DE102009011157B4 - Device for controlling and regulating a drive system - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebssystems, die einen Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode aus mehreren Blöcken modular strukturiert ist, wobei jeweils mindestens ein Block für
a.) eine Sensor-Schnittstelle,
b.) eine Aktuator-Schnittstelle,
c.) eine Kommunikations-Schnittstelle,
d.) einen Beobachter/eine Signalverarbeitung,
e.) einen Diagnose-Manager,
f.) einen Rekonfigurator,
g.) eine Diagnosefunktion,
h.) einen Controller, vorgesehen ist, wobei die Blöcke a.) bis h.) zum Austausch von Daten/Informationen miteinander verbunden sind, wobei den Blöcken a.) bis h.) Funktionen zugeordnet werden, wobei in Abhängigkeit des Antriebskonzeptes des zu Grunde liegenden Antriebssystems und/oder der Anzahl oder Eigenschaften der verwendeten Sensoren oder Aktoren die den Blöcken a.) bis h.) zugeordneten Funktionen festgelegt werden, wobei Block a.) mit Sensoren verbunden ist, wobei die Signale der Sensoren durch die Funktionen, die Block a.) zugeordnet sind, so verarbeitet werden, dass als Ausgangsgrößen des Blockes a.) physikalische Größen bereitstehen, wobei Block a.) mit Block d.) verbunden ist, wobei die Ausgangsgrößen des Blockes a.) dem Block d.) zugeführt werden, wobei durch die Funktionen, die Block d.) zugeordnet sind, eine Korrektur/eine Adaption der Signale der Sensoren oder ein Vergleich der Signale der Sensoren mit modellierten Signalwerten erfolgt, wobei die modulare Struktur neben Block a.) auch Block b.) umfasst, wobei Block b.) zur Ansteuerung der Aktuatoren mit den jeweiligen Endstufen verbunden ist, wobei Block b.) mit Block h.) verbunden ist, wobei in den Block b.) Stellsignale eingelesen werden, die in Block h.) gebildet werden, wobei die dem Block b.) zugeordneten Funktionen eine Endverarbeitung der Stellsignale vornehmen, einen Treiber für die Endstufen-Hardware bilden, einen Treiber für die Aktuator-Hardware bilden und Endstufendiagnosen durchführen, wobei Block b.) mit Block e.) verbunden ist, wobei die Ergebnisse der in Block b.) durchgeführten Endstufendiagnosen mittels des Diagnose-Managers in Block e.) verwaltet werden, wobei Block b.) mit Block d.) verbunden ist, wobei Prozessgrößen oder gemessene Signale von dem Block d.) an den Block b.) zur Korrektur/Adaption der Ansteuerung der Aktuatoren übermittelt werden, wobei die modulare Struktur neben Block a.) und Block b.) auch Block d.) umfasst, wobei Block d.) Funktionen zur Beobachtung des momentanen Ist-Zustandes des zu steuernden und/oder zu regelnden Antriebssystems zugeordnet sind, wobei mittels Modellen anhand von Stellsignalen und Umweltbedingungen messbare und nichtmessbare Zustandsgrößen des Systems geschätzt werden, wobei zur Übermittlung von Messsignalen Block d.) mit Block a.) verbunden ist, wobei modellierte messbare Zustände mit Messsignalen verglichen werden, wobei aus diesem Vergleich Residuen hervorgehen, mit deren Hilfe eine Beobachterrückführung realisiert wird, welche die modellierten Zustandsgrößen korrigiert, wobei Block d.) weiterhin Funktionen für die Beobachtung der Systemzustände zugeordnet sind, wobei die beobachteten Zustände dazu verwendet werden, nicht messbare Größen in der Steuerung und/oder Regelung des Antriebssystems zu berücksichtigen oder bei einem Sensorausfall Ersatzwerte bereitzustellen, wobei Block d.) weiterhin Funktionen zugeordnet sind, die dem Block h.) und dem Block g.) zugeordneten Funktionen mit der Information über den Istzustand des Systems und den Residuen versorgen, wobei Block d.) mit Block b.) verbunden ist, wobei modellierte/beobachtete oder auch gemessene Signale von dem Block d.) an den Block b.) übermittelt werden, wobei Block d.) mit Block g.) verbunden ist, wobei gemessene/modellierte Signale vom Block d.) an Block g.) übergeben werden, um eine Diagnose durchzuführen, wobei Block d.) mit Block e.) verbunden ist, wobei Freigabeinformationen/Freigabeanforderungen an den Block e.) übermittelt werden, wobei Block d.) mit Block f.) verbunden ist, wobei Rekonfigurationsinformationen aus dem Block f.) an den Block d.) übermittelt werden können.
A device for controlling and / or regulating a drive system, which comprises a computer program code, the computer program code being structured modularly from several blocks, with at least one block for each
a.) a sensor interface,
b.) an actuator interface,
c.) a communication interface,
d.) an observer / signal processing,
e.) a diagnosis manager,
f.) a reconfigurator,
g.) a diagnostic function,
h.) a controller is provided, the blocks a.) to h.) being interconnected for the exchange of data / information, the blocks a.) to h.) being assigned functions, whereby depending on the drive concept of the The underlying drive system and / or the number or properties of the sensors or actuators used, the functions assigned to blocks a.) To h.) Are defined, block a.) Being connected to sensors, the signals from the sensors being determined by the functions that Block a.) Are assigned, are processed in such a way that physical quantities are available as output quantities of block a.), Block a.) Being connected to block d.), The output quantities of block a.) Being fed to block d.) The functions assigned to block d.) result in a correction / adaptation of the signals from the sensors or a comparison of the signals from the sensors with modeled signal values, with the modular structure in addition to B. lock a.) also includes block b.), block b.) being connected to the respective output stages for controlling the actuators, block b.) being connected to block h.), with control signals being read into block b.) , which are formed in block h.), the functions assigned to block b.) undertake final processing of the control signals, form a driver for the output stage hardware, form a driver for the actuator hardware and carry out output stage diagnoses, with block b. ) is connected to block e.), whereby the results of the block b.) performed final stage diagnoses are managed by means of the diagnosis manager in block e.), block b.) being connected to block d.), with process variables or measured signals from block d.) to block b.) for correction / adaptation of the Control of the actuators are transmitted, with the modular structure in addition to block a.) And block b.) Also includes block d.), With block d.) Assigned functions for monitoring the current actual state of the drive system to be controlled and / or regulated are, whereby by means of models on the basis of control signals and environmental conditions measurable and non-measurable state variables of the system are estimated, whereby for the transmission of measurement signals block d.) is connected to block a.), whereby modeled measurable states are compared with measurement signals, with residuals from this comparison emerge, with the help of which an observer feedback is implemented, which corrects the modeled state variables, with block d.) still Fu Functions for the observation of the system states are assigned, the observed states being used to take into account non-measurable variables in the control and / or regulation of the drive system or to provide substitute values in the event of a sensor failure, with block d.) still being assigned functions that are related to the Block h.) And the block g.) Assigned functions with the information about the actual state of the system and the residuals, block d.) Being connected to block b.), Whereby modeled / observed or also measured signals from block d .) to block b.), block d.) being connected to block g.), measured / modeled signals from block d.) being transferred to block g.) in order to carry out a diagnosis, block d .) is connected to block e.), with release information / release requests being transmitted to block e.), with block d.) being connected with block f.), with reconfiguration information from the block f.) to the block d.) can be transmitted.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.The present invention relates to a device for controlling and regulating a drive system according to the features of
Aus der
Gemäß der
Aus der
Gemäß der US 2008/ 0 188 963 A1 ist ein objektorientiertes Steuersystem für ein Gerät vorbekannt, konfigurierbar durch einen Konfigurationsmechanismus in selektiv bedienbarer Kommunikation mit einer Vielzahl von objektorientierten Steuersystemen unter Verwendung eines Paketprotokolls zum Aufbau von Nachrichten, die Bezeichner aus einer Vielzahl von Namensräumen umfassen, die mit den Bausteinen der objektorientierten Systeme verbunden sind.According to US 2008/0 188 963 A1, an object-oriented control system for a device is previously known, configurable by a configuration mechanism in selectively operable communication with a multiplicity of object-oriented control systems using a packet protocol for the construction of messages which include identifiers from a multiplicity of name spaces, which are connected to the building blocks of the object-oriented systems.
Aus der
Aufgabetask
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems bereitzustellen, welche so allgemein gehalten ist, dass sie für beliebig komplexe Antriebssysteme anwendbar ist, wobei bei einem Wechsel des Antriebssystems beziehungsweise einer damit verbundenen Änderung der Sensorik und Aktuatorik möglichst wenig Änderungsbedarf entsteht.It is therefore the object of the present invention to provide a device for controlling and regulating a drive system, which is kept so general that it can be used for any complex drive system, with as little as possible when the drive system is changed or the sensors and actuators are changed There is a need for change.
Lösungsolution
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems gelöst, die einen Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode aus mehreren Blöcken modular strukturiert ist, wobei jeweils mindestens ein Block für
- a.) eine Sensor-Schnittstelle,
- b.) eine Aktuator-Schnittstelle,
- c.) eine Kommunikations-Schnittstelle,
- d.) einen Beobachter/eine Signalverarbeitung,
- e.) einen Diagnose-Manager,
- f.) einen Rekonfigurator,
- g.) eine Diagnosefunktion,
- h.) einen Controller,
- a.) a sensor interface,
- b.) an actuator interface,
- c.) a communication interface,
- d.) an observer / signal processing,
- e.) a diagnosis manager,
- f.) a reconfigurator,
- g.) a diagnostic function,
- h.) a controller,
AusführungsbeispielEmbodiment
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements of the present invention can be found in the following exemplary embodiment and in the dependent claims.
Hierbei zeigen:
-
1 : die modulare Struktur zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, -
2 : die modulare Struktur als Bestandteil einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems aus AUTOSAR-Sicht, -
3 : Details der Sensor-Schnittstelle, -
4 : die Darstellung des Signalflusses von einem gewandelten Sensorspannungswert bis zum Istwert, -
5 : Details der Aktuator-Schnittstelle, -
6 : Details zur Signalaufbereitung, -
7 : das Prinzip eines Zustandsbeobachters, -
8 : Details zum Beobachter/zur Signalverarbeitung, -
9 : Details zur Kommunikation innerhalb des Beobachters/der Signalverarbeitung, -
10 : Details zu einer Signalauswahl, -
11 : Details des Diagnose-Managers, -
12 : interne Kommunikation/Signalfluss innerhalb des Diagnose-Managers, -
13 : den Signalfluss innerhalb des Controllers, -
14 : Details zur Diagnosefunktion, -
15 : die zusätzliche Modulebene in der Diagnosefunktion, -
16 : die Kommunikation innerhalb der Diagnosefunktion, -
17 : Details zum Rekonfigurator, -
18 : Details zu Rekonfigurationsstrategien.
