DE102009011430A1

DE102009011430A1 - Drive system controlling and regulating apparatus for motor vehicle, has controller connected to monitor for receiving information about actual state of system, and monitor connected to controller for receiving control signals

Info

Publication number: DE102009011430A1
Application number: DE200910011430
Authority: DE
Inventors: Jan Peter Dr.-Ing. Blath; Maiko Dr.-Ing. Garwon; Franz Dr.-Ing. Kallage; Nick Dr.-Ing. Weinhold; Abid Prof. Dr. Ali
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-08-26

Abstract

The apparatus has a computer program code structured in multiple blocks (a-l). One of the blocks includes a monitor and another block includes a controller. The monitor includes functions to monitor an actual state of a drive system and to process measurement signals. The controller includes functions to control and regulate the system and to create control signals. The monitor is connected to sensors to receive the measurement signals. The controller is connected to the monitor to receive information about the state. The monitor is connected to the controller to receive the control signals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.The The present invention relates to an apparatus for controlling and Control of a drive system according to the features of claim 1.

Aus der DE 100 44 319 A1 ist es vorbekannt, zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeuges eingebettete Softwarelösungen einzusetzen, wobei so genannte Basisfunktionen und Betriebsfunktionen verwendet werden, wobei die Basisfunktionen unter anderem so genannte Kernfunktionen und Treibersoftware umfassen, also Funktionen, die steuereinheitsspezifisch sind, wobei die Betriebsfunktionen Funktionen umfassen, die das eigentliche Betriebsverhalten des Fahrzeuges bestimmen, wobei die Basisfunktionen und die Betriebsfunktionen derart voneinander getrennt sind, dass ein Hinzufügen oder Austauschen von Betriebsfunktionen möglich ist, ohne dass die Basisfunktionen geändert werden müssen. Erfolgt jedoch beispielsweise im Rahmen einer Weiterentwicklung des Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges eine Änderung der Sensorik, ist davon auszugehen, dass sowohl Änderungen in den Betriebsfunktionen als auch Änderungen in den Basisfunktionen erforderlich sind.From the DE 100 44 319 A1 it is already known to use embedded software solutions for controlling and / or regulating a vehicle, whereby so-called basic functions and operating functions are used, the basic functions including, inter alia, so-called core functions and driver software, ie functions that are specific to the control unit, wherein the operating functions include functions, determine the actual performance of the vehicle, the basic functions and the operating functions are separated from each other so that an addition or replacement of operating functions is possible without the basic functions must be changed. However, if, for example, in the context of a further development of the drive system of a motor vehicle, a change in the sensor system, it can be assumed that both changes in the operating functions and changes in the basic functions are required.

Aufgabetask

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems bereitzustellen, wobei bei einem Wechsel des Antriebssystems beziehungsweise einer damit verbundenen Änderung der Sensorik möglichst wenig Änderungsbedarf besteht.It is therefore an object of the present invention, a device for To provide control and regulation of a drive system, wherein when changing the drive system or a so associated change in the sensor as little change required consists.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems gelöst, die einen Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode in mehrere Blöcke strukturiert ist, wobei die Blöcke Funktionen zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems als abgrenzbare Bestandteile des Computerprogrammcodes umfassen, wobei ein Block einen Beob achter und ein Block einen Controller umfasst, wobei der Beobachter Funktionen zur Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems und Funktionen zur Verarbeitung von Messsignalen umfasst, wobei der Controller Funktionen zur Steuerung, Funktionen zur Regelung und Funktionen zur Bildung von Stellsignalen umfasst, wobei der Beobachter zum Empfangen von Messsignalen mit Sensoren verbunden ist, wobei der Controller mit dem Beobachter zum Empfangen von Informationen über den Ist-Zustand des Antriebssystems verbunden ist, wobei der Beobachter zum Empfangen von Stellsignalen mit dem Controller verbunden ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt durch die Trennung des Blockes, der einen Beobachter umfasst, von dem Block, der einen Controller umfasst, eine Entkopplung der mit der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung verbundenen Sensoren von den Funktionen zur Steuerung, Funktionen zur Regelung und Funktionen zur Bildung von Stellsignalen, die der Controller umfasst, so dass bei einem Wechsel des Antriebssystems beziehungsweise einer damit verbundenen Änderung der Sensorik lediglich der Funktionsumfang des Blockes, der den Beobachter umfasst, angepasst werden muss und somit insgesamt wenig Änderungsbedarf besteht. Mit anderen Worten bleiben bei einem Wechsel des Antriebssystems beziehungsweise einer damit verbundenen Änderung der Sensorik die Funktionen, die der Controller umfasst, unberührt, da die Schnittstelle zwischen dem Beobachter und dem Controller unverändert bleibt. Insbesondere bleibt bei einem Wechsel der Sensorik die Verbindung zwischen dem Controller und dem Beobachter zum Senden und Empfangen von Informationen zu dem Ist-Zustand des Antriebssystems und zum Senden und Empfangen von Stellsignalen unverändert, da nur der Beobachter zum Empfangen von Messsignalen und/oder in physikalische Größen umgerechnete Messsignale mit Sensoren verbunden ist. Dadurch, dass ein Beobachter in die Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems eingebunden ist, ist es ausserdem erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, mittels der Funktionen zur Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems Sensoren nachzubilden und eine Minimalsensorkonfiguration zu ermöglichen, so dass Kosten für Sensoren eingespart werden können. So können die Funktionen zur Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems quasi als virtuelle Sensoren betrachtet werden, die auf vorteilhafte Weise bei dem Ausfall von Sensoren Ersatzwerte liefern können, so dass sich eine erhöhte Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit des Antriebssystems ergibt. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Funktionen, die der Beobachter und die der Controller umfasst, einzel nen Hardwarekomponenten des Antriebssystems zugeordnet, so dass sich vorteilhaft eine leichte Identifizierbarkeit der jeweils zusammenwirkenden Bestandteile der Vorrichtung zur Steuerung/Regelung eines Antriebssystems ergibt. In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst der Beobachter neben den Funktionen zur Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems und Funktionen zur Verarbeitung von Messsignalen Funktionen zur Beobachterrückführung sowie Funktionen zur Adaption/Korrektur der verwendeten Sensorik. Insbesondere erfolgt die Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems auf Grundlage von Modellen, die anhand der vom Controller übermittelten Stellsignale und gegebenenfalls weiteren Informationen messbare und nichtmessbare Zustandsgrößen schätzen, wobei die modellierten messbaren Zustandsgrößen mit Messsignalen verglichen und daraus Residuen gebildet werden, wobei anhand dieser Residuen die Beobachterrückführung realisiert wird, um die modellierten Zustandsgrößen und die Messsignale der verwendeten Sensorik zu korrigieren/adaptieren. Erfindungsgemäß ist dazu der Beobachter in eine Modellebene, eine Beobachterrückführungsebene und eine Sensoradaptions/-korrekturebene gruppiert. Die Modellebene umfasst Prozessmodelle des Antriebssystems, die hinsichtlich der jeweils physikalisch beschreibbaren Hardwarekomponenten des Antriebssystems in Module gruppiert sind. Die Beobachterrückführungsebene umfasst ebenfalls für jede physikalisch beschreibbare Hardwarekomponente des Antriebssystems ein Modul, das wiederum zwei Funktionen umfasst, wobei eine der Funktionen die Berechnung der Beobachterrückführung realisiert und die andere der Funktionen die Berechnung der Residuen einschließlich einer Signalauswahl zwischen modellierten, gemessenen und gemessenen und gefilterten Werten und einem Ersatzwert realisiert. Die Sensoradaptions/-korrekturebene umfasst Funktionen, die auf Grundlage eines von Null verschiedenen Residuums eine Korrektur- und/oder Adaption von Sensoren vornehmen. Durch die Gruppierung des Beobachters in drei Ebenen ergeben sich dabei insbesondere im Rahmen der Entwicklung eines Antriebssystems Erleichterungen, da eine einheitliche Gliederung der zusammenwirkenden Bestandteile einer Vorrichtung zur Steuerung/Regelung eines Antriebssystems vorliegt und sich für den Bearbeiter eine klare übersichtliche Struktur darstellt. Dadurch, dass die Modellebene Prozessmodelle umfasst, die hinsichtlich physikalisch beschreibbarer Hardwarekomponenten des Antriebssystems in Module gruppiert sind und dadurch, dass die Beobachterrückführungsebene für jede physikalisch beschreibbare Hardwarekomponente des Antriebssystems ein Modul umfasst, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, das Zusammenwirken der Modellebene und der Beobachterrückführungsebene so zu strukturieren und/oder zu parametrieren, dass die Beobachterrückführung auf bestimmte Teilsysteme und/oder Hardwarekomponenten des Antriebssystems beschränkt bleibt. 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 Beobachterrückführung 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 lokal auf die Module beschränkt bleibt.This object is achieved by means of a device for controlling and regulating a drive system comprising a computer program code, wherein the computer program code is structured into a plurality of blocks, wherein the blocks comprise functions for controlling a drive system as delimitable components of the computer program code, wherein a block Beob eighth and a block comprises a controller, the observer includes functions for monitoring the actual state of the drive system and functions for processing measurement signals, the controller includes functions for control, functions for regulating and functions for the formation of actuating signals, wherein the observer for receiving measurement signals is connected to sensors, wherein the controller is connected to the observer for receiving information about the actual state of the drive system, wherein the observer verb to receive control signals with the controller verb is unden. According to the invention, the separation of the block comprising an observer from the block comprising a controller advantageously decouples the sensors connected to the device for controlling from the functions for controlling, functions for regulating and functions for forming actuating signals , which comprises the controller, so that when changing the drive system or an associated change in the sensor, only the range of functions of the block, which includes the observer, must be adjusted and thus there is little overall need for change. In other words, when changing the drive system or an associated change in the sensor, the functions that the controller includes, remain untouched, since the interface between the observer and the controller remains unchanged. In particular, when changing the sensor, the connection between the controller and the observer for transmitting and receiving information about the actual state of the drive system and for transmitting and receiving control signals remains unchanged, since only the observer for receiving measurement signals and / or physical Size converted measuring signals is connected to sensors. The fact that an observer is integrated into the device for controlling and regulating a drive system, it is also advantageously possible according to the invention to simulate sensors by means of the functions for monitoring the actual state of the drive system and to allow a minimum sensor configuration, so that costs for sensors can be saved can. Thus, the functions for observing the actual state of the drive system can be regarded as quasi virtual sensors, which can advantageously provide substitute values in the event of failure of sensors, resulting in increased fault tolerance and reliability of the drive system. In one embodiment of the present invention, the functions that the observer and the controller includes, individual NEN hardware components of the drive system associated with, so that advantageously results in an easy identifiability of each cooperating components of the device for controlling / regulating a drive system. In a further embodiment of the present invention, the observer in addition to the functions for monitoring the actual state of the drive system and functions for processing measurement signals includes functions for observer feedback and functions for adaptation / correction of the sensors used. In particular, the observation of the actual state of the drive system is based on models which estimate measurable and non-measurable state variables on the basis of the control signals transmitted by the controller and optionally further information, wherein the modeled measurable state variables are compared with measurement signals and represented are formed from residuals, the observer feedback being realized on the basis of these residuals in order to correct / adapt the modeled state variables and the measuring signals of the sensors used. According to the invention, the observer is grouped into a model plane, an observer feedback plane and a sensor adaptation / correction plane. The model level includes process models of the drive system, which are grouped into modules with respect to the physically describable hardware components of the drive system. The observer feedback plane also comprises for each physically writable hardware component of the drive system a module which in turn comprises two functions, one of the functions realizing the calculation of the observer feedback and the other of the functions calculating the residuals including a signal selection between modeled, measured and measured and filtered values and a substitute value realized. The sensor adaptation / correction plane includes functions that perform a correction and / or adaptation of sensors based on a non-zero residual. The grouping of the observer in three levels results in particular in the context of the development of a drive system facilitations, as a uniform structure of the cooperating components of a device for controlling / regulating a drive system is present and represents a clear structure for the operator. By virtue of the fact that the model level comprises process models which are grouped into modules with respect to physically describable hardware components of the drive system and in that the observer feedback level comprises a module for each physically describable hardware component of the drive system, it is advantageously possible to co-operate the model plane and the observer feedback plane To structure and / or parameterize that the observer feedback remains limited to certain subsystems and / or hardware components of the drive system. In this way, the problem of designing a "big" observer using all the information can be reduced to the much easier problem of designing smaller observers for individual submodels. In other words, one can design the observer feedback so 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 rotational speed, and vice versa. Alternatively, the feedback can also be parameterized such that the air path is corrected only on the basis of the information of the air path and the drive train only on the basis of the information of the drive train, ie the information is limited locally to the modules.

