriebe kombinierbar ist. Bislang wurden die
Funktionen Steuerungselementen oder dazugehörigen Komponenten
zugeordnet, so dass eine Steuerung mit einer Vielzahl von Funktionen
mit aufwändigen und ineffektiven Realisierungen verknüpft
war. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Steuerungsmechanismen vorzusehen,
die diese Nachteile nicht aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung werden die einzelnen Funktionen, die die Steuerung bestimmen, modular
vorgesehen und sind daher frei wählbar. Dies ermöglicht
simultanes Engineering hinsichtlich der verschiedenen Funktionen,
beispielsweise die Wartung und Pflege verschiedener Funktionen bzw. Funktionsmodule
getrennt voneinander. Die Modularisierung der Funktionen erlaubt
in einfacher Weise eine kundenspezifische Auswahl an Steuerungsfunktionen
ohne Mehraufwand und ohne die Notwendigkeit, eine Steuerungsprogrammierung ändern
zu müssen. Die einzelnen Funktionen können modular je
nach Wunsch hinzugefügt werden oder entfernt werden, so
dass ein beliebiges, frei wählbares Portfolio zusammengestellt
werden kann. Die Module können auf einfache Weise hinzugefügt,
ausgetauscht oder entfernt werden, wodurch die Wartung beispielsweise
durch einen Werkstattbetrieb deutlich vereinfacht ist. Dadurch ist
gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers aufgrund von fehlerhafter
Wartung aufgrund der geringen Komplexität des Wartungsvorgangs
deutlich verringert. Ferner können die verschiedenen Funktionsmodule
wieder verwendet werden. Zudem können die Module als Softwaremodule
vorgesehen sein, die auf einfache Weise durch Auswahl eines Programmierers
in das bzw. die Module eingespielt werden. Die Softwaremodule bilden
somit eine Bibliothek, aus der verschiedene Softwaremodule abgerufen
werden können, wobei die Softwaremodule aufgrund der gleichen
Schnittstelle sehr einfach per Programmierung ausgewählt und
zusammengestellt werden können, bevor sie in einen Speicher
eines Moduls oder mehrere Module oder einer Steuerung abgelegt werden.
Die Erfindung erlaubt somit das Vorsehen eines „Funktionsbaukastens",
der die Anpassung, Erweiterung oder Variantenbildung verschiedener
Funktionen deutlich erleichtert. Die Struktur des erfindungsgemäßen Steuerungsmechanismus
bietet ferner inhärente Sicherheitseigenschaften, so dass
beispielsweise Konflikte zwischen zwei Funktionen unterbunden werden.
Zudem kann der erfindungsgemäße Steuerungsmechanismus
mit nur einer einzigen, zentralen Recheneinheit vorgesehen werden,
wodurch Verarbeitungshardware effizient eingesetzt wird. Ferner können
einzelne Funktionen auf einfache Weise in Gruppen kombiniert werden,
wobei die Gruppen hinsichtlich Fahrzeugausstattung, kundenspezifische Wünsche
und Marketplacement zusammengestellt werden können, insbesondere
durch den Hersteller.
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Bei
Hybridmotoren sind eine Vielzahl von Start-/Stopp-Situationen möglich,
beispielsweise Schleppstart, Schlupfstart, Schwungstart, angerissener
Start/Anreißstart, Impulsstart, Schubübernahme, Dynamikstopp
oder Softstopp. Je nach gewünschter Situation sind bestimmte
Regelungen erforderlich, die erfindungsgemäß mittels
Funktionen implementiert werden, die modular auswählbar
sind und die jeweils eine spezifische Regelung mehrerer Betriebsparameter
erfordern. Daher wird erfindungsgemäß für
jede Start-/Stopp-Situation eine spezifische, modulare Funktion
in Form eines Funktionsmoduls vorgesehen, wobei es die erfindungsgemäße
Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren
jeweils erlauben, beliebige Funktionsmodule miteinander über
einen Koordinator zu kombinieren. Der Koordinator ist erfindungsgemäß über
eine Zentral-Schnittstelle mit einer Mehrzahl von Funktionsmodulen
verbunden, die unabhängig voneinander angeschlossen oder
abgetrennt werden können. Vorzugsweise umfasst die Zentral-Schnittstelle
eine Vielzahl von Unterschnittstellen, die jeweils ein Modul bzw.