-
1 : the modular structure for controlling and regulating a drive system, -
2 : the modular structure as part of a device for controlling and regulating a drive system from an AUTOSAR perspective, -
3 : Details of the sensor interface, -
4th : the representation of the signal flow from a converted sensor voltage value to the actual value, -
5 : Details of the actuator interface, -
6th : Details on signal processing, -
7th : the principle of a condition observer, -
8th : Details about the observer / signal processing, -
9 : Details on communication within the observer / signal processing, -
10 : Details of a signal selection, -
11 : Details of the diagnosis manager, -
12th : internal communication / signal flow within the diagnostic manager, -
13th : the signal flow within the controller, -
14th : Details on the diagnostic function, -
15th : the additional module level in the diagnostic function, -
16 : the communication within the diagnostic function, -
17th : Details about the reconfigurator, -
18th : Details on reconfiguration strategies.
Gemäß
Der Block b.) stellt in der Struktur die Aktuator-Schnittstelle dar, die für die Endverarbeitung von Stellsignalen und deren Weiterleitung an die Aktuatoren bzw. Endstufen zuständig ist. Der Block b.) ist neben den jeweiligen Aktuatoren mit dem Block h.), also dem Controller, zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den fett gedruckten Pfeil angedeutet. In den Block b.) werden Stellsignale eingelesen, die in logischen oder physikalischen Einheiten vorliegen können und die in dem Block h.) gebildet werden. Die dem Block b.) zugeordneten Funktionen wandeln diese Stellsignale in Signale in geeigneter Form um, so dass diese an Endstufen zur Ansteuerung der Aktuatoren weitergeleitet werden können, wie durch den weiteren fett gedruckten Pfeil angedeutet. Die dem Block b.) zugeordneten Funktionen haben hauptsächlich die Aufgabe, eine Endverarbeitung von Stellsignalen vorzunehmen, einen Treiber für die Endstufen-Hardware zu bilden, einen Treiber für Aktuator-Hardware zu bilden und Endstufendiagnosen durchzuführen. Der Block b.) ist ferner zum Austausch von Informationen/Daten mit dem Block e.), also dem Diagnose-Manager, verbunden, wie durch den Pfeil angedeutet, wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses der in Block b.) durchgeführten Diagnosen der Endstufen beziehungsweise der Aktuatoren mittels des Diagnose-Managers in Block e.) eine Verwaltung erfolgt, beispielsweise ein Ablegen einer Fehlerinformation in einem nicht flüchtigen Speicher und gegebenenfalls einer Kommunikation der Fehlerinformation nach außen über einen Diagnosetester. Außerdem ist der Block b.) zum Austausch von Informationen/Daten mit dem Block d.), also dem Beobachter/der Signalverarbeitung, verbunden, wie durch die beiden Pfeile angedeutet, wobei insbesondere aktuelle modellierte/beobachtete Prozessgrößen oder gemessene Signale von dem Block d.) an den Block b.) übermittelt werden.The block b.) Represents the actuator interface in the structure, which is responsible for the final processing of control signals and their forwarding to the actuators or output stages. In addition to the respective actuators, block b.) Is connected to block h.), I.e. the controller, for the exchange of data / information, as indicated by the bold arrow. In block b.), Control signals are read that can be present in logical or physical units and that are formed in block h.). The functions assigned to block b.) Convert these control signals into signals in a suitable form so that they can be passed on to output stages for controlling the actuators, as indicated by the further bold arrow. The functions assigned to block b.) Mainly have the task of final processing of control signals, of creating a driver for the output stage hardware, of creating a driver for actuator hardware and of carrying out output stage diagnoses. The block b.) Is further connected to the exchange of information / data with the block e.), Ie the diagnosis manager, as indicated by the arrow, whereby depending on the result of the diagnoses carried out in block b.) Of the output stages or of the actuators by means of the diagnosis manager in block e.) management takes place, for example a filing of error information in a non-volatile memory and possibly communication of the error information to the outside via a diagnosis tester. In addition, the block b.) Is connected to the exchange of information / data with the block d.), I.e. the observer / the signal processing unit, as indicated by the two arrows, whereby in particular current modeled / observed process variables or measured signals from the block d .) are transmitted to block b.).
Vorteilhaft erfolgt mit Hilfe der Aufteilung in Block b.) und Block h.) eine Entkopplung von Reglerfunktionen und verwendetem Aktuator, beziehungsweise können mittels der Aufteilung des Blockes h.), dem Reglerfunktionen zugeordnet sind, und dem Block b.) Reglerfunktionen unabhängig vom verwendeten Aktuator realisiert werden. Ein Beispiel hierfür ist eine so genannte Raildruckregelung zur Einstellung eines bestimmten Druckwertes im Rail der Einspritzanlage einer Verbrennungskraftmaschine. Die Block h.) zugeordnete Reglerfunktion erzeugt als abstrakte Stellgröße einen Sollvolumenstrom durch die Hochdruckpumpe. Die Aktuator-Schnittstelle, also Block b.), berechnet aus dieser abstrakten Stellgröße eine Ansteuerung des Stellgliedes. Bei letzterem kann es sich beispielsweise um ein Mengensteuerventil oder in einem anderen Konzept um ein saugseitiges Dreiwegeventil handeln. Die Reglerfunktion bleibt damit unabhängig vom Pumpenkonzept und kann für verschiedene Kraftstoffsysteme verwendet werden.With the help of the division into block b.) And block h.) There is advantageously a decoupling of controller functions and the actuator used, or by means of the division of block h.) To which controller functions are assigned, and block b.) Controller functions independent of the actuator used Actuator can be realized. An example of this is what is known as a rail pressure control for setting a specific pressure value in the rail of the injection system of an internal combustion engine. The controller function assigned to block h.) Generates a setpoint volume flow through the high-pressure pump as an abstract manipulated variable. The actuator interface, i.e. block b.), Calculates a control of the actuator from this abstract manipulated variable. The latter can be, for example, a quantity control valve or, in another concept, a suction-side three-way valve. The controller function remains independent of the pump concept and can be used for different fuel systems.
Der Block c.) stellt in der Struktur eine Kommunikations-Schnittstelle dar, die eine Verbindung mit anderen Vorrichtungen zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, also anderen Steuergeräten oder Einheiten, ermöglicht, die eine protokollbasierte Kommunikation, wie zum Beispiel CAN, CCP, XCP, FlexRay oder Diagnosetester, unterstützen. Dem Block c.) werden folglich Funktionen zugeordnet, die den Austausch von Daten oder Botschaften mit anderen Kommunikationspartnern vornehmen. Ferner ist hier auch die CAN-Überwachung, beispielsweise hinsichtlich Timeouts, unterzubringen. Der Block c.) ist demgemäß mit externen Kommunikationsnetzen, wie zum Beispiel dem CAN-Bus verbunden, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. Außerdem ist Block c.) zur Kommunikation innerhalb der Struktur mit dem Block h.), also dem Controller, dem Block d.), also dem Beobachter/der Signalverarbeitung und dem Block e.), also dem Diagnose-Manager, verbunden, wie durch die Pfeile angedeutet. Über die Verbindung des Blockes c.) zu dem Block e.) können ferner Daten/Informationen hinsichtlich Diagnoseergebnissen anderer Steuergeräte oder Einheiten des Antriebssystems übermittelt werden, wie durch den Pfeil/Doppelpfeil angedeutet. Als Eingangsgrößen des Blockes c.) lassen sich folglich zusammenfassen, externe, beispielsweise über CAN empfangene Signale, gemessene oder modellierte Signale von Block d.), die weiter versandt werden sollen, Stellsignale von Block h.), die beispielsweise an ein weiteres Steuergerät versandt werden sollen und von Block e.) verwaltete Diagnoseergebnisse, wie beispielsweise Fehlerspeichereinträge. Als Ausgangsgrößen des Blockes c.) lassen sich zum Einen zusammenfassen, Signale, die nach außen versendet werden, wie zum Beispiel gemessene/modellierte Signale aus dem Block d.) zum Anderen Stellsignale aus dem Block h.) und weiterhin Diagnoseergebnisse aus dem Block e.). Ausgangssignale des Blockes c.) sind außerdem eingelesene externe Größen, wie beispielsweise die Fahrzeugrohgeschwindigkeit oder Momentensollwerte, welche über Block c.) an Block d.) weitergeleitet werden.The block c.) Represents a communication interface in the structure that enables a connection with other devices for controlling and regulating a drive system, i.e. other control devices or units, which enable protocol-based communication, such as CAN, CCP, XCP, FlexRay or diagnostic tester support. The block c.) Is consequently assigned functions that carry out the exchange of data or messages with other communication partners. Furthermore, the CAN monitoring, for example with regard to timeouts, must also be accommodated here. The block c.) Is accordingly connected to external communication networks, such as the CAN bus, as indicated by the double arrow. In addition, block c.) For communication within the structure is connected to block h.), I.e. the controller, block d.), I.e. the observer / signal processing, and block e.), I.e. the diagnosis manager, such as indicated by the arrows. Via the connection of block c.) To block e.), Data / information regarding diagnostic results of other control devices or units of the drive system can also be transmitted, as indicated by the arrow / double arrow. The input variables of block c.) Can therefore be summarized as external signals, for example signals received via CAN, measured or modeled signals from block d.) That are to be sent on, control signals from block h.) That are sent to another control unit, for example and diagnostic results managed by block e.), such as error memory entries. As output variables of block c.), On the one hand, signals that are sent to the outside, such as measured / modeled signals from block d.), On the other hand, control signals from block h.) And further diagnostic results from block e .). Output signals of block c.) Are also read-in external variables, such as the raw vehicle speed or torque setpoints, which are forwarded to block d.) Via block c.).
In der Struktur stellt der Block d.), also der Beobachter/die Signalverarbeitung, ein wesentliches Element dar, das über die reine regelungstechnische Grundfunktion eines Zustandsbeobachters hinausgeht. Letzterer ist bekanntlich durch ein mathematisches Modell charakterisiert, welches dieselben Eingangsgrößen erhält wie der zu beobachtende Prozess und den Zweck hat, nicht messbare Zustandsgrößen des Systems zu ermitteln. Die Ausgangsgrößen des Modells werden hierzu mit den gemessenen Ausgangsgrößen des Prozesses verglichen und die als Residuum bezeichnete Abweichung zwischen Messung und Modell wird zur Korrektur der modellierten Zustandsgrößen verwendet.In the structure, block d.), I.e. the observer / signal processing, represents an essential element that goes beyond the pure control-technical basic function of a condition observer. The latter is known to be characterized by a mathematical model, which receives the same input variables as the process to be observed and has the purpose of determining non-measurable state variables of the system. the For this purpose, the output variables of the model are compared with the measured output variables of the process and the deviation between measurement and model, called the residual, is used to correct the modeled state variables.