Insbesondere sind der Beobachter und der Controller Bestandteil einer zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems aus mehreren Blöcken gebildeten modularen Struktur eines Computerprogrammcodes, 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/Eigenschaften der verwendeten Sensoren oder Aktoren die den Blöcken a.) bis h.) zugeordneten Funktionen festgelegt werden. Mit anderen Worten dienen die Blöcke a.) bis h.) als Behälter oder Container für die zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems notwendigen Funktionen, wobei der Inhalt der Container je nach Antriebskonzept des zu Grunde liegenden Antriebssystems, also im Rahmen einer Fahrzeuganwendung beispielsweise einem Otto-, Diesel- oder Hybridantrieb und/oder der Anzahl/Eigenschaften der verwendeten Sensoren oder Aktoren, variiert. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird demgemäß durch die Anordnung und Verbindung der Blöcke a.) bis h.) eine allgemein gehaltene modulare Gesamtstruktur gebildet, mit der sich verschiedene Antriebskonzepte, also beispielsweise einem Otto-, Diesel- oder Hybridantrieb eines Fahrzeuges, steuern und/oder regeln lassen, wobei die Blöcke a.) bis h.) als Container für die notwendigen Funktionen agieren, wobei je nach Antriebskonzept der Inhalt der Container variiert. Ein Antriebssystem kann im Sinne der vorliegenden Erfindung u. a. eine Verbrennungskraftmaschine, eine Kopplung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Getriebe zum Antrieb eines Fahrzeuges, eine Kopplung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Generatorsystem zur Gewinnung elektrischer Energie oder auch der Oberbegriff für den gesamten Antriebsstrang eines Fahrzeuges sein. Erfindungsgemäß wird unter einem Block ein übergeordnetes Architektur- oder Strukturelement verstanden, das als Behälter für Module und Funktionen dient. Als Funktion werden erfindungsgemäß elementare, abgrenzbare Bestandteile der Steuerung und Regelung beziehungsweise einer Software zur Steuerung und Regelung bezeichnet, die eine definierte Aufgabe erfüllen und genau spezifizierte Schnittstellen aufweisen. Beispielsweise handelt es sich bei einem so genannten Leerlaufregler einer Verbrennungskraftmaschine als Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges um eine Funktion. Ein Modul bezeichnet weiterhin eine Menge von thematisch zusammengehörigen Funktionen. So enthält beispielsweise das Modul „Triebstrangkoordinator” sämtliche zur Steuerung und Regelung des Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, u. a. bestehend aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe, notwendigen Funktionen. Soweit technisch möglich, entspricht ein Modul einer physikalisch beschreibbaren Hardwarekomponente, beispielsweise dem Luftsystem oder dem Kraftstoffsystem einer Verbrennungskraftmaschine.In particular, the observer and the controller are part of a modular structure of a computer program code formed from a plurality of blocks for controlling and regulating a drive system, wherein in each case at least one block for

a.) a sensor interface,
b.) an actuator interface,
c.) a communication interface,
d.) an observer / signal processing,
e.) a diagnostic manager,
f.) a reconfigurator,
g.) a diagnostic function,
h.) a controller,

The blocks a.) to h.) are connected to each other for the exchange of data / information, wherein the blocks a.) to h.) Functions are assigned, depending on the drive concept of the underlying drive system and / or the number / characteristics of the sensors or actuators used, the blocks a.) to h.) assigned functions are determined. In other words, blocks a.) To h.) Serve as containers or containers for the functions necessary for controlling and regulating the drive system, the contents of the containers depending on the drive concept of the underlying drive system, ie in the context of a vehicle application, for example an Otto , Diesel or hybrid drive and / or the number / characteristics of the sensors or actuators used varies. According to the invention, a generally held modular overall structure is accordingly formed by the arrangement and connection of the blocks a.) To h.), With which various drive concepts, for example a gasoline, diesel or hybrid drive of a vehicle, can be controlled and / or regulated , wherein the blocks a.) to h.) Act as a container for the necessary functions, depending on the drive concept, the content of the container varies. For the purposes of the present invention, a drive system may, inter alia, be an internal combustion engine, a coupling of an internal combustion engine with a transmission for driving a vehicle, a coupling of an internal combustion engine with a generator system for obtaining electrical energy or also the general term for the entire drive train of a vehicle. According to the invention, a block is understood to mean a superordinate architectural or structural element which serves as a container for modules and functions. As a function of the invention elementary, definable components of the control and regulation or a software for control and regulation are called, which fulfill a defined task and have precisely specified interfaces. For example, a so-called idle speed controller of an internal combustion engine as the drive system of a motor vehicle is a function. A module also designates a menu ge of thematically related functions. For example, the module "drive train coordinator" contains all the functions necessary for controlling and regulating the drive train of a motor vehicle, including, inter alia, an internal combustion engine and a transmission. As far as technically possible, a module corresponds to a physically describable hardware component, for example the air system or the fuel system of an internal combustion engine.

Der erfindungsgemäße Controller und der Beobachter, beziehungsweise die Funktionen, die dem Controller und dem Beobachter zugeordnet sind, sowie die modulare Struktur der Blöcke a.) bis h.) ist/sind insbesondere als Computerprogrammcode ausgeführt, welcher auf einem allgemein bekannten Steuergerät eines Antriebskonzeptes gespeichert ist und ausgeführt wird.Of the inventive controller and the observer, or the functions that the controller and the observer are assigned, as well as the modular structure of the blocks a.) to h.) is / are designed in particular as computer program code, which on a well-known control unit of a Drive concept is stored and executed.

Ausführungsbeispielembodiment

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the present invention are the subsequent embodiment and the dependent To claim.

Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:

1: die erfindungsgemäße modulare Struktur zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, 1 : the modular structure according to the invention for controlling and regulating a drive system,

2: die erfindungsgemäße modulare Struktur als Bestandteil einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems aus AUTOSAR-Sicht, 2 : the modular structure according to the invention as part of a device for controlling and regulating a drive system from the AUTOSAR point of view,

3: Details der Sensor-Schnittstelle, 3 : Details of the sensor interface,

4: die Darstellung des Signalflusses von einem gewandelten Sensorspannungswert bis zum Istwert, 4 : the representation of the signal flow from a converted sensor voltage value to the actual value,

5: Details der Aktuator-Schnittstelle, 5 : Details of the actuator interface,

6: Details zur Signalaufbereitung, 6 : Details on signal conditioning,

7: das Prinzip eines Zustandsbeobachters, 7 : the principle of a state observer,

8: Details zum Beobachter/zur Signalverarbeitung, 8th : Observer details / signal processing,

9: Details zur Kommunikation innerhalb des Beobachters/der Signalverarbeitung, 9 : Details on communication within the observer / signal processing,

10: Details zu einer Signalauswahl, 10 : Details about a signal selection,

11: Details des Diagnose-Managers, 11 : Details of the Diagnostics Manager,

12: interne Kommunikation/Signalfluss innerhalb des Diagnose-Managers, 12 : internal communication / signal flow within the diagnostics manager,

13: den Signalfluss innerhalb des Controllers, 13 : the signal flow within the controller,

14: Details zur Diagnosefunktion, 14 : Details on the diagnostic function,

15: die zusätzliche Modulebene in der Diagnosefunktion, 15 : the additional module level in the diagnostic function,

16: die Kommunikation innerhalb der Diagnosefunktion, 16 : the communication within the diagnostic function,

17: Details zum Rekonfigurator, 17 : Details about the reconfigurator,

18: Details zu Rekonfigurationsstrategien. 18 : Details on reconfiguration strategies.