Funktionsmodul aufnehmen können. Die Anzahl der Unterschnittstellen,
die die Zentral-Schnittstelle der Zentralsteuerung bilden, entspricht
vorzugsweise der Anzahl der zur Verfügung stehenden verschiedenen Module,
wobei jedoch auch weniger Unterschnittstellen als zur Verfügung
stehende Funktionsmodule vorgesehen sein können. Im letzteren
Fall können nicht alle zur Verfügung stehenden
verschiedenartigen Funktionsmodule gleichzeitig an eine Steuerung angeschlossen
werden. Ferner kann die Zentral-Schnittstelle mehr Unterschnittstellen
bereitstellen, als Funktionsmodule zur Verfügung stehen,
um beispielsweise zukünftige Funktionsmodelle zusätzlich
aufnehmen zu können. Vorzugsweise sind alle Unterschnittstellen
gleich ausgebildet, d. h. weisen gleiche oder kompatible Stecker-
bzw. Buchsengeometrien auf, basieren auf den gleichen Standards
für physikalische Schnittstellen und/oder basieren auf den
gleichen nachrichtentechnischen Standards für die Übertragung
der Sicherungsschicht, Vermittlungsschicht, Transportschicht und/oder
Sitzungssteuerungsschicht gemäß OSI-Referenzmodell ISO 7498.
Die Zentral-Schnittstelle kann in Form einer Schnittstellenbank
vorgesehen werden, in der sich die Geometrie der Unterschnittstelle
periodisch in einer Richtung in Form einer Leiste oder in zwei Richtungen
in Form einer Buchsen- bzw. Steckermatrix wiederholt. Neben elektrischen
Anschlüssen können auch mechanische Befestigungselemente
vorgesehen werden, die sich, ebenso wie die elektrischen Verbindungselemente,
in gleicher Weise wiederholen. Daher umfasst auch jedes Funktionsmodul
vorzugsweise die gleiche Funktionsmodul-Schnittstelle, wobei jedes
Funktionsmodul ebenso eine Funktionsmodul-Schnittstelle haben kann,
die zwar nicht mit andern Funktionsmodul-Schnittstellen identisch,
jedoch mit den Unterschnittstellen jeweils kompatibel ist. Vorzugsweise
umfasst jedes Funktionsmodul genau eine Funktionsmodul-Schnittstelle,
der eine Unterschnittstelle zugeordnet ist. Als Schnittstelle wird vorzugsweise
ein elektrisches Verbindungspaar bzw. -gruppe bezeichnet, das das
jeweilige Funktionsmodul abtrennbar von der jeweiligen Unterschnittstellen trennbar
verbindet, wobei die Schnittstelle im Wesentlichen durch die geometrischen,
elektrischen und logischen Eigenschaften definiert ist. Gemäß einer besonderen
Ausführung der Erfindung ist zumindest ein Teil dieser
Eigenschaften für alle Unterschnittstellen und für
alle Funktionsmodul-Schnittstellen identisch.
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Die
Steuerung umfasst ferner vorzugsweise einen Koordinator, der mit
der Zentral-Schnittstelle zur Datenübertragung verbunden
ist. Zum einen dient die Verbindung zwischen Koordinator und Zentral-Schnittstelle
der Übertragung von Daten vom Koordinator zu dem jeweiligen
Funktionsmodul, der Übertragung von Daten von dem jeweiligen
Funktionsmodul zum Koordinator sowie zur Übertragung von
Steuerdaten zwischen dem Koordinator und den jeweiligen Funkmodulen.
Derartige Steuerdaten dienen zur Freigabe bzw. Sperrung von Funktionsmodulen
durch ein vom Koordinator ausgegebenes Signal, und/oder zur Übertragung
von Statusdaten von dem Funktionsmodul zum Koordinator, die den
Status der Funktionsmodule jeweils wiedergibt. Die Statusdaten umfassen
somit beispielsweise: Funktionsmodul bereit, Funktionsmodul eingeschaltet,
Funktionsmodul Standby, Funktionsmodul nicht bereit zur Aufnahme von
Daten bzw. nicht bereit zur Verarbeitung von Daten und vorliegender
Fehler innerhalb des Funktionsmoduls. Die Steuerdaten für
die Funktionsmodule werden vorzugsweise über eine Steuerleitung übertragen,
deren Signal zum Sperren und/oder zum Freigeben von einzelnen Funktionsmodulen
dient, wobei vorzugsweise immer maximal ein Funktionsmodul freigegeben
ist und weitere Funktionsmodule gesperrt sind. Die Sperrung bzw.
Freigabe bezieht sich auf die Datenverarbeitung, Datenempfang, Datenausgabe
und/oder weitere Funktionsbereiche der Funktionsmodule.
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Vorzugsweise
umfasst die Zentralsteuerung und/oder der Koordinator eine Sperre,
die den Zugriff auf ein ausgewähltes Funktionsmodul freigibt und/oder
den Zugriff auf nicht ausgewählte Funktionsmodule sperrt.