Die Funktionen, die Block d.) zugeordnet sind, dienen dazu, Block b.), Block h.) und Block g.) mit den erforderlichen Informationen über den Ist-Zustand von Antrieb und Fahrzeug zu versorgen, die erforderlichen Verbindungen sind als Pfeile in
Mit anderen Worten haben die Funktionen, die dem Block d.) zugeordnet sind, die Aufgabe, den momentanen Ist-Zustand des zu steuernden und zu regelnden Antriebssystems mit Hilfe von Modellen zu beobachten. Hierbei werden beispielsweise vereinfachte nichtlineare dynamische Modelle eingesetzt, um anhand der Stellsignale und der Umweltbedingungen die messbaren und nichtmessbaren Zustandsgrößen des Systems zu schätzen. Modellierte messbare Zustände werden in diesem Zuge mit Messsignalen verglichen. Zur Übermittlung von Messsignalen ist Block d.) mit Block a.) verbunden, wie in
Wie schon beschrieben ist es ferner Aufgabe der Funktionen, die dem Block d.) zugeordnet sind, die dem Block h.) und dem Block g.) zugeordneten Funktionen mit der Information über den Istzustand des Systems und den Residuen zu versorgen. Dazu ist Block d.) mit Block h.) und Block g.) zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, so dass gemessene und/oder modellierte/beobachtete Signale übermittelt werden können, wie in
Eine weitere Funktionalität von Block d.) stellt die Realisierung modell- oder signalbasierter Sensoradaptionsverfahren dar, welche den Einfluss von Messungenauigkeiten der Sensoren verringern können. Die Module und Funktionen in Block d.), also dem Beobachter, lassen sich naturgemäß einzelnen Hardwarekomponenten zuordnen. So gibt es im Zusammenhang mit einer verwendeten Verbrennungskraftmaschine ein Saugrohrmodell, ein Railmodell und so weiter. Es bleibt also immer eine sogenannte „Komponentensicht“ erhalten, die eine schnelle Zuordnung von Modulen und Funktionen zu Hardware-Komponenten des Antriebssystems erlaubt. Im allgemeinen hat eine beobachterbasierte Struktur folgende Vorteile. Zum Einen ergibt sich eine Verbesserung der Regelqualität. So ist bei technischen Systemen nicht immer alles messbar. Für ein System höherer Ordnung kann die Regelgüte erheblich verbessert werden, wenn zusätzlich zu der Ausgangsrückführung auch die internen Systemzustände für die Stellsignalgenerierung herangezogen werden. Ein Beobachter, wie gemäß Block d.), bietet die Möglichkeit, interne Systemzustände ohne zusätzliche Sensorik zu rekonstruieren. Durch Rückführung der beobachteten Zustände kann die Regelqualität verbessert werden. Es werden also alle internen Systemzustände vom Beobachter gemäß Block d.) erfasst und stehen für die Regelung zur Verfügung. Auf diese Weise können leistungsfähige moderne Verfahren, wie beispielsweise Zustandsregler, problemlos eingebunden werden. Die Verwendung dieser zusätzlichen Information kann zu höherer Regelqualität führen. Zum Anderen ergibt sich eine Verbesserung der Diagnosequalität. So werden anhand eines Beobachters, wie gemäß Block d.), geschätzte Zustände mit gemessenen Signalen verglichen. Wenn zur Laufzeit die Residuen zwischen beobachteten und gemessenen Signalen zuvor definierte Schwellwerte überschreiten, kann auf einen Fehlerfall geschlossen werden. Anhand von Residuen und dynamischen Modellen lassen sich aussagekräftigere Diagnoseergebnisse, beispielsweise bzgl. Fehlererkennung, - pinpointing und -quantifizierung, erzielen. Pinpointing beschreibt dabei die Identifikation der kleinsten austauschbaren fehlerhaften Komponente des Antriebssystems. Es können also alle Sensorgrößen mit entsprechenden Modellgrößen verglichen werden. Die daraus resultierenden Residuen können für die Fehlerdiagnose verwendet werden. Leistungsfähige modellbasierte Diagnosetechniken können so realisiert werden. Diese Verfahren sind bezüglich der Diagnosetiefe besser als einfache signalbasierte Verfahren, wie sie gegenwärtig zur Anwendung kommen. Ferner ergibt sich eine erhöhte Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit. So können Beobachterfunktionen, wie gemäß Block d.), als virtuelle Sensoren betrachtet werden, die im Fehlerfall Ersatzwerte für die ausgefallenen Sensoren liefern. So kann der Zuverlässigkeitsgrad des Gesamtsystems erhöht werden. Darüber hinaus ergibt sich ein Einsparpotential bei Sensorkosten, da die Beobachterfunktionen, wie gemäß Block d.), als virtuelle Ersatzsensoren betrachtet werden können. So ist es möglich, beispielsweise abhängig vom Ergebnis einer Beobachtbarkeitsanalyse, einige reale Sensoren einzusparen. Diese Einsparungen gehen aber auf Kosten der Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz. Bei diesem Punkt sollte ein Kompromiss zwischen Fehlertoleranz und Sensorkosten erzielt werden. Außerdem ist Block d.) mit Block c.), also der Kommunikationsschnittstelle, zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. So können über den Block c.) externe Signale, wie beispielsweise die Fahrzeugrohgeschwindigkeit, an Block d.) übermittelt werden sowie nach außen zu versendende gemessene und modellierte Signale von Block d.) an Block c.) weitergeleitet werden. Ferner ist Block d.) mit Block g.), also der Diagnosefunktion, zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch die beiden Pfeile angedeutet. So können gemessene/modellierte Signale vom Block d.) an Block g.) übergeben werden, um eine aktive Diagnose durchzuführen. Außerdem ist Block d.) mit Block e.) zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den Pfeil/Doppelpfeil angedeutet. So können Freigabeinformationen beziehungsweise Freigabeanforderungen, beispielsweise zur Modelladaption, an den Block e.) übermittelt werden. Darüber hinaus ist Block d.) mit Block f.) zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den Pfeil angedeutet, wobei Rekonfigurationsinformationen aus dem Block f.) an den Block d.) übermittelt werden können, wobei Block f.) Funktionen zugeordnet sind, die einer „Rekonfiguration“, also einer Umschaltung von Signalen, Strukturen oder Parametern zur Laufzeit entsprechen, die in Abhängigkeit von Diagnose-Ergebnissen erfolgen.Another functionality of block d.) Is the implementation of model- or signal-based sensor adaptation methods, which can reduce the influence of measurement inaccuracies of the sensors. The modules and functions in block d.), I.e. the observer, can naturally be assigned to individual hardware components. In connection with an internal combustion engine that is used, there is an intake manifold model, a rail model and so on. A so-called "component view" is always retained, which allows modules and functions to be quickly assigned to hardware components of the drive system. In general, an observer-based structure has the following advantages. For one thing, it arises an improvement in the quality of the rules. With technical systems, everything is not always measurable. For a higher-order system, the control quality can be significantly improved if, in addition to the output feedback, the internal system states are also used for the control signal generation. An observer, as in block d.), Offers the possibility of reconstructing internal system states without additional sensors. The control quality can be improved by feeding back the observed states. All internal system states are recorded by the observer according to block d.) And are available for control. In this way, powerful modern processes, such as state controllers, can be integrated without any problems. The use of this additional information can lead to higher control quality. On the other hand, there is an improvement in the quality of the diagnosis. Thus, on the basis of an observer, as in accordance with block d.), Estimated states are compared with measured signals. If the residuals between observed and measured signals exceed previously defined threshold values during runtime, it can be concluded that there is an error. With the help of residuals and dynamic models, more meaningful diagnostic results, for example with regard to error detection, pinpointing and quantification, can be achieved. Pinpointing describes the identification of the smallest replaceable defective component in the drive system. All sensor sizes can therefore be compared with corresponding model sizes. The resulting residuals can be used for fault diagnosis. Powerful model-based diagnostic techniques can be implemented in this way. With regard to the depth of diagnosis, these methods are better than simple signal-based methods as they are currently used. Furthermore, there is an increased fault tolerance and reliability. Thus, observer functions, as in accordance with block d.), Can be viewed as virtual sensors which, in the event of a fault, supply substitute values for the failed sensors. In this way, the degree of reliability of the overall system can be increased. In addition, there is a potential for savings in sensor costs, since the observer functions, as in accordance with block d.), Can be viewed as virtual replacement sensors. For example, depending on the result of an observability analysis, it is possible to save some real sensors. However, these savings come at the expense of reliability and fault tolerance. At this point, a tradeoff should be made between fault tolerance and sensor cost. In addition, block d.) Is connected to block c.), That is to say the communication interface, for the exchange of data / information, as indicated by the double arrow. Thus, external signals, such as the raw vehicle speed, can be transmitted to block d.) Via block c.) And measured and modeled signals to be sent to the outside can be forwarded from block d.) To block c.). Furthermore, block d.) Is connected to block g.), That is to say the diagnostic function, for the exchange of data / information, as indicated by the two arrows. In this way, measured / modeled signals can be transferred from block d.) To block g.) In order to carry out an active diagnosis. In addition, block d.) Is connected to block e.) For the exchange of data / information, as indicated by the arrow / double arrow. In this way, release information or release requests, for example for model adaptation, can be transmitted to block e.). In addition, block d.) Is connected to block f.) For the exchange of data / information, as indicated by the arrow, wherein reconfiguration information from block f.) Can be transmitted to block d.), Block f.) Functions are assigned that correspond to a "reconfiguration", ie a switchover of signals, structures or parameters during runtime, which take place as a function of diagnostic results.
In der Struktur stellt der Block e.) den Diagnose-Manager dar, dem Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben, Diagnose-Ergebnisse, die von der Diagnosefunktion gemäß Block g.) bereitgestellt werden, zu verwalten. Die erkannten Fehler werden im nichtflüchtigen Speicher abgelegt und/oder nach außen über einen Diagnosetester über eine Verbindung mit Block c.) weitergeleitet. Ferner sind die Freigabe von Funktionen in Abhängigkeit von den Diagnoseergebnissen, die Verwaltung der Werkstattdiagnosen, die MIL-Verwaltung, die Fehlerheilung sowie die Erfüllung weiterer vom Gesetzgeber abverlangter Anforderungen Aufgaben der Funktionen, die Block e.) zugeordnet sind. Der Block e.) kommuniziert mit den Blöcken a.) bis d.) und f.) bis h.), wie durch die Pfeile beziehungsweise Doppelpfeile angedeutet. Eingangsgrößen von Block e.) sind Anforderungen, beispielsweise nach Freigaben zur Betriebsartenumschaltung, vom Block h.), also dem Controller. Eingangsgrößen von Block e.) sind weiterhin Anforderungen, beispielsweise nach Freigaben zur Modelladaption, vom Block d.), also dem Beobachter. Eingangsgrößen von Block e.) sind außerdem Diagnosestati und -ergebnisse vom Block g.), also der Diagnosefunktion. Eingangsgrößen von Block e.) sind ferner Diagnosestati und - ergebnisse vom Block c.), also der Kommunikations-Schnittstelle. Eingangsgrößen sind außerdem Diagnosestati und -ergebnisse vom Block a.), also der Sensor-Schnittstelle. Eingangsgrößen sind letztendlich auch Diagnosestati und -ergebnisse vom Block b.), also der Aktuator-Schnittstelle. Ausgangsgrößen von Block e.) sind Freigaben an den Block h.), d.) und f.) sowie Freigaben und Sperrungen an den Block g.) sowie Fehlerspeicherinformation an den Block c.).In the structure, block e.) Represents the diagnosis manager, to which functions are assigned which have the task of managing diagnosis results that are provided by the diagnosis function according to block g.). The detected errors are stored in the non-volatile memory and / or forwarded to the outside via a diagnostic tester via a connection with block c.). Furthermore, the release of functions depending on the diagnosis results, the administration of the workshop diagnoses, the MIL administration, the error correction and the fulfillment of further requirements demanded by law are tasks of the functions which are assigned to block e.). The block e.) Communicates with the blocks a.) To d.) And f.) To h.), As indicated by the arrows or double arrows. Input variables from block e.) Are requests, for example for releases for operating mode switching, from block h.), I.e. the controller. Input variables from block e.) Are still requirements, for example for releases for model adaptation, from block d.), I.e. the observer. Input variables from block e.) Are also diagnostic statuses and results from block g.), I.e. the diagnostic function. Input variables from block e.) Are also diagnostic statuses and results from block c.), I.e. the communication interface. Input variables are also diagnostic statuses and results from block a.), I.e. the sensor interface. Input variables are ultimately also the diagnosis status and results from block b.), I.e. the actuator interface. Output variables from block e.) Are releases to block h.), D.) And f.) As well as releases and locks to block g.) And error memory information to block c.).