Gemäß 1 ist die erfindungsgemäße modulare Struktur zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, das die Blöcke a.) bis h.) sowie weitere Blöcke i.) bis l.) umfasst, dargestellt. Der Block a.) stellt in der erfindungsgemäßen Struktur eine Sensor-Schnittstelle dar, die für die Grundverarbeitung von Sensorsignalen zuständig ist, wobei Funktionen, die dem Block a.) zugeordnet sind, dazu dienen, Hardwarebausteine für die Erfassung von Signalen anzusteuern, also beispielsweise eine A/D-Wandlung vorzunehmen, Umrechnungen elektrischer Signale in physikalische Größen, also beispielsweise eine Spannung in einen Druck umzurechnen sowie eine hardwarenahe Grunddiagnose und Plausibilisierung der gemessenen Signale vorzunehmen. Die dem Block a.) zugeordneten Funktionen sind hardwarenah und dienen quasi als Hardwareabstraktionsschicht. Der Block a.) ist mit Sensoren zum Austausch von Informationen/Daten sowie mit dem Block d.), also dem Beobachter beziehungsweise der Signalverarbeitung, verbunden, wie durch die beiden fett gedruckten Pfeile angedeutet. Eingangsgrößen des Blockes a.) sind die abgetasteten, quantisierten elektrischen Signale der Sensoren, die durch die Funktionen, die Block a.) zugeordnet sind, verarbeitet werden, so dass die Ausgangsgrößen des Blockes a.) die in physikalische Größen, wie Druck oder Temperatur, umgerechneten elektrischen Sensorsignale sind, die dem Block d.) zugeführt werden, wobei mittels des Beobachters/der Signalverarbeitung eine Korrektur/Adaption des erfassten Signals oder ein Vergleich mit modellierten Signalwerten erfolgen kann. Außerdem ist der Block a.) 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 a.) durchgeführten Grunddiagnose und Plausibilisierung der gemessenen Signale mittels des Diagnose-Managers in Block e.) eine Verwaltung erfolgt, beispielsweise ein Ablegen einer Fehlerinformation in einem nicht flüchtigen Speicher und gegebenenfalls nach außen über einen Diagnosetester. Praktisch ergibt sich durch das Vorsehen des Blockes a.) in Verbindung mit den Blöcken d.) und e.) der Vorteil, dass wenn ein Sensor eines bestimmten Herstellers gegen einen Sensor eines anderen Herstellers ausgetauscht wird, nur der Block a.), also die Sensor-Schnittstelle und sonst keine weiteren Umfänge der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems beeinflusst werden, also somit unverändert bleiben.According to 1 is the modular structure according to the invention for controlling and regulating a drive system comprising the blocks a.) to h.) And other blocks i.) to l.) Is shown. The block a.) Represents in the structure according to the invention a sensor interface which is responsible for the basic processing of sensor signals, wherein functions associated with the block a.) Serve to drive hardware components for the detection of signals, so for example perform an A / D conversion, conversions of electrical signals into physical quantities, that is, for example, to convert a voltage into a pressure and to perform a hardware-related basic diagnosis and plausibility of the measured signals. The functions assigned to block a.) Are hardware-oriented and act as a hardware abstraction layer. The block a.) Is connected to sensors for exchanging information / data and to the block d.), Ie the observer or the signal processing, as indicated by the two bold arrows. Inputs to block a.) Are the sampled, quantized electrical signals from the sensors, which are processed by the functions associated with block a.) So that the outputs of block a.) Are converted into physical quantities, such as pressure or temperature , converted electrical sensor signals, which are supplied to the block d.), wherein by means of the observer / the signal processing, a correction / adaptation of the detected signal or a comparison with modeled signal values can take place. In addition, the block a.) For the exchange of information / data with the block e.), Ie the diagnostic manager, connected, as indicated by the arrow, and depending on the result of the performed in block a.) Basic diagnosis and plausibility of the measured signals by means of the diagnostic manager in block e.) An administration takes place, for example, storing error information in a non-volatile memory and optionally to the outside via a diagnostic tester. In practice, the provision of the block a.) In conjunction with the blocks d.) And e.) The advantage that when a sensor of a particular manufacturer is replaced by a sensor from another manufacturer, only the block a.), Ie the sensor interface and no other peripheries of the device for controlling and regulating the drive system are influenced, thus remain unchanged.

Der Block b.) stellt in der erfindungsgemäßen 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.Of the Block b.) Provides in the structure according to the invention The actuator interface is for final processing of actuating signals and their forwarding to the actuators or Power amplifiers is responsible. The block b.) Is next to the respective one Actuators with the block h.), So the controller, for replacement connected by data / information, as indicated by the bold Arrow indicated. In block b.) Control signals are read in, which may be in logical or physical units and which are formed in the block h.). The block b.) Associated Functions convert these actuating signals into signals in suitable form so that they are forwarded to output stages for controlling the actuators can be, as by the other bold arrow indicated. The functions associated with block b.) Are mainly the task of making a final processing of actuating signals, to build a driver for the power amp hardware, a Driver for actuator hardware and perform power amp diagnostics. Block b.) Is also used to exchange information / data the block e.), ie the diagnostic manager, as connected by the Arrow indicated, depending on the result the diagnostics of the output stages carried out in block b.) or the actuators by means of the diagnostic manager in Block e.) An administration takes place, for example, a deposit of a Error information in a non-volatile memory and, if necessary a communication of the error information to the outside via a diagnostic tester. In addition, block b.) Is for replacement of information / data with the block d.), ie the observer Signal processing, connected as indicated by the two arrows, in particular, current modeled / observed process variables or measured signals from block d.) to block b.) become.

Erfindungsgemäß 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 Ansteu erung 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.According to the invention advantageous takes place with the help of the division into block b.) and block h.) one Decoupling of controller functions and used actuator, respectively can by means of the division of the block h.), the controller functions are assigned, and the block b.) controller functions independently realized by the actuator used. An example of this is a so-called rail pressure control to set a specific Pressure value in the rail of the injection system of an internal combustion engine. The block h.) Assigned controller function generates as an abstract control variable a nominal volume flow through the high-pressure pump. The actuator interface, So block b.), calculated from this abstract manipulated variable a Ansteu eration of the actuator. For example, the latter can be around a quantity control valve or in another concept around a suction side Three way valve act. The controller function thus remains independent of Pump concept and can for different fuel systems be used.

Der Block c.) stellt in der erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen 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.Of the Block c.) Provides in the structure according to the invention a communication interface that connects to others Devices for controlling and regulating a drive system, So other control devices or units, allows one protocol-based communication, such as CAN, CCP, XCP, FlexRay or diagnostic tester. the Block c.) Are thus assigned functions that facilitate the exchange data or messages with other communication partners. Furthermore, here is the CAN monitoring, for example regarding timeouts, to accommodate. The block c.) Is accordingly with external communication networks, such as the CAN bus connected, as indicated by the double arrow. Besides, block is c.) for communication within the invention Structure with the block h.), Ie the controller, the block d.), So the observer / the signal processing and the block e.), So connected to the diagnostic manager, as indicated by the arrows. about the connection of the block c.) to the block e.) further data / information regarding diagnostic results of others Control units or units of the drive system transmitted be as indicated by the arrow / double arrow. As input variables of the block c.) can therefore be summarized, external, for example via CAN received signals, measured or modeled signals from block d.) to be sent further, control signals from block h.), for example, sent to another controller should be and managed by block e.) Diagnostic results, such as for example, error memory entries. As output variables of block c.) can be summarized on the one hand, signals that be sent outwards, such as measured / modeled Signals from block d.) To the other control signals from the block h.) and further diagnostic results from block e.). output signals block c.) are also external variables read in, such as the vehicle raw speed or torque setpoints, which are forwarded via block c.) to block d.).

In der erfindungsgemäßen 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 according to the invention, the block d.), Ie the observer / signal processing tion, an essential element that goes beyond the basic control-technical function of a state 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. 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 referred to as residuum 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 1 dargestellt. Für die Realisierung modellgestützter Diagnosen wird insbesondere Block g.) mit den Beobachterresiduen versorgt. Der Ist-Zustand setzt sich aus gemessenen Signalen, beobachteten Größen und weiteren aus Messungen, Beobachtungen und den weiteren Block d.) zur Verfügung gestellten Signalen berechneten Größen zusammen. Es kann sich hierbei um wertkontinuierliche Signale wie Drehzahlen oder Drücke handeln, aber auch um wertdiskrete Information wie etwa die aktuelle Betriebsart eines Verbrennungsmotors oder ein Statusbit, welches die Betriebsbereitschaft einer Lambda-Sonde anzeigt. Damit geht die hier verwendete Definition des Ist-Zustandes über die regelungstechnische Definition hinaus, da nicht nur Zustandsgrößen ermittelt werden, welche die Dynamik des Gesamtsystems beschreiben, sondern auch weitergehende Information dem System bereitgestellt wird. Ein Beispiel für eine solche Information stellt die Zylinderfüllung dar, die sich aus Zustandsgrößen wie Saugrohrdruck usw. berechnet.The functions that are assigned to block d.) Are used to supply block b.), Block h.) And block g.) With the required information about the actual state of drive and vehicle, the necessary connections are as arrows in 1 shown. For the realization of model-based diagnoses, in particular block g.) Is supplied with the observer residuals. The actual state is composed of measured signals, observed quantities and further variables calculated from measurements, observations and the further block d.) Of the signals provided. These may be value-continuous signals such as speeds or pressures, but also value-discrete information such as the current operating mode of an internal combustion engine or a status bit indicating the operational readiness of a lambda probe. Thus, the definition of the actual state used here goes beyond the control-technical definition, since not only state variables are determined which describe the dynamics of the entire system, but also further information is provided to the system. An example of such information is the cylinder filling, which is calculated from state variables such as intake manifold pressure, etc.