Die Spezifikation des einzelnen zu sperrenden bzw. freizugebenden
Funktionsmoduls kann über die Art des Signals, beispielsweise
eine Kennung, vorgesehen werden oder kann über einzelne
Enable-Signale für jedes Funktionsmodul bzw. für alle
Unterschnittstellen ein Enable-Signal abgegeben werden, wobei jedoch
vorzugsweise nur maximal eines der Enable-Signale genau ein Funktionsmodul oder
eine Unterschnittstelle freigibt. In gleicher Weise können
derartige Enable-Signale alternativ oder in Kombination hierzu die
nicht ausgewählten Funktionsmodule sperren. Die Sperrung
bzw. Freigabe kann sich auf den Datenverkehr und/oder auf die Datenverarbeitung
der Funktionsmodule beziehen.
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Über
die Zentralsteuerung bzw. übenden Koordinator wird eine
bidirektionale oder semi-bidirektionale Datenverbindung zwischen
einer Aggregat- bzw. Verbrennungsmotor-Schnittstelle und dem ausgewählten
Funktionsmodul aufgebaut. Diese Datenverbindung dient der Übertragung
von Betriebsparametern und Sensordaten vom Aggregat bzw. Verbrennungsmotor
zum ausgewählten Funktionsmodul und der Übertragung
von Motorsteuerdaten vom ausgewählten Funktionsmodul zum
Aggregat bzw. Verbrennungsmotor, wobei das Aggregat bzw. der Verbrennungsmotor
gemäß den Motorsteuerdaten Be triebsparameter einstellt.
Die Daten können hierbei über den Koordinator
oder über eine andere Einheit, die von dem Koordinator
gesteuert wird, zwischen dem Funktionsmodul und dem Verbrennungsmotor übertragen
werden. Vorzugsweise laufen derartige Motorsteuerdaten bzw. Sensordaten über
die Funktionsmodul-Schnittstelle sowie über die Zentral-Schnittstelle.
Zum Anschluss des Verbrennungsmotors umfasst die Zentralsteuerung
daher vorzugsweise eine Verbrennungsmotor-Steuerschnittstelle, die
einen Steuerausgang zur Abgabe von Daten an den Verbrennungsmotor
und einen Steuereingang zur Eingabe von Sensor- bzw. Betriebsparameterdaten
an die Steuerung umfasst. Die Verbrennungsmotor-Schnittstelle ist
vorzugsweise direkt mit dem Koordinator und/oder mit der Zentralsteuerung
verbunden.
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Die
Zentralsteuerung umfasst ferner vorzugsweise einen Vorgabenspeicher
oder eine Schnittstelle für einen Vorgabenspeicher, wobei
in dem Vorgabenspeicher Vorgabewerte, Sicherheitswerte und/oder
stationäre Werte gespeichert sind, die sich auf einen Betriebsparameter
des Verbrennungsmotors oder andere Komponenten des Fahrzeugs beziehen.
Der Vorgabenspeicher ist vorzugsweise über eine Sperre
mit dem Koordinator verbunden, wobei die Sperre eine Datenverbindung
zwischen dem Vorgabenspeicher und dem ausgewählten Funktionsmodul
sperrt und/oder eine Datenverbindung zwischen dem Vorgabenspeicher
und den jeweiligen nicht ausgewählten Funktionsmodulen sperrt.
Die Sperrung kann auf die gleiche Weise erfolgen, in der auch die
Datenverbindung zwischen Koordinator und ausgewähltem Funktionsmodul
freigegeben bzw. Verbindung zu den nicht freigegebenen Funktionsmodulen
gesperrt wird, d. h. über ein Triggersignal, ein Sperrsignal
oder ein anderes Signal, mit dem der Koordinator die Sperre ansteuert.
Dadurch wird gewährleistet, dass nur das gewählte Funktionsmodul
zumindest Leserechte für den Vorgabenspeicher erhält,
oder gegebenenfalls darüber hinaus auch Schreibrechte für
den Vorgabenspeicher.
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Die
Zentralsteuerung umfasst ferner vorzugsweise ein Grundfunktionsmodul,
das mit dem Koordinator verbunden ist, und das mit Grundfunktionen
verknüpft ist. Diese Grundfunktionen können Funktionen
sein, die für eine Standard-Betriebsweise des Verbrennungsmotors
notwendig sind und/oder können Funktionen sein, die mindestens
einige der Funktionsmodule gemeinsam haben.