In der Struktur stellt der Block f.) den Rekonfigurator dar, dem Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben, im Fehlerfall eine Rekonfiguration des Blockes d.) und/oder des Blockes h.) vorzunehmen. Unter dem Begriff „Rekonfiguration“ wird eine Signal-, Struktur- oder Parameterumschaltung zur Laufzeit verstanden. Die Rekonfiguration erfolgt auf Basis der Diagnose-Ergebnisse. Wenn beispielsweise in einer Diagnosefunktion ein Sensor als fehlerhaft erkannt wird, dann sollen die dem Block f.) zugeordneten Funktionen die notwendigen Signal- und Strukturumschaltungen im Block d.) antriggern. Wird ein Aktuator oder eine andere Systemkomponente als fehlerhaft erkannt, dann sollen sowohl Block d.) als auch Block h.) entsprechend rekonfiguriert werden. Der Block f.) ist zum Austausch von Daten/Informationen mit dem Block e.), dem Block d.) und dem Block h.) verbunden, wie durch die Pfeile beziehungsweise den Doppelpfeil angedeutet. Eingangsgrößen des Blockes f.) sind die vom Block e.) verwalteten Diagnoseinformationen. Ausgangsgrößen des Blockes f.) sind Anforderungen zur Rekonfiguration, die an den Block h.) und/oder den Block d.) gehen. Der Einsatz eines Rekonfigurators führt zu einer Erhöhung der Fehlertoleranz des Gesamtsystems beziehungsweise der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, da im Fehlerfall zur Laufzeit, getriggert durch den Rekonfigurator, von einem Messwert auf einen Modellwert umgeschaltet werden kann.In the structure, block f.) Represents the reconfigurator to which functions are assigned have the task of reconfiguring block d.) and / or block h.) in the event of an error. The term “reconfiguration” is understood to mean a signal, structure or parameter switchover during runtime. The reconfiguration is based on the diagnostic results. If, for example, a sensor is recognized as defective in a diagnostic function, then the functions assigned to block f.) Should trigger the necessary signal and structure switchovers in block d.). If an actuator or another system component is recognized as defective, then both block d.) And block h.) Should be reconfigured accordingly. The block f.) Is connected to the block e.), The block d.) And the block h.) For the exchange of data / information, as indicated by the arrows or the double arrow. The input variables of block f.) Are the diagnostic information managed by block e.). Output variables of block f.) Are requests for reconfiguration that go to block h.) And / or block d.). The use of a reconfigurator leads to an increase in the error tolerance of the overall system or the device for controlling and regulating a drive system, since in the event of an error during runtime, triggered by the reconfigurator, it is possible to switch from a measured value to a model value.
In der Struktur stellt der Block g.) eine Diagnosefunktion dar, der wiederum Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben, eine Diagnose durchführen zu können. So befinden sich in Block g.) signal- und/oder modellbasiert Diagnosefunktionen. Die dazu notwendigen Informationen über Systemzustände und Residuen, die als Grundlage für diese Diagnosefunktionen dienen, werden vom Block d.) bereitgestellt. Die Diagnosefunktionen haben auch die Möglichkeit, die Stellsignale oder Sollwerte im Block h.) zu beeinflussen, um eine aktive Diagnose durchführen zu können. Der Block g.) kommuniziert mit dem Block d.), dem Block e.) und dem Block h.), wie durch die Pfeile beziehungsweise den Doppelpfeil angedeutet. Eingangsgrößen des Blockes g.) sind die gemessenen und modellierten Signale inklusive der Residuen vom Block d.) und die Diagnosefreigabeinformation des Blockes e.). Ausgangsgrößen des Blockes g.) sind Diagnoseergebnisse und Statusinformationen, die an den Block e.) übermittelt werden und Sollwertmanipulationen zur Durchführung aktiver Diagnosen, die an den Block h.) übermittelt werden.In the structure, block g.) Represents a diagnostic function, which in turn is assigned functions which have the task of being able to carry out a diagnosis. In block g.) There are signal- and / or model-based diagnostic functions. The necessary information about system states and residuals, which serve as the basis for these diagnostic functions, is provided by block d.). The diagnostic functions also have the option of influencing the control signals or setpoints in block h.) In order to be able to carry out an active diagnosis. The block g.) Communicates with the block d.), The block e.) And the block h.), As indicated by the arrows or the double arrow. The input variables of block g.) Are the measured and modeled signals including the residuals from block d.) And the diagnostic release information of block e.). Output variables of block g.) Are diagnostic results and status information that are transmitted to block e.) And manipulation of setpoint values for carrying out active diagnoses, which are transmitted to block h.).
In der Struktur stellt der Block h.) einen Controller dar, dem wiederum Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben Sollwerte und Stellsignale zu generieren, strategische Entscheidungen zu treffen und eine Koordination der Komponenten, also Koordination der Funktionen und Module durchzuführen, die zu einer bestimmten Hardwarekomponente, wie dem Frischluft- oder Abgassystem eines Fahrzeuges gehören. Als Grundlage für diese Aufgaben dienen in erster Linie jene Informationen, die aus dem Block d.) empfangen werden. Im Block h.) können folgende Kategorien von Funktionen enthalten sein, wie etwa Reglerfunktionen, Steuerungen, Sollwertgenerierung, Strategische Entscheidung, wie beispielsweise eine Betriebsartenumschaltung oder Koordination von Antriebsstrangkomponenten. Die im Block h.) enthaltenen Funktionen lassen sich ebenso wie die des Blockes d.) den einzelnen Hardwarekomponenten zuordnen. Der Block h.) ist zum Austausch von Daten/Informationen mit den Blöcken b.), c.), d.), e.), f.), g.) und h.) verbunden, wie durch die Pfeile, den Doppelpfeil und den fettgedruckten Pfeil angedeutet. Eingangsgrößen sind Rekonfigurationsinformation vom Block f.), Freigabeinformationen vom Block e.), Sollwertmanipulationen vom Block g.), externe Information, wie beispielsweise Momentensollwerte vom Getriebe, die über den Block c.) eintreffen sowie die gemessenen und/oder modellierten Signale vom Block d.). Ausgangsgrößen sind die Stellsignale, die an den Block b.) und den Block c.) gehen, Adaptionswerte und Informationen über Stellanschläge an den Block g.) sowie FreigabeAnforderungen an den Block e.).
Zusammengefasst ist die modulare Struktur so allgemein gehalten, dass sie auch für komplexere Antriebssysteme anwendbar bleibt. So lassen sich beispielsweise in Hinblick auf den Betrieb von Kraftfahrzeugen ohne weiteres aktive Bremsen oder auch hybride Antriebskonzepte mit ihren spezifischen Aktuatoren und Systemkomponenten umsetzen. An der Struktur sind hierzu keine Änderungen erforderlich, der Entwicklungsaufwand beschränkt sich einzig auf die den einzelnen Blöcken zugeordneten Funktionen, beispielsweise betreffend das Antriebsmanagement im Block h.). Der Detaillierungsgrad dieser Beschreibung trägt dem Anspruch an die Allgemeingültigkeit Rechnung. So werden keine Beschreibungen von Funktionen, Implementierungsaspekten, Rechenrastern, Betriebszuständen offenbart. Vielmehr sollen der Zweck sowie das prinzipielle Zusammenwirken der im folgenden Abschnitt definierten Struktur-Blöcke a.) bis h.) beschrieben werden. Diese Struktur-Blöcke a.) bis h.) sind die Container für die zu entwickelnden Funktionen und Module. Welche dieser bevorzugt als Software ausgeführten Komponenten im Spezialfall eines bestimmten Antriebes diese Container ausfüllen, ist allein von den technischen Notwendigkeiten abhängig. So soll beispielsweise nur für den Fall, dass im Rahmen einer Anwendung im Bereich von Verbrennungskraftmaschinen eine Sekundärluftpumpe im System vorhanden ist, auch eine entsprechende Diagnosefunktion in den Steuergerätecode eingebunden werden.In the structure, the block h.) Represents a controller, to which functions are assigned that have the task of generating setpoints and control signals, making strategic decisions and coordinating the components, i.e. coordinating the functions and modules that make up a certain hardware components, such as the fresh air or exhaust system of a vehicle. The information received from block d.) Is primarily used as the basis for these tasks. The following categories of functions can be contained in block h.), Such as regulator functions, controls, setpoint generation, strategic decision, such as switching operating modes or coordinating drive train components. The functions contained in block h.), Like those of block d.), Can be assigned to the individual hardware components. The block h.) Is connected for the exchange of data / information with the blocks b.), C.), D.), E.), F.), G.) And h.), As indicated by the arrows Double arrow and the bold arrow indicated. Input variables are reconfiguration information from block f.), Release information from block e.), Setpoint manipulations from block g.), External information such as torque setpoints from the gearbox that arrive via block c.) And the measured and / or modeled signals from the block d.). Output variables are the control signals that go to block b.) And block c.), Adaptation values and information about control stops to block g.) And release requests to block e.).
In summary, the modular structure is kept so general that it can also be used for more complex drive systems. For example, with regard to the operation of motor vehicles, active brakes or hybrid drive concepts with their specific actuators and system components can easily be implemented. No changes to the structure are required for this, the development effort is limited solely to the functions assigned to the individual blocks, for example relating to drive management in block h.). The level of detail in this description takes into account the requirement for general validity. No descriptions of functions, implementation aspects, computation grids, or operating states are disclosed. Rather, the purpose and the principle interaction of the structure blocks a.) To h.) Defined in the following section are to be described. These structure blocks a.) To h.) Are the containers for the functions and modules to be developed. Which of these components, which are preferably implemented as software, fill this container in the special case of a certain drive, depends solely on the technical requirements. For example, only in the event that a secondary air pump is present in the system as part of an application in the area of internal combustion engines, a corresponding diagnostic function should also be integrated into the control unit code.