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 1 dargestellt. Aus diesem Vergleich gehen die sogenannten Residuen hervor, mit deren Hilfe eine Beobachterrückführung realisiert wird, welche die modellierten Zustandsgrößen korrigiert. Als Residuum wird ein berechneter Fehler, beispielsweise zwischen Modell und Messung, bezeichnet. Wird eine messbare Größe mit Hilfe eines mathematischen Modells berechnet, so stellt die Differenz zwischen gemessenem und modelliertem Wert das Residuum dar. Eine weitere Aufgabe der Funktionen, die dem Block d.) zugeordnet sind, ist die Beobachtung der Systemzustände, wobei diese beobachteten Zustände dazu verwendet werden können, nicht messbare Größen in der Steuerung und Regelung zu verwenden. Bei einem Sensorausfall können beobachtete Zustände als Ersatzwerte für Messgrößen verwendet werden.In other words, the functions associated with the block d.) Have the task of observing the current actual state of the drive system to be controlled and regulated by means of models. For example, simplified non-linear dynamic models are used to estimate the measurable and non-measurable state variables of the system based on the control signals and environmental conditions. In this context, modeled measurable states are compared with measurement signals. For the transmission of measurement signals block d.) Is connected to block a.), As in 1 shown. From this comparison, the so-called residuals emerge, with the help of which an observer feedback is realized, which corrects the modeled state variables. Residual is a calculated error, for example between model and measurement. If a measurable quantity is calculated using a mathematical model, then the difference between the measured and modeled value represents the residual. Another task of the functions associated with the block d.) Is the observation of the system states, with these observed states in addition can be used to use non-measurable variables in the control and regulation. In the event of a sensor failure, observed states can be used as substitute values for measured variables.

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 1 durch die Pfeile angedeutet, wobei die gemessenen und/oder modellierten/beobachteten Signale auch in einem gemeinsamen Bus zusammengefasst werden können. Ferner ermöglicht Block d.), dass sich die Funktionen, die dem Block h.), also dem Controller, zugeordnet sind, unabhängig von der Sensorkonfiguration realisieren lassen. Eine solche Entkopplung beziehungsweise Abstraktion der Sensorik bewirkt auf vorteilhafte Weise, dass bei einem Wechsel der Sensorkonfiguration, beispielsweise bei einem Wechsel des Antriebskonzeptes, aufgrund der festgelegten Schnittstelle zwischen Block d.) und Block h.) nur die Funktionen, die dem Block d.) zugeordnet sind, geändert werden müssen, und nicht die dem Block h.) zugeordneten Funktionen. Eine Änderung der Sensorkonfiguration schlägt sich somit nicht in einer Änderung der Reglerfunktionen nieder. Mit anderen Worten nimmt der Beobachter gemäß Block d.) eine Abstraktion der Sensorik vor und entkoppelt diese von den Reglerfunktionen im Controller, also von Block h.). Wenn sich beispielsweise im Zuge eines Projektwechsels die Sensorkonfiguration ändert, müssen nur die Funktionen, die Block d.) zugeordnet sind, angepasst werden. Die Funktionen, die dem Block h.) zugeordnet sind, bleiben unberührt, weil die festgelegte Schnittstelle zwischen Block d.) und Block h.) unverändert bleibt. Wie schon darge stellt, ist der Block d.) zum Austausch von Daten/Informationen ferner mit Block b.) verbunden, wobei insbesondere modellierte/beobachtete oder auch gemessene Signale von dem Block d.) an den Block b.) übermittelt werden, wie durch die Pfeile angedeutet.As already described, it is also the task of the functions associated with the block d.) To provide the functions associated with the block h.) And the block g.) With the information about the actual state of the system and the residuals. Block d.) With block h.) And block g.) Is connected to the exchange of data / information so that measured and / or modeled / observed signals can be transmitted, as in 1 indicated by the arrows, wherein the measured and / or modeled / observed signals can also be combined in a common bus. Furthermore block d.) Allows the functions associated with the block h.), Ie the controller, to be implemented independently of the sensor configuration. Such a decoupling or abstraction of the sensor advantageously effects that when the sensor configuration changes, for example when the drive concept changes, due to the fixed interface between block d.) And block h.), Only the functions corresponding to block d.) are assigned, must be changed, and not the block h.) assigned functions. A change in the sensor configuration is therefore not reflected in a change in the controller functions. In other words, the observer takes an abstraction of the sensor system according to block d.) And decouples this from the controller functions in the controller, that is from block h.). If, for example, the sensor configuration changes in the course of a project change, only the functions that are assigned to block d.) Need to be adapted. The functions assigned to block h.) Remain unaffected because the fixed interface between block d.) And block h.) Remains unchanged. As already stated, the block d.) For the exchange of data / information is further connected to block b.), In particular modeled / observed or also measured signals are transmitted from the block d.) To the block b.), Such as indicated by the arrows.

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 bessere 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 aussagekräftiger 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 realization 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.), Ie the observer, can naturally be assigned to individual hardware components. So there is in the Zu In connection with a used internal combustion engine a intake manifold model, a rail model and so on. So there is always a so-called "component view" obtained, which allows a quick assignment of modules and functions to hardware components of the drive system. In general, an observer-based structure has the following advantages. On the one hand, there is an improvement in the standard quality. So not everything is always measurable in technical systems. 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. By returning the observed states, the control quality can be improved. Thus, all internal system states are detected by the observer in accordance with block d.) And are available for the control. In this way, powerful modern methods, such as state controllers, can be easily integrated. The use of this additional information can lead to higher quality control. On the other hand, there is an improvement in the quality of diagnosis. Thus, based on an observer, as in block d.), Estimated states are compared with measured signals. If, at runtime, the residuals between observed and measured signals exceed previously defined threshold values, it is possible to conclude that an error has occurred. Residuals and dynamic models provide better diagnostic results, such as error detection, pinpointing, and quantification. Pinpointing describes the identification of the smallest replaceable defective component of the drive system. Thus, all sensor sizes can be compared with corresponding model sizes. The resulting residuals can be used for fault diagnosis. Efficient model-based diagnostic techniques can be realized in this way. These methods are more meaningful in terms of depth of diagnosis than simple signal-based methods currently used. Furthermore, there is an increased fault tolerance and reliability. Thus, observer functions, as per block d.), Can be regarded as virtual sensors that provide replacement values for the failed sensors in the event of an error. Thus, 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 block d.), Can be considered as virtual replacement sensors. For example, depending on the result of an observability analysis, it is possible to save some real sensors. These savings are at the expense of reliability and fault tolerance. At this point, a trade off between fault tolerance and sensor cost should be achieved. In addition, block d.) Is connected to block c.), Ie the communication interface, for the exchange of data / information, as indicated by the double arrow. Thus, via the block c.) External signals, such as the vehicle raw speed, to block d.) Are transmitted and forward to be sent measured and modeled signals from block d.) To block c.) Forwarded. Block d.) Is also connected to block g.), Ie the diagnostic function, for the exchange of data / information, as indicated by the two arrows. Thus, measured / modeled signals can be passed from block d.) To block g.) To make an active diagnosis. In addition, block d.) Is connected to block e.) For exchanging data / information, as indicated by the arrow / double arrow. Thus, release information or release requirements, for example, for model adaptation, to the block e.) Are transmitted. In addition, block d.) Is connected to block f.) For exchanging data / information, as indicated by the arrow, where reconfiguration information can be transmitted from block f.) To block d.), Where block f.) Functions are assigned, which correspond to a "reconfiguration", ie a switching of signals, structures or parameters at runtime, which are carried out in dependence on diagnostic results.

In der erfindungsgemäßen 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 according to the invention, the block e.) Represents the diagnostic manager to which functions are assigned, which have the task of administering diagnostic results 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 diagnostic results, the management of the workshop diagnostics, the MIL management, the error recovery, as well as the fulfillment of other demands imposed by the legislator are tasks of the functions associated with 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 of block e.) Are requirements, for example, after releases for operating mode switching, from block h.), So the controller. Input variables of block e.) Are furthermore requirements, for example for approvals for model adaptation, from block d.), Ie the observer. Input variables of block e.) Are also diagnostic states and results of the block g.), So the diagnostic function. Input variables of block e.) Are also diagnostic states and results of the block c.), So the communication interface. Input variables are also diagnostic states and results from block a.), Ie the Sen sor interface. In the end, input variables are also diagnostic states and results from block b.), Ie the actuator interface. Outputs of block e.) Are releases to the block h.), D.) And f.) As well as releases and blockages to the block g.) As well as error storage information to the block c.).

In der erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäß 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 Diagnose informationen. Ausgangsgrößen des Blockes f.) sind Anforderungen zur Rekonfiguration, die an den Block h.) und/oder den Block d.) gehen. Erfindungsgemäß führt der Einsatz eines Rekonfigurators 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 of the invention provides the block f.) represent the reconfigurator to which functions are assigned have the task, in case of error, a reconfiguration of the block d.) and / or block h.). The term "reconfiguration" is used According to the invention a signal, structure or parameter switching understood at runtime. The reconfiguration is based on the Diagnostic results. If, for example, in a diagnostic function a sensor is detected as faulty, then the block f.) assigned functions the necessary signal and structure switching in block d.). Becomes an actuator or other system component detected as faulty, then block d.) as well as block h.) be reconfigured accordingly. The block f.) Is for replacement data / information with the block e.), the block d.) and the Block h.), As indicated by the arrows or the double arrow indicated. Input variables of the block f.) Are the diagnostic information managed by the block e.). outputs block f.) are reconfiguration requests made to the block h.) and / or block d.). According to the invention leads the use of a reconfigurator to increase the Fault tolerance of the entire system or the device for controlling and regulating a drive system, as in the event of a fault at runtime, triggered by the reconfigurator, from a measured value can be switched to a model value.

In der erfindungsgemäßen 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 of the invention provides the block g.) a diagnostic function, which in turn assigned functions are those who have the task of making a diagnosis to be able to. So are in block g.) Signal and / or Model-based diagnostic functions. The necessary information about System states and residuals used as the basis for these diagnostic functions are provided by block d.). The diagnostic functions also have the option of the Control signals or setpoints in block h.) To influence a to perform 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. Input variables of the block g.) Are the measured and modeled signals including the residuals from block d.) and the diagnostic enable information of block e.). outputs of the block g.) are diagnostic results and status information, which are transmitted to block e.) and setpoint manipulations for carrying out active diagnoses, which are sent to block h.) become.