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Die
Funktionen innerhalb der Funktionsmodule bzw. innerhalb des Grundfunktionsmoduls
sind vorzugsweise als Software-Code innerhalb des Funktionsmoduls
gespeichert, wobei das Funktionsmodul ferner vorzugsweise eine Datenverarbeitungseinrichtung
sowie einen Arbeitsspeicher umfasst, mit dem der Software-Code in
entsprechende Funktionen umgesetzt werden kann. Über eine
Funktionsmodul-Schnittstelle werden ferner externe Daten eingelesen,
beispielsweise von dem Vorgabenspeicher und/oder von der Verbrennungsmo tor-Steuerschnittstelle,
um die entsprechenden Daten zu verarbeiten. Die Funktionsmodul-Schnittstelle überträgt
daher vorzugsweise nur Betriebsparameterdaten und Steuerdaten, die
die Freigabe bzw. die Sperrung von Funktionsmodulen steuern. Das
Funktionsmodul kann ferner Hardware-Komponenten umfassen, die zumindest
einen Teil der Funktion umsetzen. In einer besonderen Ausführungsform
ist statt des Software-Codes innerhalb eines Nur-Lesespeichers des Funktionsmoduls
eine fest verdrahtete Steuerung vorgesehen, beispielsweise über
einen FPGA, über eine IC-Schaltung und/oder über
diskrete Bauelemente, die zumindest einige Funktionsteile realisieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform
umfassen die Funktionsmodule jeweils Nur-Lesespeicher, in denen
die jeweilige Funktion als Software-Code implementiert ist, wobei
die Berechnung aufgrund dieses Software-Codes innerhalb der Zentralsteuerung
stattfindet. Daher werden über die Funktionsmodul-Schnittstelle
Daten übertragen, die die Funktion in Form von Software-Code
wiedergeben, wobei der Software-Code im Falle eines ausgewählten Funktionsmoduls
von diesem in die Zentralsteuerung geladen wird, um dort von einer
Datenverarbeitungsvorrichtung, beispielsweise einem Mikroprozessor oder
einer CPU verarbeitet zu werden. In diesem Fall erhält
die Zentralsteuerung Sensor- bzw. Betriebsparameterdaten von der
Verbrennungsmotor-Steuerschnittstelle und gibt entsprechende Motorsteuerdaten
an die Verbrennungsmotor-Steuerschnittstelle ab. In einer weiteren
Ausführungsform kann die Datenverarbeitung zur Ausführung
der Funktion des Funktionsmoduls auf das Funktionsmodul und die Zentralsteuerung
aufgeteilt sein, so dass ein Teil der Funktion innerhalb des Funktionsmoduls
berechnet wird und ein weiterer Teil der Funktion durch die Zentralsteuerung
vorgesehen wird. Die Funktion bzw. der Funktionsteil wird vorzugsweise
vorgesehen, indem entsprechende Berechnungen durchgeführt
werden. Ferner kann ein Teil der Funktion von dem Grundfunktionsmodul übernommen
werden, so dass sich die Funktion insgesamt durch das Funktionsmodul, die
Zentralsteuerung, das Grundfunktionsmodul sowie durch den jeweiligen
ablaufenden Software-Code ergibt. Das Auswählen der Funktion
kann somit dazu führen, dass Software-Code übertragen
wird, dass ein einzelnes Funktionsmodul zur Berechnung ausschließlich
freigeschaltet ist und/oder dass nur das ausgewählte Funktionsmodul
Sensordaten bzw. Betriebsparameterdaten erhält und/oder
Motorsteuerdaten an die Verbrennungsmotor-Steuerschnittstelle abgeben
darf. Die jeweilige Zuordnung übernimmt der Koordinator über
entsprechende Aktivierungssignale des ausgewählten Funktionsmoduls oder über
andere Mechanismen.
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Zwischen
der Funktionsmodul-Schnittstelle und der Zentral-Schnittstelle können
jeweils zusätzlich Versorgungsleitungen vorgesehen werden.
Die Datenübertragung zwischen Verbrennungsmotor, Verbrennungsmotor-Steuerschnittstelle,
Koordinator, Zentral-Schnittstelle, Funktionsmodul-Schnittstelle und
Funktionsmodul kann per digitale Datenübertragung in paralleler
und/oder serieller Form oder durch analoge Signalübertragung und/oder
eine Kombination hiervon ausgeführt werden. Die Datenübertragungsmechanismen
zwischen den verschiedenen Komponenten der erfindungsgemäßen
Vorrichtung können verschieden oder teilweise gleichartig
sein. Vorzugsweise ist die Datenübertragung zwischen Zentral-Schnittstelle
und den Funktionsmodul-Schnittstellen für alle Funktionsmodule
bzw. für alle Unterschnittstellen gleich.
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Erfindungsgemäß werden
Betriebszustände eines Fahrzeug-Verbrennungsmotors in Form
von unterschiedlichen Start- oder Stopparten in eigenständigen
Funktionen als einzelne Funktionsmodule umgesetzt. Im Folgenden
sind einige Beispiele für die entsprechenden Betriebszustände
aufgelistet, die von dem jeweiligen Funktionsmodul zur Steuerung von
Hybridantrieben umgesetzt werden.