Die in
Gemäß
According to
Gemäß
Gemäß
Abschließend umfasst die Struktur weiterhin den Block l.), der einer nicht weiter beschriebenen Überwachung des Steuergerätes bezüglich unzulässiger Beschleunigung eines zu Grunde liegenden Fahrzeugs dient.
Die Architektur sieht die Gruppierung von Funktionen des Blockes h.) und des Blockes d.), soweit möglich auch der weiteren Blöcke, in physikalisch orientierte Module vor. Eine für die verschiedensten Verbrennungsmotoren gleichsam allgemeingültige Unterteilung in Module ist die folgende:
- 1. Luftsystem (Air System)
- 2. Kraftstoffsystem (Fuel System)
- 3. Verbrennungsprozess (Combustion)
- 4. Abgassystem (Exhaust System)
- 5. Antriebsstrang (Powertrain)
- 6. Kühlsystem (Thermal System)
- 7. Elektrisches System (Electrical System)
The architecture provides for the grouping of functions of block h.) And block d.), And as far as possible also of the other blocks, into physically oriented modules. A generally applicable subdivision into modules for the most varied of internal combustion engines is the following:
- 1. Air system
- 2. Fuel system
- 3. Combustion process
- 4. Exhaust system
- 5th powertrain
- 6. Cooling system (thermal system)
- 7. Electrical system
Im Zuge einer Erweiterung der jeweiligen Steuergerätesoftware für weitere Antriebskonzepte ist die obige Liste sinngemäß erweiterbar.
Die Architektur erlaubt verschiedene Betriebszustände neben dem normalen Betrieb, z. B. die Initialisierung und den Nachlauf. Im Betriebszustand „Initialisierung“ werden sämtliche Steuergerätefunktionen initialisiert. Im Betriebszustand „Nachlauf“ werden etwaige stationäre Adaptionen ausgeführt, Adaptionswerte in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben und so weiter. Die nähere Definition dieser und möglicher weiterer Betriebszustände hängt von den zu entwickelnden Funktionen ab. Da die Architektur im wesentlichen Signalflüsse festlegt, stellt diese auch keinen Widerspruch zu etwaigen weiteren Betriebszuständen dar.In the course of expanding the respective control unit software for further drive concepts, the above list can be extended accordingly.
The architecture allows different operating states in addition to normal operation, e.g. B. the initialization and the follow-up. In the "Initialization" operating state, all control unit functions are initialized. In the "Run-on" operating state, any stationary adaptations are carried out, adaptation values are written to the non-volatile memory and so on. The more detailed definition of these and possible other operating states depends on the functions to be developed. Since the architecture essentially defines signal flows, this does not constitute a contradiction to any other operating states.
Ausdrücklich nicht Bestandteil der hier beschriebenen Architektur sind folgende Aspekte. Hinsichtlich der Steuergerätehardware ist die Softwarearchitektur unabhängig und soll sich auf verschiedensten Zielplattformen realisieren lassen. Betreffend die Motor- und Triebstranghardware soll die Softwarearchitektur ein breites Spektrum insbesondere von Fahrzeugkonzepten abdecken. Im Zusammenhang mit der Umsetzung der Funktionen kann und soll der Funktionsentwicklung nicht vorgegriffen werden. Die Architekturbeschreibung hat einen allgemeinen Charakter und sollte nicht von der Umsetzung der notwendigen Funktionen abhängig sein, sondern vielmehr alle technisch sinnvollen Realisierungen erlauben.The following aspects are expressly not part of the architecture described here. With regard to the ECU hardware, the software architecture is independent and should be able to be implemented on a wide variety of target platforms. With regard to the engine and drivetrain hardware, the software architecture should cover a broad spectrum, particularly of vehicle concepts. In connection with the implementation of the functions, the function development cannot and should not be anticipated. The architecture description has a general character and should not depend on the implementation of the necessary functions, but rather allow all technically meaningful implementations.
Gemäß
Gemäß
In der Hardware-Zugriffsschicht erfolgt die Ansteuerung von Hardwarebausteinen für die Signalerfassung (A/D-Wandler, Digital-I/Os). Die vom Hardware-Treiber gelieferten Spannungswerte werden von den in der Sensor-Umwandlungsschicht enthaltenen Umwandlungsfunktionen weiterverarbeitet. Dabei erfolgt die Umrechnung der elektrischen Signale in physikalische Größen wie Druck oder Temperatur. Die Sensorwerte werden von der Sensor-Schnittstelle in dem funktionsseitig erforderlichen kleinsten Zeitraster an den Beobachter, also an Block d.), weitergegeben. Zusätzliche Aufgabe der Sensor-Umwandlungsschicht ist die Durchführung hardwarenaher Grunddiagnosen und gegebenenfalls die Durchführung einer Signalplausibilisierung. Die Diagnose umfasst dabei einfache elektrische Diagnosen (Signal-Range-Check der eingehenden Sensorspannungen). Plausibilisierungen werden nur dann in der Sensor-Schnittstelle durchgeführt, wenn für einen Messwert redundante Sensorinformationen zur Verfügung stehen, wie z. B. für den Drosselklappenöffnungswinkel durch zwei Lagesensoren. Da diese Funktionen hardwarenah liegen, sollen sie als Hardware-Abstraktions-Schicht dienen. Wenn ein Sensor S der Firma ABC mit einem anderen Sensor S der Firma XYZ umgetauscht wird, dann soll nur die Sensor-Schnittstellen-Funktion S davon beeinflusst sein. Daher sollten zwischen Umwandlungsroutinen, die sich auf einer Ebene des Sensor-Interface befinden, keine Querkopplungen existieren.Hardware components for signal acquisition (A / D converter, digital I / Os) are controlled in the hardware access layer. The voltage values supplied by the hardware driver are processed further by the conversion functions contained in the sensor conversion layer. The electrical signals are converted into physical quantities such as pressure or temperature. The sensor values are passed on from the sensor interface to the observer, i.e. to block d.), In the smallest time frame required by the function. An additional task of the sensor conversion layer is to carry out hardware-related basic diagnoses and, if necessary, to carry out a signal plausibility check. The diagnosis includes simple electrical diagnoses (signal range check of the incoming sensor voltages). Plausibility checks are only carried out in the sensor interface if redundant sensor information is available for a measured value, e.g. B. for the throttle valve opening angle by two position sensors. Since these functions are close to the hardware, they should serve as a hardware abstraction layer. If a sensor S from ABC company is exchanged for another sensor S from XYZ, then only the sensor interface function S should be affected. Therefore, there should be no cross-coupling between conversion routines that are located on one level of the sensor interface.
Gemäß
Die Schnittstellen innerhalb des Blockes a.) sind wie folgt charakterisiert. Bei der Kommunikation der Schichten werden die Signale gruppiert und beispielsweise über Busse zwischen den Blöcken versendet, also eine Kommunikation zwischen den Schichten der Sensorschnittstelle erfolgt beispielsweise bei einer Implementierung in SIMULINK® über Busse, welche eine übersichtliche Signalgruppierung ermöglichen. Unbenommen bleibt hierbei die Möglichkeit, andere Implementierungswerkzeuge wie beispielsweise ASCET® zu verwenden. In diesem Fall kann die Signalgruppierung über die Verwendung entsprechender Bezeichner für die Signale erfolgen, die erforderlichenfalls als Messages zu deklarieren sind. Die vom Hardware-Treiber zur Verfügung gestellten Eingangssignale werden in Busse gruppiert und an die Umwandlungsschicht weitergegeben. So werden analoge Sensorsignale in einen Bus gruppiert. Auch digitale Sensorsignale, wie beispielsweise Bitgrößen, Tastverhältnisse, Frequenzen, Periodendauern werden in einen Bus gruppiert. Darüber hinaus werden winkelbezogene Sensoreingangssignale der Kurbel- und Nockenwelle in einen Bus gruppiert. Die Diagnoseergebnisse der Hardware-Zugriffsschicht werden zusammengefasst in einem Bus und an höhere Schichten weitergegeben.The interfaces within block a.) Are characterized as follows. When the layers are communicating, the signals are grouped and, for example, sent via buses between the blocks, i.e. communication between the layers of the sensor interface takes place, for example, when implemented in SIMULINK ® via buses, which enable clear signal grouping. This does not affect the option of using other implementation tools such as ASCET ®. In this case, the signals can be grouped by using appropriate identifiers for the signals, which, if necessary, have to be declared as messages. The input signals made available by the hardware driver are grouped in buses and passed on to the conversion layer. Analog sensor signals are grouped in a bus. Digital sensor signals, such as bit sizes, pulse duty factors, frequencies, and periods are also grouped in a bus. In addition, angle-related sensor input signals from the crankshaft and camshaft are grouped in a bus. The diagnostic results of the hardware access layer are summarized in a bus and passed on to higher layers.