In der erfindungsgemäßen 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 Freigabe-Anforderungen an den Block e.).In the structure of the invention provides the block h.) a controller, which in turn functions are assigned, which have the task of generating setpoints and control signals, to make strategic decisions and to coordinate the Components, ie coordination of functions and modules, to a particular hardware component, such as the fresh air or Exhaust system of a vehicle belong. As a basis for These tasks primarily serve those information that comes from the block d.). In the block h.) Can the following Categories of functions, such as governor functions, Controls, setpoint generation, strategic decision, such as For example, a mode switch or coordination of Powertrain components. The functions contained in block h.) can be as well as the block d.) The individual hardware components assign. The block h.) Is for exchanging data / information with the blocks b.), c.), d.), e.), f.), g.) and h.), as by the arrows, the 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 transmission, which arrive over the block c.) as well as the measured and / or modeled signals from block d.). outputs are the control signals going to block b.) and block c.), Adaptation values and information about parking stops to block g.) as well as release requests to block e.).

Zusammengefasst ist die erfindungsgemäße 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 summary, the modular structure according to the invention is kept so general that it remains applicable to more complex drive systems. For example, with regard to the operation of motor vehicles, active braking or hybrid drive concepts with their specific actuators and system components can be readily implemented. For this purpose, no changes are required to the structure, the development effort is limited solely to the functions assigned to the individual blocks, for example regarding the drive management in block h.). The level of detail of this description takes into account the claim to generality. Thus, no descriptions of functions, implementation aspects, rasters, operating states are disclosed. Rather, the purpose as well as the principle cooperation of the structure blocks a.) To h.) Defined in the following section shall be described. These structure blocks a.) To h.) Are the containers for the functions and modules to be developed. Which of these preferably executed as software components in the special case of a be The drive chosen to fill these containers depends solely on the technical requirements. Thus, for example, only in the event that in the context of an application in the field of internal combustion engines, a secondary air pump is present in the system, also a corresponding diagnostic function is incorporated into the control unit code.

Die in 1 dargestellten Blöcke a.) bis h.), welche die Systemarchitektur beschreiben, beinhalten nun eine Vielzahl von Modulen und Funktionen. Diese wiederum arbeiten im allgemeinen mit verschiedenen Zeitrastern. Grundsätzlich sind folgende Rechenraster vorzusehen. Kurbelwinkelsynchrone Raster, wie ein zündseg mentsynchrones Raster einer Verbrennungskraftmaschine und in Bezug auf eine Hochdruckeinspritzpumpe einer Verbrennungskraftmaschine ein förderhubsynchrones Raster. Außerdem sind zweckmäßigerweise zeitsynchrone Raster vorzusehen, beispielsweise 1 ms, 10 ms, 20 ms, 100 ms und so weiter. Denkbar sind ebenfalls ereignisgesteuerte Tasks, wie zum Beispiel das Ausführen der Rekonfiguration nur im Falle eines entsprechenden Fehlers. Es sollte darauf geachtet werden, dass die vom Block a.) eingelesenen Signale angemessen abgetastet werden, so dass kein Aliasing auftritt. Ferner ist zu beachten, dass bei einer Wiederabtastung von Signalen mit einer längeren Abtastzeit Anti-Aliasing-Filter vorzusehen sind, wenn ein signifikanter Energiegehalt oberhalb der Nyquistfrequenz vorhanden ist.In the 1 Blocks a.) to h.) which describe the system architecture now include a plurality of modules and functions. These, in turn, generally work with different time grids. Basically, the following calculation rasters are to be provided. Crank angle synchronous grid, such as an ignition sequence-synchronous grid of an internal combustion engine and with respect to a high-pressure injection pump of an internal combustion engine, a conveyor-synchronous grid. In addition, it is expedient to provide time-synchronized rasters, for example 1 ms, 10 ms, 20 ms, 100 ms and so on. Also conceivable are event-controlled tasks, such as the execution of the reconfiguration only in the case of a corresponding error. Care should be taken that the signals read in from block a.) Are adequately sampled so that no aliasing occurs. It should also be noted that when resampling signals having a longer sampling time, anti-aliasing filters are to be provided if there is a significant energy content above the Nyquist frequency.

Gemäß 1 umfasst die erfindungsgemäße Struktur außerdem den Block i.), der in einer Bibliothek Klassen von Funktionen enthält, die zur Laufzeit aufgerufen werden. Es kann sich hierbei z. B. um einen Optimierer, einen rekursiven Schätzalgorithmus o. ä. handeln.According to 1 The structure according to the invention also comprises block i.), which contains classes of functions in a library which are called at runtime. It may be here z. Example, an optimizer, a recursive estimation algorithm o. Ä. Act.

Gemäß 1 umfasst die erfindungsgemäße Struktur weiterhin den Block j.), der Kernfunktionalitäten des zu Grunde liegenden Steuergeräts enthält, welche u. a. das Betriebssystem und das Task-Scheduling umfassen.According to 1 the structure according to the invention further comprises the block j.), which contains core functionalities of the underlying control device, which include, among other things, the operating system and the task scheduling.

Gemäß 1 umfasst die erfindungsgemäße Struktur weiterhin den Block k.), der die Schnittstelle zu einem Applikationssystem, also die dafür notwendige Hardware, Kommunikation und Software, darstellt. Dieser Block soll gewährleisten, dass anhand eines PCs über eine Standardschnittstelle die Parameter der Funktionen verstellt und Signale, wie Messwerte und berechnete Signale, aus dem Steuergerät aufgezeichnet werden können.According to 1 the structure according to the invention furthermore comprises the block k.), which represents the interface to an application system, ie the hardware, communication and software required for this purpose. This block is to ensure that the parameters of the functions can be adjusted on the basis of a PC via a standard interface and that signals such as measured values and calculated signals can be recorded from the control unit.

Abschließend umfasst die erfindungsgemäße Struktur weiterhin den Block l.), der einer nicht weiter beschriebenen Überwachung des Steuergerätes bezüglich unzulässiger Beschleunigung eines zu Grunde liegenden Fahrzeugs dient.Finally further comprises the structure according to the invention the block l.), the not further described monitoring of the control unit with respect to impermissible Acceleration of an underlying vehicle is used.

Die erfindungsgemäße 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 according to the invention provides for the grouping of functions of the block h.) And the block d.), As far as possible of the other blocks, into physically oriented modules. A subdivision into modules, which is, as it were, universal for the most diverse combustion engines, is the following:

1. Air System (Air System)
2. Fuel System
3. combustion process (combustion)
4. Exhaust System
5. Powertrain
6. Cooling system (Thermal System)
7. Electrical System (Electrical System)

Im Zuge einer Erweiterung der jeweiligen Steuergerätesoftware für weitere Antriebskonzepte ist die obige Liste sinngemäß erweiterbar.in the Towards an extension of the respective control unit software For other drive concepts, the above list can be extended accordingly.

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.The Architecture allows different operating states besides the normal operation, z. As the initialization and the caster. In the operating state "Initialization" all ECU functions initialized. In the operating state "Caster" Any stationary adaptions carried out, adaptation values written in nonvolatile memory and so on. The detailed definition of these and possible others Operating conditions depend on the ones to be developed Functions off. Because the architecture is essentially signal flows does not contradict any further operating conditions represents.

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.Expressly not part of the architecture described here are the following Aspects. Regarding the ECU hardware is the Software architecture independent and should be based on different To realize target platforms. Regarding the engine and driveline hardware the software architecture should cover a broad spectrum in particular of Cover vehicle concepts. In connection with the implementation of the Functions can not and should not be anticipated for functional development. The architectural description has a general character and should not depend on the implementation of the necessary functions but rather all technically meaningful realizations allow.

Gemäß 2 kann die erfindungsgemäße modulare Struktur als Bestandteil einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems auch aus Sicht des Verbundes zur Schaffung offener Standards für Softwarearchitekturen von Kraftfahrzeugen, AUTOSAR, dargestellt werden. Der AUTOSAR-Standard sieht eine Unterteilung der Steuergerätesoftware in die Anwendungsschicht (Application Layer) und die Infrastrukturschicht vor. Diese beiden Schichten tauschen Daten über die sogenannte Laufzeitumgebung (Run Time Environment/RTE) aus. Letztere bildet eine Schnittstelle, die eine Entkopplung der Anwendungssoftware von der Hardware ermöglicht. Auch innerhalb der Anwendungsschicht wird über die RTE kommuniziert. Es gibt sowohl Architektur-Blöcke, deren Inhalt ausschließlich oberhalb der RTE liegt (z. B. der Controller und der Beobachter) als auch Blöcke, welche Anteile oberhalb und unterhalb der RTE enthalten (z. B. die Aktuator-Schnittstelle, die Sensor-Schnittstelle, der Diagnose-Manager, die Bibliothek).According to 2 For example, the modular structure according to the invention can also be represented as part of a device for controlling and regulating a drive system from the point of view of the association for the creation of open standards for software architectures of motor vehicles, AUTOSAR. The AUTOSAR standard provides for a subdivision of the ECU software into the application layer and the infrastructure layer. These two Layers exchange data via the so-called runtime environment (RTE). The latter forms an interface that enables decoupling of the application software from the hardware. Also within the application layer is communicated via the RTE. There are both architecture blocks whose contents are located exclusively above the RTE (eg the controller and the observer) as well as blocks containing portions above and below the RTE (eg the actuator interface, the sensor interface). Interface, the diagnostics manager, the library).