- – Schleppstart:
Trennkupplung geschlossen, elektrische Maschine zieht Verbrennungsmotor
auf Leerlauf-Drehzahl hoch (allg. für Erststart über Zündschloss
benutzt oder bei Mildhybriden)
- – Schlupfstart (Power-, Torque-, Komfortstart): Elektrische
Maschine zieht mit schleifender Trennkupplung Verbrennungsmotor
hoch, Verbrennungsmotor-Start beinhaltet Varianten Power, Torque
und ggf. Komfort, die sich durch unterschiedliche Kupplungsrampen-Gradienten charakterisieren
lassen.
- – Schwungstart (auch Notstart): Bei offener Trennkupplung
(Proportionalkupplung) im Stand kann Drehzahl des elektrischen Motors
erhöht werden. Dadurch wird schnellstmögliches
Kupplungsschließen mit Verbrennungsmotor-Start realisiert.
- – Angerissener Start/Anreißstart: Bei offener Trennkupplung
wird Drehzahl der elektrischen Maschine erhöht, Trennkupplung
wird pulsartig geschlossen bis Verbrennungsmotor mitgerissen wird.
Das Öffnen der Trennkupplung auf einen Kupplungswert dient
dem Verbrennungsmotor zum selbstständigen Hochlauf. Anschließend
erfolgt eine Synchronisation des Verbrennungsmotors und der elektrischen
Maschine. Geeignet als Komfortstart-Variante, da erhöhte
Startdauer.
- – Impulsstart: Bei offener Trennkupplung (Impulskupplung)
kann Drehzahl der elektrischen Maschine erhöht werden.
Späteres impulsartiges Schließen der Trennkupplung
mit Verbrennungsmotor-Start.
- – Schubübernahme: Während elektrischem
Fahren kann Drehzahl der elektrischen Maschine erhöhte
werden. Späteres Schließen der Trennkupplung,
Verbrennungsmotor befindet sich in Schubschaltung.
- – Dynamikstopp (auch „Segeln"): Lastfreie
Trennkupplung öffnen, Verbrennungsmotor abstellen.
- – Softstopp: Trennkupplung geschlossen, elektrische
Maschine zieht Verbrennungsmotor aktiv auf Stillstand; Trennkupplung öffnet
je nach Situation.
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Die
jeweiligen Funktionsmodule melden vorzugsweise folgende Signale
als Steuerdaten an die Zentralsteuerung: bereit, aktiv, erfolgreich
abgeschlossen, Funktion abgebrochen, Fehler erkannt und benutzerbedingter
Abbruch.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Ausführung der Erfindung
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2 eine
erfindungsgemäße Ausführung der Erfindung
gemäß einem zweiten Aspekt und
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3 ein
Ablaufdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines Beispiels illustriert.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
der 1 ist eine Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt. Eine Zentralsteuerung 10 ist über
eine Zentral-Schnittstelle 18.3 mit einzelnen Funktionsmodul-Schnittstellen 22a–z verbunden,
die jeweiligen Funktionsmodulen 20a–z zugehören.
Die Zentral-Schnittstelle 18.3 umfasst einzelne Unterschnittstellen,
die die einzelnen Verknüpfungspunkte zu Datenleitungen 24.1a–z
und Steuerleitungen 24.2a–z bilden. In der 1 sind
die Datenleitungen durchgezogen dargestellt, wohingegen die Steuerleitungen
gestrichelt dargestellt sind. Die Verbindungen der Verknüpfungspunkte,
d. h. der Unterschnittstellen der Zentral-Schnittstelle ist strichpunktiert
dargestellt und kann beispielsweise durch einen parallelen oder
seriellen Bus umgesetzt sein. Die Datenleitung und die Steuerleitung
sind nicht notwendigerweise getrennte physikalische Leitungen, sondern
können auch durch ihre Signaleigenschaften unterscheidbar
sein. Die Verbindung der Unterschnittstellen der Zentral-Schnittstelle 18.3 (strichpunktiert
dargestellt) ist mit einem Koordinator 14 verbunden, der
innerhalb der Zentralsteuerung 10 vorgesehen ist. Die Zentralsteuerung
umfasst ferner eine Verbrennungsmotor-Steuerschnittstelle, die einen
Steuereingang 18.1 und einen Steuereingang 18.2 umfasst.