Die innerhalb des Blockes a.) zu realisierenden Funktionen lassen sich wie folgt charakterisieren. Die Sensor-Schnittstelle umfasst Umwandlungsroutinen für folgende Sensor-Signaltypen: für analoge Sensorsignale, wie beispielsweise von einem Temperatur- oder Drucksensor, für spezielle analoge Sensorsignale, wie beispielsweise von einem Klopfsensor oder einer Lambdasonde, für Schalter, wie zum Beispiel einen Türkontaktschalter, für Drehzahl-Sensorsignale, beispielsweise von einem Induktiv- oder Hallgeber, für pulsweitenmodulierte digitale Sensorsignale, wie zum Beispiel von einem HFM-Sensor, für spezielle digitale Sensorsignale, wie zum Beispiel von einem Ölfüllstands und -temperatursensor. Im Falle von Umwandlungsroutinen für analoge Sensorsignale und auch spezielle analoge Sensorsignale und periodische, digitale Sensorsignale wird eine Low-Level-Diagnose mit Überprüfung der Bereichsgrenzen des Sensorsignals durchgeführt. Bei Messgrößen, die von zwei Sensoren gleicher Art aufgenommen werden, beispielsweise Drosselklappenlagesensoren oder Fahrpedallagesensoren wird eine gegenseitige Plausibilisierung der Signale durchgeführt und eines der Signale im SensorBus zum Beobachter in Block d.) weitergeleitet. In der Hardwarezugriffs-Schicht sind hardwarespezifische Routinen und Treiber zum Zugriff auf Eingangsmodule der Hardware und das Auslesen von hardwarenahen Statusinformationen angesiedelt. Die Funktionen besitzen eine hohe Hardwareabhängigkeit. Sie ermöglichen den Zugriff auf analoge und digitale Eingangsmodule und spezielle Eingangsmodule, wie zum Beispiel zur Auswertung von Klopf- und Lambdasondensignalen. Die Auswertung eines Temperatursensors in der Sensor-Schnittstelle soll die Verarbeitung eines Sensorsignals beispielhaft verdeutlichen. Das analoge Spannungssignal des Sensors wird dabei von der Hardwarezugriffs-Schicht an die Umwandlungsroutine weitergegeben. Zusätzlich werden Statusinformationen über den Zustand des A/D-Wandlers und der Hardware weitergegeben. Die Berechnung eines Temperaturwertes erfolgt dann beispielsweise über ein Kennlinie aus dem ausgelesenen Spannungswert. In der Umwandlungsroutine erfolgt zusätzlich eine Abprüfung des Signalbereichs mit Rückgabe des Diagnoseergebnisses. Die Statusinformationen werden im SensorStatusBus und der gemessene Temperaturwert im SensorBus weitergegeben.The functions to be implemented within block a.) Can be characterized as follows. The sensor interface includes conversion routines for the following sensor signal types: for analog sensor signals, such as from a temperature or pressure sensor, for special analog sensor signals, such as from a knock sensor or a lambda probe, for switches, such as a door contact switch, for speed -Sensor signals, for example from an inductive or Hall sensor, for pulse-width-modulated digital sensor signals, such as from an HFM sensor, for special digital sensor signals, such as from an oil level and temperature sensor. In the case of conversion routines for analog sensor signals and also special analog sensor signals and periodic, digital sensor signals, a low-level diagnosis with checking of the range limits of the sensor signal is carried out. In the case of measured variables that are recorded by two sensors of the same type, for example throttle position sensors or accelerator pedal position sensors, a mutual plausibility check of the signals is carried out and one of the signals in the SensorBus is forwarded to the observer in block d.). Hardware-specific routines and drivers for accessing hardware input modules and reading hardware-related status information are located in the hardware access layer. The functions are highly hardware-dependent. They enable access to analog and digital input modules and special input modules, such as for evaluating knock and lambda sensor signals. The evaluation of a temperature sensor in the sensor interface is intended to illustrate the processing of a sensor signal by way of example. The analog voltage signal from the sensor is passed on from the hardware access layer to the conversion routine. In addition, status information about the state of the A / D converter and the hardware is passed on. A temperature value is then calculated, for example, using a characteristic curve from the voltage value read out. In the conversion routine, the signal range is also checked and the diagnostic result is returned. The status information is passed on in the SensorStatusBus and the measured temperature value in the SensorBus.
Gemäß
Die Signalaufbereitung wandelt die physikalischen Stellsignale gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weiterer Informationen in Eingangssignale für die Endstufen-Treiber um. Je nach angeschlossener Aktuatorik gibt es für jeden Steller eine Software-Komponente für die Signalumwandlung. Bei Austausch eines Aktuators A der Firma ABC gegen einen anderen der Firma XYZ sind entsprechend auch die Software-Komponente für die Signalaufbereitung sowie der dazugehörige Treiber für den zu ersetzenden Steller vom Austausch betroffen und anzupassen. Demzufolge sind Querverkopplungen unter den einzelnen Funktionen innerhalb der Signalaufbereitungs- bzw. der Treiberebene nicht zulässig, so dass beim Austausch/Wegfall von Aktuatoren die Schnittstellen anderer Software-Funktionen nicht angepasst werden müssen. Entfällt dagegen ein Aktuator xyz, so entfallen auch die dazugehörige Software-Komponente zur Umwandlung des physikalischen Stellsignals und der Endstufen-Treiber für diesen Aktuator xyz. In diesem Fall müssen die dazugehörigen Software-Funktionen in Block h.) und gegebenenfalls in Block d.) angepasst werden. Entsprechend verhält es sich, wenn ein Aktuator hinzukommt. Für die Ansteuerung des weiteren/neuen Aktuators müssen in der Aktuator-Schnittstelle eine entsprechende Software-Komponente für die Signalaufbereitung und eine Treiber-Komponente für die Ansteuerung der dazugehörigen Endstufe hinzugefügt werden. Der Block h.), also der Controller, ist dahingehend anzupassen, dass für diesen hinzugekommenen Aktuator auch eine entsprechende Stellgröße erzeugt wird.The signal processing converts the physical control signals, if necessary with the aid of additional information, into input signals for the output stage driver. Depending on the connected actuators, there is a software component for signal conversion for each actuator. When an actuator A from company ABC is exchanged for another from company XYZ, the software components for signal processing and the associated driver for the actuator to be replaced are also affected by the exchange and must be adapted accordingly. As a result, cross-couplings between the individual functions within the signal processing or driver level are not permitted, so that the interfaces of other software functions do not have to be adapted when actuators are replaced / omitted. If, on the other hand, an actuator xyz is omitted, the associated software component for converting the physical control signal and the output stage driver for this actuator xyz are also omitted. In this case, the associated software functions in block h.) And, if necessary, in block d.) Must be adapted. It behaves accordingly when an actuator is added. To control the additional / new actuator, a corresponding software component for signal processing and a driver component for controlling the associated output stage must be added to the actuator interface. The block h.), I.e. the controller, must be adapted so that a corresponding manipulated variable is also generated for this added actuator.
Die Schnittstellen innerhalb des Blockes b.) sind wie folgt charakterisiert. Sofern von den jeweiligen Software-Funktionen aus der Signalaufbereitungsebene nur einzelne Treibersignale an die dazugehörigen Treiber übergeben werden, dienen ausschließlich Signale als Schnittstellen. Vor einem Aufruf einer Software-Komponente zur Aufbereitung eines physikalischen Signals sind also zunächst das zu konvertierende Stellsignal aus dem ControlBus und die für die Umwandlung und gegebenenfalls einer weiteren Signalverarbeitung (Skalierung) benötigten Signale aus dem SystemBus zu selektieren. Das als Resultat der Signalaufbereitung zur Verfügung stehende Ausgangssignal wird dem entsprechenden Endstufen-Treiber aus der Treiber-Ebene unmittelbar zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Müssen dagegen mehrere Signale an einen Endstufen-Treiber übergeben werden, so sind diese Signale noch innerhalb der Signalaufbereitungsebene als Bus zusammenzufügen und dem Endstufen-Treiber als Bus zu übergeben. Somit ist auch eine konsistente Datenübergabe gewährleistet, selbst wenn die Signalaufbereitung und der Endstufen-Treiber in unterschiedlichen Tasks aufgerufen werden.The interfaces within block b.) Are characterized as follows. If only individual driver signals are transferred from the respective software functions from the signal processing level to the associated drivers, only signals are used as interfaces. Before calling up a software component to process a physical signal, the control signal to be converted from the ControlBus and the signals from the SystemBus that are required for conversion and, if necessary, further signal processing (scaling) must be selected. The output signal available as a result of the signal processing is made available directly to the corresponding output stage driver from the driver level for further processing. If, on the other hand, several signals have to be transferred to an output stage driver, these signals have to be combined as a bus within the signal processing level and transferred to the output stage driver as a bus. This also ensures consistent data transfer, even if the signal processing and the output stage driver are called in different tasks.
Die innerhalb des Blockes b.) zu realisierenden Funktionen lassen sich wie folgt charakterisieren. Dazu ist in der
Der Block d.), also der Beobachter/die Signalverarbeitung, wird an dieser Stelle im Detail beschrieben. Die Funktionen dieses Blocks haben die Aufgabe, den momentanen Ist-Zustand des zu steuernden und zu regelnden Systems, insbesondere einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, zu beobachten. Diese Beobachtung findet modellgestützt statt. Vereinfachte nichtlineare dynamische Modelle werden eingesetzt, um anhand der Stellsignale und der Umweltbedingungen die messbaren und nichtmessbaren Zustandsgrößen des Systems zu schätzen. Modellierte messbare Zustände werden mit Messsignalen verglichen und daraus Residuen generiert. Anhand dieser Residuen wird eine Beobachterrückführung realisiert, um die modellierten Zustandsgrößen zu korrigieren. Das Prinzip eines Zustandsbeobachters ist in der
Der Block d.) stellt also nicht nur einen Zustandsbeobachter dar, sondern enthält auch weitere Funktionen zur Signalverarbeitung. Besonders hervorzuheben ist an dieser Stelle die Sensoradaption, anhand derer der Einfluss der Sensorungenauigkeiten reduziert werden soll. Um eine Sensoradaption oder -korrektur durchführen zu können, werden Informationen von anderen Sensoren und Modellen benötigt. Da diese Informationen in Block d.) vorhanden sind, findet die Sensorkorrektur und - adaption auch dort statt.The block d.) Therefore not only represents a status observer, but also contains further functions for signal processing. Particularly noteworthy at this point is the sensor adaptation, which is used to reduce the influence of the sensor inaccuracies. In order to be able to carry out a sensor adaptation or correction, information from other sensors and models is required. Since this information is available in block d.), The sensor correction and adaptation also takes place there.
Gemäß
Hinsichtlich des Funktionsprinzips eines Beobachters ist das Zusammenspiel aus vorwärtsgerichteten Prozessmodellen, die in der Ebene „Model Layer“ angeordnet sind und der Beobachterrückführung, welche sich in der Ebene „Observer Feedback Layer“ befindet, von essentieller Bedeutung. Die Rückführung sorgt dafür, dass die von den Modellen berechneten Prozesszustände, wie Drücke, Drehzahlen, Temperaturen, dynamisch mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen. Die Rückführung ist frei parametrierbar, insbesondere kann sie auch so strukturiert werden, dass Rückwirkungen, d. h. Korrekturen, auf bestimmte Teilsysteme beschränkt bleiben. Auf diese Weise kann das Problem des Entwurfs eines „großen“ Beobachters, der alle Informationen verwendet, auf das wesentlich leichter zu lösende Problem des Entwurfs kleinerer Beobachter für einzelne Teilmodelle reduziert werden. Anders formuliert, man kann die Rückführung so gestalten, dass beispielsweise der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zur Korrektur des Luftpfades der verwendeten Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, da beide über die Drehzahl gekoppelt sind, und umgekehrt. Alternativ kann man die Rückführung auch so parametrieren, dass der Luftpfad nur anhand der Informationen des Luftpfades und der Antriebsstrang nur anhand der Informationen des Antriebsstranges korrigiert wird, d. h. die Information bleibt lokal auf die Module beschränkt. In vielen Fällen ist es möglich, die Zustandsgrößen aus verschiedenen Messgrößen zu rekonstruieren, d. h. das System bleibt für verschiedene Sensorkonfigurationen beobachtbar. Fällt beispielsweise im laufenden Betrieb ein Sensor aus und wird dieses detektiert, so können trotzdem noch, unter Verwendung einer alternativen Beobachterrückführung, die Zustandsgrößen beobachtet werden. Eine zuvor gemessene Größe kann auf diese Weise durch eine rekonstruierte Größe ersetzt werden. Dieser Vorgang wird in der Ebene „Observer Feedback Layer“ durch die „Compare and Select“-(CnS-)Funktionen realisiert. Der Block d.) nimmt ferner Funktionen wahr, die über die Beobachtung des Systemzustandes hinausgehen. Die Ebene „Sensor Adaptation and Correction Layer“ enthält Funktionen zur Korrektur und Adaption der Sensoren, wie später beschrieben wird.With regard to the functional principle of an observer, the interaction of forward-looking process models, which are arranged in the “Model Layer” level, and the observer feedback, which is located in the “Observer Feedback Layer” level, is of essential importance. The feedback ensures that the process states calculated by the models, such as pressures, speeds, temperatures, dynamically match the actual values. The feedback can be freely parameterized; in particular, it can also be structured in such a way that repercussions, i. H. Corrections remain limited to certain subsystems. In this way, the problem of designing a “large” observer using all the information can be reduced to the much easier-to-solve problem of designing smaller observers for individual sub-models. In other words, the feedback can be designed in such a way that, for example, the drive train of a motor vehicle is used to correct the air path of the internal combustion engine used, since both are coupled via the speed, and vice versa. Alternatively, the feedback can also be parameterized in such a way that the air path is corrected only on the basis of the information from the air path and the drive train is corrected only on the basis of the information from the drive train, i. H. the information remains locally restricted to the modules. In many cases it is possible to reconstruct the state variables from different measured variables, i. H. the system remains observable for different sensor configurations. If, for example, a sensor fails during operation and this is detected, the state variables can still be observed using an alternative observer feedback. In this way, a previously measured variable can be replaced by a reconstructed variable. This process is implemented in the “Observer Feedback Layer” using the “Compare and Select” (CnS) functions. The block d.) Also performs functions that go beyond the observation of the system state. The “Sensor Adaptation and Correction Layer” contains functions for correcting and adapting the sensors, as described later.