Gemäß 3 ist der Block a.), also die Sensor-Schnittstelle, im Detail dargestellt. Die Sensor-Schnittstelle bildet die hinsichtlich der Sensoren hardwarespezifische Schnittstelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems beziehungsweise eines Steuergerätes. In der Sensor-Schnittstelle befinden sich Funktionen für die Grundverarbeitung der an das Steuergerät von den Sensoren gesendeten Sensorrohsignale. Die Sensor-Schnittstelle ist dabei modular aufgebaut, um eine einfache Anpassung der Software an Änderungen der Sensorhardware zu ermöglichen. Eingangssignale der Sensor-Schnittstelle sind die Ausgangssignale der Sensoren. Die Schnittstelle wird durch zwei Schichten strukturiert. Auf unterster Ebene befindet sich die Hardware-Zugriffsschicht (Hardware Access). In dieser befinden sich die hardwarespezifischen Treiber zum Auslesen der Eingangsschnittstellen (Hardware Driver). Diese sind zum Beispiel Treiber für den Zugriff auf Digital- und Analogwandler (ADC) der verwendeten Steuergerätehardware. Zusätzlich werden von der Schicht den Hardware-Zustand betreffende Diagnoseergebnisse (Diagnostic Service) geliefert (Inp-Module beziehungsweise Input-Module), wobei es sich hierbei in der Regel um Statusworte oder binäre Größen handelt. Über der Hardware-Zugriffsschicht befindet sich die Sensorsignal-Umwandlungsschicht (Sensor Conversion). Sie umfasst Sensorfunktionen, die die von der Hardwarezugriffsebene gelieferten Sensorrohdaten in physikalische Sensorwerte umrechnen (Transformation) und eine einfache elektrische Diagnose (Low- Level-Diagnosis, Range Check, Plausibility) durchführen. Die unterste Ebene der Sensor-Schnittstelle ist gemäß AUTOSAR Bestandteil der Basis-Software der ECU. Gedanklich gesehen wird die Hardware-Zugriffsschicht von der Sensor-Umwandlungsschicht durch das Runtime Environment (RTE) getrennt. Die physikalischen Sensorwerte (zusammengefasst im SensorBus) werden an den Beobachter in Block d.) weitergeleitet. Zusätzlich werden die Ergebnisse der in der Sensor-Schnittstelle durchgeführten Diagnosen zusammengefasst im SensorStatusBus an den Block e.), also den Diagnose-Manager, weitergegeben. Diese externen Schnittstellen können im Zuge einer Implementierung, beispielsweise in SIMULINK^®, über Signalbusse realisiert werden.According to 3 is the block a.), So the sensor interface, shown in detail. The sensor interface forms the hardware-specific interface of the device according to the invention for controlling and regulating a drive system or a control device. The sensor interface contains functions for the basic processing of the sensor raw signals sent to the control unit by the sensors. The sensor interface is modular in design to allow easy adaptation of the software to changes in the sensor hardware. Input signals of the sensor interface are the output signals of the sensors. The interface is structured by two layers. At the lowest level is the hardware access layer (Hardware Access). This contains the hardware-specific drivers for reading out the input interfaces (hardware drivers). These are, for example, drivers for access to digital and analog converter (ADC) of the ECU hardware used. In addition, diagnostics service (inp modules or input modules) are supplied by the layer with regard to the hardware status, these usually being status words or binary values. Above the hardware access layer is the sensor signal conversion layer (sensor conversion). It includes sensor functions that convert the sensor raw data supplied by the hardware access level into physical sensor values (transformation) and carry out a simple electrical diagnosis (low-level diagnosis, range check, plausibility). The lowest level of the sensor interface is part of the basic software of the ECU according to AUTOSAR. Conceptually, the hardware access layer is disconnected from the sensor conversion layer by the Runtime Environment (RTE). The physical sensor values (summarized in the SensorBus) are forwarded to the observer in block d.). In addition, the results of the diagnostics performed in the sensor interface are summarized in the SensorStatusBus to block e.), Ie the diagnostics manager. These external interfaces can be implemented as part of an implementation, for example in SIMULINK ^® , via signal buses.

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.In The hardware access layer is used to control hardware components for signal acquisition (A / D converter, digital I / Os). The voltage values supplied by the hardware driver are determined by the in The sensor conversion layer contained conversion functions further processed. The conversion of the electrical Signals in physical quantities such as pressure or Temperature. The sensor values are from the sensor interface in the functionally required smallest time grid to the Observer, that is to block d.), Passed on. additional The task of the sensor conversion layer is the implementation Hardware-related basic diagnoses and, if necessary, implementation a signal plausibility check. The diagnosis includes simple electrical diagnostics (signal range check of the incoming sensor voltages). Plausibility checks are only possible in the sensor interface performed when redundant for a measured value Sensor information are available, such. For example the throttle opening angle by two position sensors. Because these functions are hardware-proximate, they are supposed to be a hardware abstraction layer serve. If a sensor S of the company ABC with another sensor S is the company XYZ exchanged, then only the sensor interface function S be influenced by it. Therefore, between conversion routines, which are located on one level of the sensor interface, no cross-couplings exist.

Gemäß 4 ist weiterhin eine prinzipielle Darstellung des Signalflusses vom gewandelten Sensorspannungswert, der vom ADC geliefert wird, bis zum Istwert (Actual Value) aufgeführt, der dann von der Funktionssoftware verwendet beziehungswei se Block b.) und/oder Block h.) zugeführt wird. Nach Verarbeitung des Sensorsignals durch die Sensor-Schnittstelle wird der physikalische Sensor-Istwert an den Beobachter in Block d.) weitergegeben. Im Beobachter kann eine Korrektur des Wertes unter Verwendung einer geeigneten Adaptionsstrategie erfolgen. Der Sensorwert wird dann an einen Auswahlblock weitergegeben, mit dem zwischen dem Ersatzwert (Backup Value), einem modellierten (Model Value), dem gemessenen (Correction) und einem zusätzlich gefilterten Sensorwert (Filter) umgeschaltet werden kann. Die Ergebnisse der Hardware-Diagnose und Low-Level-Diagnose der Sensor-Schnittstelle werden an den Diagnose-Manager beziehungsweise Block e.) weitergegeben. Weiterhin erhält der Diagnose-Manager die Ergebnisse der aus den Beobachterresiduen (Model Value minus Actual Value) berechneten Diagnosen in Block g.). Mit Hilfe einer Entscheidungsstrategie wird dann über den Rekonfigurator in Block f.) gegebenenfalls eine Umschaltung auf einen Ersatz- oder Modellwert im Beobachter durchgeführt. Ein Merkmal der Sensor-Schnittstelle ist es, dass für jeden gewandelten Sensorrohwert eine Umwandlungsroutine zur Berechnung des physikalischen Sensormesswerts zur Verfügung steht. Ein weiteres Merkmal der Sensor-Schnittstelle ist es, dass für jeden analogen Sensorwert eine elektrische Diagnose durchgeführt werden kann. Ein noch weiteres Merkmal der Sensor-Schnittstelle ist es, dass die Weitergabe der Sensorwerte in dem funktionsseitig erforderlichen kleinsten Zeitraster erfolgen kann, wobei die Erhöhung der Zeitauflösung eine funktionsseitige Anforderung erfordert. Ein noch weiteres Merkmal der Sensor-Schnittstelle ist es, dass eine Signalfilterung dann in der Sensor-Schnittstelle durchgeführt werden kann, wenn ausschließlich ein gefilterter Wert von allen Funktionen benötigt wird, die diesen Wert im kleinsten Zeitraster verwenden. Mit anderen Worten wird die Filterung nur dann in der Sensor-Schnittstelle durchgeführt, wenn im System von keiner Funktion der Sensorwert im kleinsten Zeitraster als ungefiltertes Signal benötigt wird. Ein noch weiteres Merkmal der Sensor-Schnittstelle ist es, dass wenn für die Erfassung eines physikalischen Signals zwei Sensoren gleicher Art vorhanden sind, wie beispielsweise zwei Lagesensoren des Fahrpedals eines Kraftfahrzeuges, dann soll die entsprechende Umwandlungsroutine, wenn möglich, die redundanten Signale gegenseitig plausibilisieren und einen einzigen physikalischen Wert bereitstellen. Ein noch weiteres Merkmal der Sensor-Schnittstelle ist es, dass zwischen den Umwandlungsroutinen der Sensor-Schnittstelle keine Querkopplungen zugelassen sind, also beispielsweise Verwendung des Drehzahlsignals für die Umwandlungsroutine des Ladedrucksensors. Dadurch soll die einfache Austauschbarkeit von Sensoren unterstützt werden.According to 4 Furthermore, a basic representation of the signal flow from the converted sensor voltage value supplied by the ADC to the actual value is listed, which is then used by the functional software or block b.) and / or block h.) is supplied. After processing the sensor signal through the sensor interface, the physical sensor actual value is forwarded to the observer in block d.). In the observer, the value can be corrected using a suitable adaptation strategy. The sensor value is then forwarded to a selection block that can be used to switch between the backup value, a modeled value, the measured correction and an additionally filtered sensor value (filter). The results of the hardware diagnostics and low-level diagnostics of the sensor interface are passed on to the diagnostics manager or block e.). In addition, the diagnostics manager receives the results of the diagnoses calculated from the observer residuals (Model Value minus Actual Value) in block g.). With the aid of a decision strategy, a switchover to a substitute or model value in the observer is then optionally carried out via the reconfigurator in block f.). A feature of the sensor interface it is that for each converted sensor raw value, a conversion routine for calculating the physical sensor measured value is available. Another feature of the sensor interface is that an electrical diagnostic can be performed for each analog sensor value. A still further feature of the sensor interface is that the transmission of the sensor values can be performed in the smallest time frame required on the function side, wherein the increase in the time resolution requires a function-side requirement. A further feature of the sensor interface is that signal filtering can then be performed in the sensor interface, if only a filtered value of all functions is needed that use this value in the smallest time frame. In other words, the filtering is carried out in the sensor interface only if the sensor value in the smallest time interval is not needed as an unfiltered signal in the system by any function. A still further feature of the sensor interface is that if there are two sensors of the same kind for detecting a physical signal, such as two position sensors of the accelerator pedal of a motor vehicle, then the corresponding conversion routine should, if possible, plausibility and mutually plausibility of the redundant signals provide a single physical value. Yet another feature of the sensor interface is that no cross-couplings are allowed between the sensor interface conversion routines, such as using the speed signal for the boost pressure sensor conversion routine. This should support the easy interchangeability of sensors.