Der Koordinator 14 ist mit der Verbrennungsmotor- Steuerschnittstelle
verbunden. Grundsätzlich kann die Steuerung statt oder
in Kombination zur Verbrennungsmotor-Schnittstelle weitere bidirektionale
Schnittstellen für weitere Antriebskomponenten wie E-Maschine,
Kupplung, Getriebe usw. umfassen. Der Steuereingang 18.1 und
der Steuerausgang 18.2 kann, wie in der 1 gestrichelt
dargestellt, mit einem Verbrennungsmotor 30 verbunden werden, wobei
der Verbrennungsmotor von dem Steuerausgang 18.2 Signale
erhält, gemäß denen Betriebszustände
des Verbrennungsmotors eingestellt werden, d. h. beispielsweise
Einspritzmenge, Solldrehzahl, Zündwinkel, Füllgrad,
usw. Der Verbrennungsmotor versorgt im Gegenzug den Steuereingang 18.2 mit Sensordaten
oder Betriebsparametern, die Betriebszustände des Verbrennungsmotors
kennzeichnen, beispielsweise aktuelle Drehzahl, Drehmoment, Temperatur
usw. Vorzugsweise ist die Zentralsteuerung 10 mit weiteren
Komponenten des Antriebs und/oder des Fahrzeugs verbunden, beispielsweise mit
Kupplungen, Drehzahlwandlern, elektrischer Antriebsmaschine und Ähnlichem,
um diese auf die gleiche Weise wie den Verbrennungsmotor 30 zu
steuern und von diesen Daten zu empfangen. Die Zentralsteuerung 10 umfasst
ferner einen Vorgabenspeicher 12, der über eine
Sperre 14.1 mit dem Koordinator 14 verbunden ist.
Der Koordinator steuert die Sperre 14.1, die beispielsweise
als Funktion in Form von Software in dem Koordinator vorgesehen
sein kann, um den Zugang einzelner Funktionsmodule auf den Vorgabenspeicher 12 zu
steuern. In gleicher Weise kann der Koordinator ferner den Zugang
zu der Verbrennungsmotor-Steuerschnittstelle oder zu anderen Steuerschnittstellen
weiterer Komponenten des Fahrzeugs steuern. Die Zentralsteuerung 10 umfasst
ferner ein Grundfunktionsmodul 16, das mit dem Koordinator
verbunden ist und das, in Kombination mit dem Koordinator, Grundfunktionen
ausführt. Vorzugsweise umfasst die Zentralsteuerung 10 einen Eingang, über
den die gewünschte Funktion eingegeben werden kann, wobei
dieser Eingang vorzugsweise mit dem Koordinator 14 verbunden
ist, so dass dieser ein entsprechendes Sperr- bzw. Freigabesignal
aussenden kann, um das gewünschte Funktionsmodul zu aktivieren
und die nicht ausgewählten Funktionsmodule zu sperren.
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Der
Koordinator gibt den Zugriff mittels Freigabe- und/oder Sperrsignale
auf Soll- und/oder Stellgrößen frei. Die Soll-
bzw. Stellgrößen sind vorzugsweise nur einmal
in dem System vorhanden, beispielsweise innerhalb eines Arbeitsspeichers
der Zentralsteuerung, wobei der Zugriff auf den Arbeitsspeicher,
der derartige Soll- und Stellgrößen enthält, mittels
Freigabe- bzw. Sperrsignalen freigegeben wird. In den Soll- bzw.
Stellgrößen sind Vorgabewerte, Sicherheitswerte
und stationäre Werte in der Zentralsteuerung gespeichert,
vorzugsweise in dem Vorgabenspeicher. Die Soll- bzw. Stellgrößen
können sich auf eine oder auf mehrere Komponenten des Fahrzeugantriebs
beziehen. Anstatt eines Freigabe- bzw. Sperrsignals kann auch ein
positives bzw. negatives Triggersignal verwendet werden. Der jeweilige Sperrmechanismus
(der das Funktionsmodul und/oder die Datenverbindung sperrt bzw.
freigibt) ist vorzugsweise für alle Funktionsmodule gleich.
Steuerleitungen und die Datenleitungen sind vorzugsweise parallel
miteinander verbunden. Ferner wird vorzugsweise ein Busprotokoll
eingesetzt, das eine Kollision insbesondere der Signale der Steuerleitungen vermeidet.
Als Freigabe- bzw. Sperrsignal kann ferner ein Signal verwendet
werden, das den Systemzustand charakterisiert, beispielsweise den
Systemzustand eines Funktionsmoduls oder der Zentralsteuerung. Ferner
kann das Freigabe- bzw. Sperrsignal, das an die einzelnen Funktionsmodule
geliefert wird, eine eindeutige Kennung umfassen, die der Kennung genau
eines Funktionsmoduls oder keines Funktionsmoduls entspricht. In
einer derartigen Ausführung sind die Funktionsmodule nur
dann aktiv, wenn ihre Kennung über die jeweilige Steuerleitung
gesendet wird. Auf diese Weise können alle Funktionsmodule mit
demselben Steuersignal einzeln gesperrt bzw. einzeln freigegeben
werden.