Die Kommunikation der Ebenen innerhalb des Blockes d.) ist in
In
Innerhalb des Blockes d.) sind folgende Funktionen zu realisieren. Die Modellebene enthält Prozessmodelle von Motor und Antriebsstrang. Diese Prozessmodelle sind in Module gruppiert, die wie folgt für eine modellhafte Beschreibung einer Verbrennungskraftmaschine in Verbindung mit
Das Modul Fuel System Model (FuSysMdl) enthält ein Modell des Kraftstoffsystems einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus Nieder- und Hochdruckseite. Es umfasst u. a. die Komponenten Tank, Kraftstoffförderpumpe, Aktivkohlebehälter (Tankentlüftung), Hochdruckpumpe, Rail und Einspritzventile. Modelliert werden dabei Größen wie Drücke, Temperaturen, Kraftstoffmassenstrom aus Tankentlüftung. Je nach Fahrzeug muss das Modell systemspezifisch angepasst werden. Varianten hierbei sind beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit Saugrohr- oder Direkteinspritzung oder der Typ der verwendeten Hochdruckkraftstoffpumpe.The Fuel System Model (FuSysMdl) module contains a model of the fuel system of an internal combustion engine, consisting of the low and high pressure sides. It includes, among other things. the components tank, fuel pump, activated charcoal canister (tank ventilation), high pressure pump, rail and injection valves. Quantities such as pressures, temperatures and fuel mass flow from the tank ventilation are modeled. Depending on the vehicle, the model must be adapted system-specifically. Variants here are, for example, an internal combustion engine with intake manifold or direct injection or the type of high-pressure fuel pump used.
Das Modul „Combustion Model“ (CmbMdl) enthält ein thermodynamisches Modell, welches die Energie im Brennraum bilanziert. Modelliert werden sollen die mechanische Energie beziehungsweise das Drehmoment, der Wärmefluss über die Zylinderwände beziehungsweise die Kopplung zum Kühlsystem, der Energiestrom in den Abgasstrang (gegebenenfalls die einzelnen Spezies), das Brennraumlambda, die Verbrennungsschwerpunktlage. Die Auswahl der zu modellierenden Größen hängt ebenfalls von dem Betriebsverfahren der zu Grunde liegenden Verbrennungskraftmaschine ab, also ob es sich beispielsweise um ein Otto-, Diesel- oder Otto-Selbstzündungs-Verfahren handelt.The “Combustion Model” (CmbMdl) module contains a thermodynamic model that balances the energy in the combustion chamber. The mechanical energy or torque, the heat flow through the cylinder walls or the coupling to the cooling system, the energy flow in the exhaust system (possibly the individual species), the combustion chamber lambda, and the combustion focus are to be modeled. The selection of the variables to be modeled also depends on the operating method of the underlying internal combustion engine, that is to say whether it is, for example, an Otto, Diesel or Otto self-ignition method.
Das Modul „Exhaust System Model“ (ExSysMdl) enthält ein Modell des Abgassystems einer Verbrennungskraftmaschine vom Auslassventil bis zum Auspuff. Es beschreibt die Dynamik von Druck und Temperatur sowie das Abgaslambda. Die Konfiguration des Modells erfolgt abhängig davon, ob es sich um eine Verbrennungskraftmaschine mit oder ohne Abgasturbolader handelt oder abhängig von der Anzahl und Art der Katalysatoren.The module "Exhaust System Model" (ExSysMdl) contains a model of the exhaust system of an internal combustion engine from the exhaust valve to the exhaust. It describes the dynamics of pressure and temperature as well as the exhaust gas lambda. The model is configured depending on whether it is an internal combustion engine with or without an exhaust gas turbocharger or depending on the number and type of catalytic converters.
Das Modul „Powertrain Model“ (PtMdl) enthält ein Antriebsstrangmodell, welches Größen liefert, wie beispielsweise Drehzahlen, Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Torsionswinkel, übertragbares Kupplungsmoment, Fahrwiderstände oder Steigungswinkel. Je nach Fahrzeug muss dieses Modell angepasst werden. Varianten sind hierbei, ob es sich beispielsweise um ein Antriebskonzept mit einem manuell betätigten Wechselgetriebe, einem automatischen Getriebe oder um einen Parallelhybrid, also eine Kombination aus Verbrennungskraftmaschine und elektrischer Maschine, handelt.The “Powertrain Model” (PtMdl) module contains a drive train model that provides parameters such as engine speed, longitudinal vehicle speed, longitudinal acceleration, torsion angle, transferable clutch torque, driving resistance or gradient angle. Depending on the vehicle, this model must be adapted. Variants are, for example, whether it is a drive concept with a manually operated change gearbox, an automatic gearbox or a parallel hybrid, i.e. a combination of an internal combustion engine and an electric machine.
Das Modul „Thermal System Model“ (ThSysMdl) enthält ein Modell des Kühlsystems. Es beschreibt die Temperaturen der verschiedenen Kühlkreisläufe und ist ebenfalls je nach Antriebskonzept zu konfigurieren.The module "Thermal System Model" (ThSysMdl) contains a model of the cooling system. It describes the temperatures of the various cooling circuits and must also be configured depending on the drive concept.
Das Modul „Electrical System Model“ (EISysMdl) enthält ein Modell des elektrischen Systems eines Antriebskonzeptes. Es kann sich hier beispielsweise um ein einfaches Batteriemodell handeln oder auch, im Falle eines Hybridantriebes, um ein komplexes Modell der Leistungselektronik und der elektrischen Antriebe.The module "Electrical System Model" (EISysMdl) contains a model of the electrical system of a drive concept. For example, it can be a simple battery model or, in the case of a hybrid drive, a complex model of the power electronics and the electric drives.
In der Beobachterrückführungsebene/Rückführebene existiert zu jeder Hardwarekomponente ein Modul, in dem zwei Funktionen untergebracht sind. Diese realisieren die Berechnung der Beobachterrückführung (Ofb-Funktionen) und die Berechnung der Residuen inklusive der Auswahl der in den SystemBus geschriebenen Signale (CnS-Funktionen). Die Beobachterrückführung bestimmt aus den Residuen einen Korrekturwert. Es wird der gesamte Residuen-Bus verwendet, d. h. prinzipiell können alle Residuen aller Modelle für die Berechnung des Korrekturwertes herangezogen werden.In the observer feedback level / feedback level, there is a module for each hardware component in which two functions are accommodated. These implement the calculation of the observer feedback (Ofb functions) and the calculation of the residuals including the selection of the signals written in the SystemBus (CnS functions). The observer feedback determines a correction value from the residuals. The entire residual bus is used; H. In principle, all residuals of all models can be used to calculate the correction value.
Der für ein Komponentenmodell berechnete Korrekturwert wird entsprechend der in Verbindung mit
In der Sensorkorrektur- und Adaptionsebene (Sensor Correction and Adaptation Layer) werden Funktionen realisiert, die beispielsweise auf der Grundlage eines stationären, von Null verschiedenen Residuums eine Sensorkorrektur vornehmen. Ein Beispiel hierfür könnte die Adaption eines Drucksensors sein, wobei durch einen Adaptionsalgorithmus ein Druckoffset ermittelt wird, welcher dann im nichtflüchtigen Speicher abgelegt wird. Das Verrechnen des Sensorwertes mit diesem Adaptionswert wird dann als Sensorkorrektur bezeichnet.In the sensor correction and adaptation layer, functions are implemented which, for example, carry out a sensor correction on the basis of a stationary, non-zero residual. An example of this could be the adaptation of a pressure sensor, a pressure offset being determined by an adaptation algorithm, which is then stored in the non-volatile memory. The calculation of the sensor value with this adaptation value is then referred to as sensor correction.
Gemäß
Im Diagnose-Manager werden alle Informationen über den Betriebsablauf und den Systemzustand zentral zusammengetragen, analysiert und abgebildet. Die Auswertung dieser Informationen findet zentral statt und wird zur Planung der weiteren Systemabläufe herangezogen. In diesem Zusammenhang kommt dem Modul „Coordination Manager“ als Koordinator der internen Systemabläufe eine zentrale Bedeutung zu. Für die Erfüllung der gesetzlichen Bestimmungen und insbesondere der Anforderungen aus dem Bereich der On-Board Diagnose (OBD) spielen die Module „Symptom Manager“, „Diagnostic Manager“ und „Statistic-Tools“ eine wichtige Rolle. Zur Bedienung von Forderungen aus den Bereichen Produktion, Bandende und Werkstatt ist ein separater Platzhalter („Production / End of Line / Garage“) vorgesehen. Das Modul „System Manager“ dient als Container für alle anderen, auch systemübergreifenden Funktionalitäten, die einen Bezug zum Motorsteuergerät haben oder benötigen.In the diagnosis manager, all information about the operating sequence and the system status is collected, analyzed and mapped centrally. The evaluation of this information takes place centrally and is used to plan further system processes. In this context, the “Coordination Manager” module is of central importance as the coordinator of the internal system processes. The “Symptom Manager”, “Diagnostic Manager” and “Statistic Tools” modules play an important role in fulfilling the legal requirements and, in particular, the requirements in the area of on-board diagnostics (OBD). A separate placeholder ("Production / End of Line / Garage") is provided for handling requirements from the areas of production, end of line and workshop. The “System Manager” module serves as a container for all other, also cross-system, functionalities that are related to or need to be related to the engine control unit.