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. In the communication of the layers, the signals are grouped and sent, for example, via buses between the blocks, so communication between the layers of the sensor interface is carried out, for example, when implemented in Simulink ^® via buses which allow a clear signal grouping. This does not include the possibility to use other implementation tools such as ASCET ^® . In this case, signal grouping can be done by using appropriate identifiers for the signals to be declared as messages, if necessary. The input signals provided by the hardware driver are grouped into buses and passed to the conversion layer. So analog sensor signals are grouped into a bus. Also, digital sensor signals, such as bit sizes, duty cycles, frequencies, periods, are grouped into a bus. In addition, crankshaft and camshaft angular sensor input signals are grouped into 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 durch geführt 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 Within the block a.) to be realized functions can be characterize as follows. The sensor interface includes conversion routines for the following sensor signal types: for analogue 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 Hallgeber, for pulse width modulated digital sensor signals, such as from an HFM sensor, for special digital sensor signals, such as for example, from an oil level and temperature sensor. In the case of analog sensor signal conversion routines and also special analogue sensor signals and periodic digital ones Sensor signals will be a low-level diagnostic with verification of Range limits of the sensor signal performed. For measured quantities, which are received by two sensors of the same kind, for example Throttle position sensors or accelerator pedal sensors becomes a Mutual plausibility of the signals led by and one of the signals in the sensor bus to the observer in block d.) Forwarded. In the hardware access layer are hardware-specific routines and drivers for accessing input modules of the hardware and the Reading out hardware-related status information. The Functions have a high hardware dependency. she provide access to analog and digital input modules and special input modules, such as for the evaluation of Knock and lambda probe signals. The evaluation of a temperature sensor in the sensor interface, the processing of a sensor signal exemplify. The analogue voltage signal of the sensor becomes from the hardware access layer to the conversion routine passed. In addition, status information about passed the state of the A / D converter and the hardware. The calculation a temperature value then takes place for example via a characteristic from the read voltage value. In the conversion routine takes place additionally a check of the signal range with Return of the diagnostic result. The status information are measured in the SensorStatusBus and the measured temperature value in the SensorBus passed.

Gemäß 5 ist der Block b.), also die Aktuator-Schnittstelle, im Detail dargestellt. Die Aktuator-Schnittstelle beinhaltet zum einen Funktionen, die für die Aufbereitung von Stellsignalen zuständig sind und diese als Eingangssignale den Endstufen-Treibern zur Verfügung stellen. Zum anderen beinhaltet die Aktuator-Schnittstelle auch Hardware-spezifische Funktionen, die zusätzliche für die Ansteuerung von Endstufen notwendige Treibersignale generieren, wie zum Beispiel die Ladezeit von Zündspulen einer Verbrennungskraftmaschine. Die Aktuator-Schnittstelle besteht prinzipiell aus zwei hardware-spezifischen Ebenen. In einer Ebene werden die aus Block h.), also dem Controller, über den ControlBus kommenden Stellsignale in Eingangssignale für die hardwarenahen Treiber umgewandelt, dabei handelt es sich quasi um die Signalaufbereitungsebene. Diese Ebene wird analog zu Block d.) und dem Block h.) in folgende Hierarchien gegliedert: Air System, Fuel System, Powertrain, Thermal System, Exhaust System und Combustion System. Die zweite Ebene der Aktuator-Schnittstelle ist die Treiber-Ebene als Schnittstelle zu den peripher angeschlossenen Endstufen. Sie ist nach AUTOSAR Bestandteil der Basis-Software der ECU. Gedanklich gesehen werden die beiden Ebenen durch die Runtime Environment (RTE) getrennt. Als Schnittstelle zwischen der Aktuator-Schnittstelle und anderen Blöcken der AUTOSAR-Anwendungsschicht sind Busse definiert. Die Eingangsgrößen der Aktuator-Schnittstelle sind der ControlBus und der SystemBus. Aus der Aktuator-Schnittstelle herausgeführt wird der ActuatorStatusBus. Der ControlBus, der im Block h.) generiert wird, beinhaltet alle physikalischen und logischen Stellsignale sämtlicher Regler und Steuerungen. Dazu zählen auch Bits für die Aktivierung der Endstufen. Der SystemBus, der im Block d.) zusammengesetzt wird, setzt sich aus den gemessenen und/oder modellierten Signalen beziehungsweise Istwerten zusammen. Der ActuatorStatusBus beinhaltet die Statussignale aller Endstufen, die als Ausgangssignale von Endstufendiagnose-Funktionen zur Verfügung gestellt werden sowie die Status-Bits, die im Rahmen einer Wertebereichsüberprüfung nach einer Signalaufbereitung erzeugt werden. Zu den Statussignalen der Endstufen zählen Signale, die beispielsweise Informationen über Kurzschlüsse nach Masse oder nach Plus der einzelnen Ausgänge der Endstufe wiedergeben. Die in der Aktuator-Schnittstelle zum ActuatorStatusBus zusammengefassten Statussignale werden dem Diagnose-Manager in Block e.) zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Sofern es erforderlich ist, kann in der Aktuator-Schnittstelle vor dem Zusammenbau des ActuatorStatusBusses zunächst eine Umwandlung der einzelnen vom Systemhersteller abhängigen Diagnose-Signale in ein vom Diagnose-Manager in Block e.) vorgegebenes Format durchgeführt werden beziehungsweise wird vom Systemhersteller keine Schnittstelle für die Diagnose der Leistungsendstufen bereitgestellt, so wird anstelle dessen ein zuvor definiertes Ersatzsignal an dieser Stelle generiert und des weiteren verwendet. Für die Umsetzung der hier genannten Datenbusse bieten sich beispielsweise in SIMULINK^® so genannte Bus-Objekte an, um so der Forderung nach Datenkonsistenz in geeigneter Weise nachzukommen.According to 5 is the block b.), So the actuator interface, shown in detail. On the one hand, the actuator interface contains functions that are responsible for processing control signals and provide these as input signals to the power amplifier drivers. On the other hand, the actuator interface also includes hardware-specific Functions that generate additional driving signals necessary for the control of output stages, such as the charging time of ignition coils of an internal combustion engine. The actuator interface basically consists of two hardware-specific levels. In one level, the control signals coming from block h.), Ie the controller, are converted via the ControlBus into input signals for the hardware-related drivers, which are basically the signal processing level. This level is structured analogously to block d.) And block h.) Into the following hierarchies: Air System, Fuel System, Powertrain, Thermal System, Exhaust System and Combustion System. The second level of the actuator interface is the driver level as an interface to the peripherally connected power amplifiers. It is part of the basic ECU software after AUTOSAR. The two levels are conceptually separated by the Runtime Environment (RTE). Buses are defined as the interface between the actuator interface and other blocks of the AUTOSAR application layer. The input variables of the actuator interface are the ControlBus and the SystemBus. The ActuatorStatusBus is led out of the actuator interface. The ControlBus, which is generated in block h.), Contains all physical and logical control signals of all controllers and controllers. This also includes bits for the activation of the power amplifiers. The system bus, which is assembled in block d.), Is composed of the measured and / or modeled signals or actual values. The ActuatorStatusBus contains the status signals of all power amplifiers, which are provided as output signals of output stage diagnostics functions, as well as the status bits, which are generated as part of a value range check after signal conditioning. The status signals of the output stages include signals which, for example, reproduce information about short circuits to ground or to the plus of the individual outputs of the output stage. The status signals combined in the actuator interface to the ActuatorStatusBus are made available to the diagnostics manager in block e.) For further processing. If it is necessary, in the actuator interface before the assembly of the ActuatorStatusBusses first a conversion of the individual dependent of the system manufacturer diagnostic signals in a predetermined by the diagnostic manager in block e.) Format be performed or is not an interface for the Diagnosis of the power amplifiers provided, so instead a previously defined replacement signal is generated at this point and further used. For the implementation of the mentioned data buses, for example, so-called Bus Objects offer in Simulink ^® to comply as the demand for data consistency appropriately.

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 conditioning converts the physical control signals if necessary with the help of further information in input signals for the power amp driver. Depending on the connected actuator there is a software component for each steller the signal conversion. When replacing an actuator A of the company ABC against another of the company XYZ are accordingly also the Software component for signal processing as well as the associated drivers for the controller to be replaced affected by the exchange and adapt. As a result, cross-couplings among the individual functions within the signal processing or the driver level is not allowed, so that when replacing / eliminating of actuators the interfaces of other software functions are not need to be adjusted. Not applicable Actuator xyz, so also eliminates the associated software component for converting the physical control signal and the power amplifier driver for this actuator xyz. In this case, need the associated software functions in block h.) and if necessary in block d.). It behaves accordingly itself when an actuator is added. For the control of the additional / new actuator must be in the actuator interface a corresponding software component for signal conditioning and a driver component for driving the associated ones Power amplifier to be added. The block h.), Ie the controller, is to be adapted so that for this added Actuator also generates a corresponding manipulated variable becomes.

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 from the respective software functions from the signal processing level only pass individual driver signals to the corresponding drivers be, serve only signals as interfaces. Before calling a software component to process a physical signal are thus first to be converted Control signal from the ControlBus and the for the conversion and possibly further signal processing (scaling) to select required signals from the system bus. The available as a result of the signal conditioning Output signal is output from the corresponding output stage driver Driver level immediately provided for further processing. On the other hand, several signals have to be transferred to an output stage driver these signals are still within the signal conditioning level together as a bus and the power amp driver as a bus to hand over. Thus is also a consistent data transfer even if the signal conditioning and the Amplifier drivers are called in different tasks.