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Die 2 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
der Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt. Die 2 zeigt
neben schaltungstechnischen Realisierungen auch Merkmale des Funktionsablaufs.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung
umfasst eine übergeordnete Struktur 110, die eine
Eingabe vorsieht, um das Funktionsmodul auszuwählen. Die übergeordnete Struktur
kann eine Fahrzeugsteuerung sein, die ihrerseits eine Benutzereingabe
erhalten kann, oder kann eine Benutzereingabevorrichtung sein, mit
der das gewünschte Funktionsmodul, d. h. die gewünschte
Funktion über den eingegebenen Wunsch-Betriebszustand ausgewählt
wird. Die übergeordnete Struktur 110 steuert einen
Zustandsautomaten 120 an, der wiederum die eigentliche
Zentralsteuerung 100, welche eine Ausführung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, ansteuert.
Die Zentralsteuerung 100 umfasst einen Koordinator 130,
der über geeignete Signale die Freigabe von Funktionsmodulen
und jeweilige Schreibrechte bzw. Leserechte steuert. Mit den Bezugszeichen 140a–e sind
verschiedene, nebeneinander auszuwählende Funktionsmodule
dargestellt, beispielsweise Ablaufmodule für: Schleppstart,
Schlupfstart, Schubübernahme, Softstopp und Dynamikstopp.
Gemäß der Eingabe durch den Zustandsautomaten
wird das entsprechende Modul ausgewählt. Die Zentralsteuerung 110 gibt
den entsprechenden Steuerwert S190, abhängig von der gewählten
Funktion, an Aggregate 150a–c aus, die über
eine Steuerleitung mit der Zentralsteuerung verbunden sind. Als
Aggregate 150a–c sind Antriebsaggregate und weitere
Komponenten eines Antriebsstrangs eines Hybridmotors vorgesehen.
Die in den Aggregaten herrschenden Betriebszustände bzw.
die von Sensoren dort erfassten Werte werden an das ausgewählte
Modul 140a in Form von Ist-Größen S200
zurückgemeldet. Damit kann jedes Funktionsmodul 140a–e,
sofern es ausgewählt ist, einen geschlossenen Regelkreis
vorsehen, wobei der Koordinator 130 nicht in die Regelung
selbst eingreift, sondern lediglich das entsprechende Funktionsmodul
auswählt. Der Koordinator 130 bestimmt somit die Regelart über
die ausgewählte Funktion, wohingegen die einzelnen Funktionsmodule 140a–e
die tatsächliche Ist/Soll-Regelung für Betriebsparame ter von
Aggregaten 150a–c vorsehen. Funktionsteile der Funktionsmodule,
die für einige Funktionsmodule gemeinsam sind, beispielsweise
ein PI-, PD- oder PID-Reglermodul kann als Grundfunktion in der
Zentralsteuerung 100 vorgesehen sein, auf die das jeweilige
Funktionsmodul lediglich zurückgreift. Auf diese Weise
müssen gleiche Funktionsteile nicht mehrfach implementiert
werden.
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Vom
Zustandsautomaten 120 wird ein Auswahlsignal oder Entscheidungssignal 160 an
den Koordinator weitergegeben, beispielsweise ein Triggersignal „Schleppstart".
Ferner werden Signale vom Zustandsautomaten an das Modul weitergegeben, beispielsweise
wenn die Funktion beibehalten werden soll, jedoch sich ein Soll-Betriebsparameter ändert.
Erfordert das vom Zustandsautomaten 120 an den Koordinator 130 gesendete
Signal S160 eine Änderung des Funktionsmoduls, so fragt
der Koordinator 130 das jeweilige Funktionsmodul hinsichtlich
des Betriebszustands (ready?) des Funktionsmoduls ab. Falls das
entsprechende Funktionsmodul signalisiert S180, dass es (noch) nicht
bereit ist, so kann der Koordinator eine bestimmte Zeitspanne auf
das Ready-Signal warten und beim Ausbleiben eines entsprechenden
Ready-Signals S180 eine Fehlermeldung abgeben. Falls sich das ausgewählte
Funktionsmodul mit „bereit" (S180) beim Koordinator meldet,
dann schaltet der Koordinator 130 Zugriffsrechte auf Soll-
und Stellgrößen frei bzw. auf Vorgabewerte. Wie
bereits bemerkt stellt die Verbrennungsmotor-Schnittstelle Soll-
und Stellgrößen bereit, wohingegen ein Vorgabenspeicher
Vorgabewerte, Sicherheitswerte und stationäre Werte bereitstellt,
beides für den Fall der Freigabe durch den Koordinator. Nachdem
die entsprechende ausgewählte Funktion aufgerufen wurde
und den Aufruf erkannt hat, aktiviert diese den Zustandsautomaten
(beispielsweise über den Koordinator 130), um
den Funktionsablauf abzuarbeiten. Ferner meldet das aktivierte und
ausgewählte Funktionsmodul 140a ein Aktivsignal
S180, beispielsweise an den Koordinator 130 und/oder an den
Zustandsautomaten 120. Der Koordinator hat somit die Aufgabe,
die vom Zustandsautomaten ausgewählte Funktion durch Aktivierung
des entsprechenden Funktionsmoduls abzubilden, um so für
den Zustandsautomaten und die Aggregate eine Vielzahl von Steuerungen,
die einzeln ausgewählt werden können, zu emulieren.