Die interne Kommunikation und der wesentliche Signalfluss innerhalb des Diagnose-Managers sind in
Das Modul „Diagnostic Manager“ beinhaltet die Erfassung und Verwaltung der Diagnoseergebnisse. Dazu zählen auch die Realisierungen von Funktionalitäten, wie Entprellung und Heilung im Rahmen der On-Board-Diagnose. Zusätzlich werden hier Mechanismen zum Umgang mit FreezeFrames und die Ansteuerung von beispielsweise MIL (Malfunktion Indicator Lamp, Anzeige von Fehlern im Rahmen der OBD), EPCL (Electronic Power Control Lamp, EGAS-Überwachung) bereitgestellt.The "Diagnostic Manager" module contains the acquisition and management of the diagnostic results. This also includes the implementation of functionalities such as debouncing and healing as part of the on-board diagnosis. In addition, mechanisms for dealing with FreezeFrames and the control of, for example, MIL (Malfunction Indicator Lamp, display of errors in the context of OBD), EPCL (Electronic Power Control Lamp, EGAS monitoring) are provided.
Der „Coordination Manager“ beinhaltet die Verriegelung und Priorisierung von Funktionen auf Basis von Diagnoseergebnissen und Systemanforderungen. Ausgaben des Moduls sind Funktionsaufrufe. Dies geschieht im Wesentlichen durch eine Priorisierung der Anforderungen und damit der Funktionsabläufe, eine entsprechende Freigabe oder Sperrung von Funktionen in Abhängigkeit von Systemzustand und Diagnoseergebnissen (über SysCoordBus) und die Überwachung der Funktionsabläufe (über xxxStatusBus).The "Coordination Manager" includes the locking and prioritization of functions on the basis of diagnostic results and system requirements. The module outputs are function calls. This is essentially done by prioritizing the requirements and thus the functional processes, a corresponding release or blocking of functions depending on the system status and diagnostic results (via SysCoordBus) and the monitoring of the functional processes (via xxxStatusBus).
Dem „Symptom Manager“ obliegt die Verarbeitung der Diagnoseergebnisse aus den Blöcken a.), b.) und g.), also der Sensor-Schnittstelle, der Aktuator-Schnittstelle und der Diagnosefunktion. Zur Sicherstellung des Pinpointings ist eine entsprechende Querverriegelungsmatrix zu generieren. Zur Vermeidung von Fehlalarmen (irrtümliche Anzeige eines Fehlers) sind Vorentprellungen (z. B. zeitlich oder ereignisorientiert) innerhalb des Modules „Symptom Manager“ vorzusehen.The "Symptom Manager" is responsible for processing the diagnostic results from blocks a.), B.) And g.), I.e. the sensor interface, the actuator interface and the diagnostic function. To the To ensure pinpointing, a corresponding cross-locking matrix must be generated. To avoid false alarms (erroneous display of an error), pre-debouncing (e.g. time or event-oriented) must be provided within the "Symptom Manager" module.
Das Modul „Statistik-Tools“ umfasst u. a. Funktionen zur Berechnung der IUMPR im Rahmen der OBD. Optional können hier auch weitere statistische Auswertefunktionen und kundenspezifische Systemanalysefunktionen hinterlegt werden.The “Statistics Tools” module includes, among other things. Functions for calculating the IUMPR as part of the OBD. Optionally, further statistical evaluation functions and customer-specific system analysis functions can also be stored here.
Im Rahmen des Moduls „Production / End of Line / Garage“ werden Funktionalitäten aus den Bereichen Produktion, Bandende und Werkstatt vorgehalten. Als Beispiele seien hier die Einleitung von Kurztrips und Stellgliedtests sowie die Realisierung von Anpassungskanälen und die Durchführung der Steuergerätecodierung genannt.As part of the “Production / End of Line / Garage” module, functionalities from the areas of production, end of line and workshop are provided. Examples include the initiation of short trips and actuator tests as well as the implementation of adaptation channels and the implementation of the control unit coding.
Im Modul „System Manager“ werden Funktionen, wie z. B. WIV (Wartungsintervallverlängerung) und WFS (Wegfahrsperre) hinterlegt.In the “System Manager” module, functions such as B. WIV (maintenance interval extension) and WFS (immobilizer) stored.
Weiterhin wird der Block h.), also der Controller, im Detail dargestellt. Der Block h.), also der Controller, generiert aus den vom Block d.), also dem Beobachter/der Signalverarbeitung, vom Block f.), also dem Rekonfigurator, vom Block e.), also dem Diagnose-Manager, vom Block c.), also der Kommunikations-Schnittstelle und vom Block g.), also der Diagnosefunktion, zur Verfügung gestellten Signalen Ansteuerungen der Aktuatoren, d. h. der Controller enthält sämtliche Funktionen zur Steuerung und Regelung von Motor und Antriebsstrang. Die zu einer bestimmten Hardwarekomponente gehörende Steuerungs-/Regelungsfunktion lässt sich somit als entsprechendes Modul identifizieren. Der Block h.) umfasst die Module „PtCtl“ (Powertrain Control; Antriebsstrangkoordination), „ExCtl“ (Exhaust System Control; Steuerung/Regelung Abgassystem), „EffCoord“ (Efficiency Coordination; Wirkungsgradkoordination), „TqCtl“ (Torque Control; Momenten-Steuerung/Regelung), „AirCtl“ (Air System Control; Steuerung/Regelung Luftsystem), „CmbCtl“ (Combustion Control; Steuerung/Regelung Verbrennung), „FuCtl“ (Fuel System Control; Steuerung/Regelung Kraftstoffsystem), „ThCtl“ (Thermal System Control; Steuerung/Regelung Kühlsystem) und „ActCtl“ (Actuator Control; Steuerung/Regelung Aktuatoren). Der prinzipielle Signalfluss innerhalb des Blockes h.) ist in
Entsprechend der Darstellung des prinzipiellen Signalflusses innerhalb des Blockes h.) gemäß
Weiterhin wird der Block g.), also die Diagnosefunktion, im Detail dargestellt. Steigende gesetzliche und technische Anforderungen an moderne Motormanagementsysteme machen die ständige Prüfung und Überwachung des Gesamtsystems einschließlich seiner Sensoren, Aktuatoren, Komponenten und Teilsysteme notwendig. Das minimale Ziel besteht dabei in der Erfüllung der gesetzlichen Auflagen im Rahmen der OBD. Darüber hinaus soll die geführte Störungs- und Fehlersuche in Service und Werkstatt unterstützt sowie die Umsetzung kundenspezifischer Wünsche ermöglicht werden. Ziel ist es, Störungen und Fehler frühzeitig zu erkennen, zu lokalisieren und zu identifizieren, um Folgeschäden an Motor und Fahrzeug vermeiden zu können. Der Block g.) beinhaltet alle Systemdiagnosen, die nicht in den Bereich der Low-Level-Diagnosen im Block a.), b) oder c.) fallen oder zum E-Gas-Monitoring im Block l.) gehören.Block g.), I.e. the diagnostic function, is also shown in detail. Increasing legal and technical requirements for modern engine management systems make constant testing and monitoring of the entire system, including its sensors, actuators, components and subsystems necessary. The minimum goal is to meet the legal requirements within the framework of the OBD. In addition, the guided troubleshooting and troubleshooting in service and workshop should be supported and the implementation of customer-specific requests made possible. The aim is to detect, localize and identify malfunctions and errors at an early stage in order to avoid consequential damage to the engine and vehicle. The block g.) Contains all system diagnoses that do not fall into the range of the low-level diagnoses in block a.), B) or c.) Or belong to the e-gas monitoring in block l.).
Die Strukturierung des Blockes g.) erfolgt in Anlehnung an die Struktur in den Blöcken d.) und h.), also dem Beobachter und dem Controller. Der Aufbau von Block g.) ist in
Zur Abbildung der gesetzlichen Anforderungen wird im Block g.) eine weitere ModulEbene eingeführt. Hintergrund ist die in der Gesetzgebung verankerte höhere Auflösung der Komponenten in Hinblick auf abgasrelevante Bauteile. Die zusätzliche Modulebene wird in
Die Kommunikation innerhalb des Blockes g.) verläuft in vertikaler Richtung von oben nach unten. Als Eingangsgrößen werden die Residuen (ResidueBus), Modell- und Sensorgrößen (ModelBus bzw. SensorBus) sowie Freigaben (über SysCoordBus) verarbeitet. Ausgaben des Blockes sind, neben den Diagnoseergebnissen selbst (DiagnosisBus), der Status einzelner Diagnosen (DiagnosisStatusBus) und, falls eine aktive Diagnose erforderlich ist, Anforderungen an den Controller (DiagnosisControl-Bus). Die Struktur ist in
Auf der zweiten (Sub-) Modulebene erfolgt die Gliederung in Anlehnung an die Gesetzgebung. Mit Bezug auf den in
Weiterhin wird der Block f.), also der Rekonfigurator, im Detail dargestellt. Die Rekonfiguration (Umgestaltung, Neuordnung) des Systems ist als Werkzeug zur Realisierung von fehlertoleranten Systemen zu verstehen. Die Rekonfiguration greift dabei auf Ressourcen im System zurück, um den Betrieb auch im Fehlerfall sicherzustellen. Der weitere Betrieb kann dabei möglicherweise nur zum Teil, mit reduzierter Performanz und/oder für eine begrenzte Zeit erfolgen. Grundlage eines fehlertoleranten Systems und damit für die Durchführung einer Rekonfiguration ist eine leistungsfähige Diagnose, die ein präzises Pinpointing ermöglicht. Aufgabe des Blockes f.) ist es, den Systembetrieb und die Systemperformanz trotz eines auftretenden Fehlers im System aufrecht zu erhalten, mindestens jedoch einen „Limp Home“ Mode zu realisieren (Vermeidung von Liegenbleibern). Der Block f.) dient zur Anpassung und Umschaltung des Systems im Fehlerfall. Im Rahmen dieses Blockes sollen Funktionen und Rückfallebenen hinterlegt werden, die im Sinne eines fehlertoleranten Systems einen sicheren Betrieb des Motors über den Zeitpunkt eines Fehlerauftrittes hinaus gewährleisten. Die grundsätzliche Struktur des Blockes f.) ist in
Der Block f.) umfasst die den einzelnen Modulen zugeordneten Rekonfigurationsstrategien, die sich in Ausprägung und Umfang unterscheiden. Dabei ist anzumerken, dass der Block f.) nur dann aktiv ist, wenn ein Fehler im System aufgetreten ist, diagnostiziert wurde und vom Diagnose-Manager in Block e.) eine entsprechende Rekonfigurationsanforderung an den Block f.) gestellt wurde.Block f.) Comprises the reconfiguration strategies assigned to the individual modules, which differ in terms of form and scope. It should be noted that block f.) Is only active when an error has occurred in the system, has been diagnosed and a corresponding reconfiguration request has been made to block f.) By the diagnosis manager in block e.).
Abhängig von der jeweiligen Rekonfigurationsstrategie kann der Block f.) auf den Block d.), h.) oder auf den Block d.) und auf den Block h.) gemeinsam zugreifen. Das Prinzip ist in
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