Der Zustandsautomat kann ferner über eine Signalabgabe
an den Koordinator die Funktion abbrechen, beispielsweise durch
ein Abbruchsignal ausgehend von den Aggregaten oder durch ein Änderungssignal,
das von der übergeordneten Struktur stammt. Ferner melden
die Aggregate vorzugsweise eine abgeschlossene Start- bzw. Stoppfunktion
an das jeweilige aktivierte bzw. ausgewählte Modul 140a zurück,
welches daraufhin den Koordinator veranlasst, diesen Zustand an
den Zustandsautomaten 120 mittels Signal S170 zurückzuleiten.
Die aktivierte und nun vollständig ausgeführte Funktion
des Funktionsmoduls 140a (vgl. Beispiel Schleppstart) meldet
durchgehend einen Beendigungszustand zurück, der dem Koordinator 130 und somit
dem Zustandsautomaten 120 mitteilt, dass die gewünschte
Funktion abgeschlossen ist. Ändert sich die gewünschte
Funktion, so wird ein anderes Funktionsmodul 140b–e
ausgewählt und die Signalabgabe des Vorgänger-Funktionsmoduls
geht über zu einem Signal S180, das einen inaktiven Zustand
kennzeichnet.
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Die 3 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren wiedergibt. Am Punkt
A wird ein Triggersignal „Schleppstart" eingegeben, welches
so lange der Zentralsteuerung zugeführt wird, bis der Koordinator
bzw. das Funktionsmodul nicht mehr ein Signal ausgibt, das einen
Zustand „nicht bereit" B ausgibt, sondern bis ein Bereit-Signal
B' ausgegeben wird. Daraufhin wird das Funktionsmodul, das dem Ablauf „Schleppstart"
entspricht, aufgerufen, Punkt C. Ferner wird am Punkt D ein Signal
aufgegeben, das die Sperrung der Schreibrechte durch das ausgewählte
Modul freigibt. So lange die Schreibrechte noch nicht für
das ausgewählte Modul gegeben sind, wird eine Warteschleife
E' ausgeführt.
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Daraufhin
folgt der Abbildungsprozess F, bei dem die Funktionsmodule bzw.
das aktivierte Funktionsmodul den jeweiligen Betriebszustand zurückmelden,
d. h. aktiv, beendet, Änderung der Zielanforderung. In
diesem Fall können die Module bzw. das gewählte
Modul, welches ein derartiges Signal ausgibt, noch nicht verwendet
werden, bis der Betriebszustand des bzw. der Module einem „Bereit"-Zustand entspricht.
Erst dann, wenn das ausgewählte Funktionsmodul ein Bereit-Signal
zurückmeldet, wird die Funktion ausgeführt. Danach
meldet sich beispielsweise am Punkt G das aktive Funktionsmodul
mit einem Signal zurück, das die vollständige
Ausführung, d. h. die Beendigung, der entsprechenden Funktion wiedergibt.
Die Beendigung der jeweiligen Funktion führt somit gleichzeitig
zur Rücknahme der Schreibrechte am Punkt H des aktivierten
Funktionsmoduls. Beispielsweise die Änderung eines Rückmeldesignals
des aktivierten Funktionsmoduls von „aktiv" auf „bereit"
wird von dem Koordinatormodul bzw. von dem Zustandsautomaten als
Signal dafür gewertet, dass die Funktion des jeweiligen
ausgewählten Funktionsmoduls beendet ist und abgeschlossen wurde.
Das entsprechende Funktionsmodul wird somit durch Rücknahme
der Schreibrechte bzw. Sperren des Zugriffs wieder deaktiviert,
um zu vermeiden, dass bereits abgeschlossene Funktionen von Funktionsmodulen
in den Betrieb des Verbrennungsmotors eingreifen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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