Die innerhalb des Blockes b.) zu realisierenden Funktionen lassen sich wie folgt charakterisieren. Dazu ist in der 6 die Signalaufbereitung exemplarisch für den Aktuator xyz illustriert. Unmittelbar vor dem Aufruf der dazugehörigen Software-Komponente zur Signalaufbereitung wird zunächst das gewünschte Stellsignal und, sofern vorhanden, ein Enable-Bit zur Aktivierung der dazugehörigen Endstufe aus dem ControlBus selektiert. Sofern weitere Informationen, wie beispielsweise die Drehzahl oder die Batteriespannung, für die Aufbereitung notwendig sind, sind diese vom SystemBus zur Verfügung zu stellen. Die ausgewählten Signale werden daraufhin der jeweiligen Software-Komponente übergeben. Sofern die Ansteuerung über den Controller freigegeben wurde (Enable-Bit auf TRUE gesetzt), erfolgt unter Berücksichtigung der physikalischen Dimension die Signalaufbereitung durch eine im allgemeinen nichtlineare mathematische Verknüpfung der selektierten Signale. Das aufbereitete Signal wird anschließend auf seinen Wertebereich überprüft, wobei der minimal (y_min) und der maximal zulässige Wert (y_max) von der anzusteuernden Aktuatorik abhängen und beide Werte einstellbar sind. Im Fall einer Unter- bzw. Überschreitung des zulässigen Wertes wird ein Status-Bit gesetzt und das aufbereitete Signal entsprechend nach y_min beziehungsweise y_max begrenzt. Ist dagegen die Ansteuerung des Stellers nicht freigegeben worden, so ist abhängig vom Treiber eine Signalaufbereitung entweder nicht erforderlich oder das aufzubereitende Signal ist auf einen speziellen Wert zu setzen (z. B. Ladezeit der Zündspulen = 0 s wenn nicht gezündet werden soll). Die Treibereingangssignale und das auf FALSE gesetzte Enable-Bit werden als Bus unmittelbar an den Endstufen-Treiber übergeben. Sofern es erforderlich ist, kann in jeder Software-Komponente zur Signalaufbereitung auch eine Umwandlung des Enable-Bits in ein vom Systemhersteller vorgegebenes Format durchgeführt werden beziehungsweise wird vom Systemhersteller keine Schnittstelle für die Aktivierung einzelner Leistungsendstufen bereitgestellt, so wird das Enable-Bit für diese Endstufen nicht an die Treiber-Ebene weitergeleitet. Anhand eines Beispiels wird nun die Signalaufbereitung demonstriert. Der Raildruckregler als Bestandteil des Blockes h.), also dem Controller, berechnet in Abhängigkeit der jeweils vorherrschenden Betriebsbedingung eine zu fördernde Kraftstoffmenge in beispielsweise Liter pro Stunde. Diese wird in der Aktuator-Schnittstelle unter Zunahme weiterer zum Teil Hardware-spezifischer Informationen, wie der Anzahl und Kontur der Nocken, der Induktivität von Spulen, der Batteriespannung, zunächst in einen Winkelbereich und unter Verwendung der Motordrehzahl in eine Zeitdauer umgerechnet. Beginn der Ansteuerung in Form eines Winkels und die Zeitdauer der Ansteuerung sind die aus der Aktuator-Schnittstelle kommenden Eingangsgrößen des Endstufen-Treibers, die damit das Timing für die Ansteuerung des Mengensteuerventils festlegen. Über- bzw. unterschreiten Winkel und Zeitdauer ihre jeweiligen minimal und maximal zulässigen Werte, so werden die entsprechenden Status-Bits gesetzt und die Werte entsprechend begrenzt. Das Signal zur Ansteuerung der Endstufe wird schließlich durch den Endstufen-Treiber als Teil des Complex Drivers aus der Treiber-Ebene generiert. Ändert sich beispielsweise im Laufe des Einsatzes die Ventilcharakteristik des Mengensteuerventils und kann diese unter Zuhilfenahme weiterer Größen aus dem SystemBus quantitativ beschrieben werden, so ist mit der vorliegenden Architektur im Rahmen der Signalaufbereitung der Aktuator-Schnittstelle ein korrigierender Eingriff möglich. Die gestrichelt gezeichneten Linien für die selektierten Signale aus dem ControlBus und SystemBus sollen andeuten, dass die Generierung der Eingangssignale für die einzelnen Endstufen-Treiber zum Teil auch ohne Informationen aus dem SystemBus beziehungsweise einzelne Treibereingänge ausschließlich aus Signalen aus dem SystemBus erzeugt werden können, wie beispielsweise die Ladezeit der Zündspulen.The functions to be implemented within block b.) Can be characterized as follows This is in the 6 the signal processing is illustrated as an example for the actuator xyz. Immediately before calling the associated software component for signal processing, the desired actuating signal and, if present, an enable bit for activating the associated output stage from the ControlBus are selected first. If further information, such as the speed or battery voltage, is required for the preparation, these must be provided by the SystemBus. The selected signals are then transferred to the respective software component. If the control has been enabled via the controller (enable bit set to TRUE), taking into account the physical dimension, signal conditioning is performed by a generally non-linear mathematical combination of the selected signals. The processed signal is then checked for its value range, wherein the minimum (y _min ) and the maximum permissible value (y _max ) depend on the actuator to be controlled and both values are adjustable. If the permissible value is undershot or exceeded, a status bit is set and the processed signal is limited accordingly to y _min or y _max . If, on the other hand, the activation of the actuator has not been enabled, depending on the driver signal conditioning either is not required or the signal to be processed is set to a specific value (eg charging time of the ignition coils = 0 s if not to be ignited). The driver input signals and the enable bit set to FALSE are transferred as a bus directly to the output stage driver. If it is necessary, in any software component for signal processing and a conversion of the enable bit in a predetermined by the system manufacturer format are performed or provided by the system manufacturer no interface for the activation of individual power amplifiers, then the enable bit for these power amplifiers not forwarded to the driver level. An example will now be used to demonstrate signal conditioning. The rail pressure regulator as part of the block h.), So the controller calculated depending on the prevailing operating condition to be pumped amount of fuel in, for example, liters per hour. This is converted in the actuator interface with an increase in further hardware-specific information, such as the number and contour of the cams, the inductance of coils, the battery voltage, first in an angular range and using the engine speed in a period of time. Start of the control in the form of an angle and the duration of the control are coming from the actuator interface input variables of the output stage driver, which thus set the timing for the control of the quantity control valve. If the angle and duration exceed or fall below their respective minimum and maximum permissible values, the corresponding status bits are set and the values are correspondingly limited. Finally, the signal to drive the power amp is generated by the power amp driver as part of the driver-level complex driver. If, for example, the valve characteristic of the quantity control valve changes during use and can be described quantitatively from the system bus with the aid of further variables, a corrective intervention is possible with the present architecture as part of signal conditioning of the actuator interface. The dashed lines for the selected signals from the ControlBus and SystemBus are intended to indicate that the generation of the input signals for the individual output stage drivers can sometimes be generated without information from the SystemBus or individual driver inputs exclusively from signals from the SystemBus, such as the charging time of the ignition coils.

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 7 dargestellt. Als Zustandsbeobachter realisiert der Beobachter/die Signalverarbeitung gemäß Block d.) folgende Funktionen. Auf der einen Seite ist das die Beobachtung der Systemzustände, wobei diese beobachteten Zustände einerseits verwendet werden können, um nicht messbare Größen zur Steuerung und Regelung einzusetzen. Auf der anderen Seite können im Fehlerfall die beobachteten Zustände als Ersatzwerte für die Messsignale verwendet werden. Die Beobachter-Funktionen sollen die Funktionen des Blockes h.), also des Controllers, und des Blockes g.), also der Diagnosefunktion, mit der Information über den aktuellen Systemzustand und mit Residuen versorgen. Soweit möglich, soll der Block d.), also der Beobachter, gewährleisten, dass die Funktionen des Blockes h.) unabhängig von der Sensorkonfiguration realisiert werden können. Außerdem soll der Beobachter/die Signalverarbei tung gemäß Block d.) modell- oder signalbasierte Sensoradaptionsverfahren realisieren, welche den Einfluss der Messgenauigkeit der Sensoren reduzieren. 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.), Ie the observer / the signal processing, will be described in detail at this point. The functions of this block have the task to observe the current actual state of the system to be controlled and regulated, in particular an internal combustion engine in a motor vehicle. This observation takes place model-based. Simplified non-linear dynamic models are used to estimate the measurable and non-measurable state variables of the system based on the control signals and environmental conditions. Modeled measurable states are compared with measurement signals and residuals are generated. On the basis of these residuals, an observer feedback is realized in order to correct the modeled state variables. The principle of a state observer is in the 7 shown. As a status observer, the observer / signal processing according to block d.) Implements the following functions. On the one hand, this is the observation of the system states, on the one hand, these observed states can be used to use non-measurable variables for control and regulation. On the other hand, in the event of a fault, the observed states can be used as substitute values for the measurement signals. The observer functions are to provide the functions of the block h.), Ie of the controller, and the block g.), Ie the diagnostic function, with the information about the current system state and with residuals. As far as possible, the block d.), Ie the observer, should ensure that the functions of the block h.) Can be realized independently of the sensor configuration. In addition, the observer / Signalverarbei device according to block d.) Realize model or signal-based sensor adaptation process, which reduce the influence of the measurement accuracy of the sensors. The block d.) Thus not only represents a state observer, but also contains further functions for signal processing. Particularly noteworthy here is the sensor adaptation, by means of which the influence of the sensor inaccuracies is to be reduced. To perform a sensor adaptation or correction, information from other sensors and models is needed. Since this information is present in block d.), The sensor correction and adaptation also takes place there.

Gemäß 8 werden die Funktionen des Beobachters für das Gesamtsystem in die folgenden drei Ebenen gruppiert. „Model Layer” (Modellebene), „Observer Feedback” Layer (Beobachterrückführungsebene/Rückführebene) und „Sensor Adaptation and Correction Layer” (Sensoradaptions- und -korrekturebene). Im folgenden werden die oben vorgestellten drei Ebenen näher beschrieben.According to 8th The functions of the observer for the entire system are grouped into the following three levels. Model Layer, Observer Feedback Layer, and Sensor Adaptation and Correction Layer. In the following, the above three levels are described in more detail.

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 Zustands größen 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.Regarding The functional principle of an observer is the interaction of forward-facing process models arranged in the "Model Layer" layer and observer feedback, which are located in the level "Observer Feedback Layer", of essential importance. The return ensures that the process states calculated by the models, like pressures, speeds, temperatures, dynamically with the match actual values. The return is freely parameterizable, in particular it can also be structured in this way be that feedback, d. H. Corrections, to certain Subsystems remain limited. That way that can Problem of the design of a "big" observer, which uses all the information on that much easier too solving problem of the design of smaller observers for individual Partial models are reduced. Put another way, you can do the repatriation so that, for example, the drive train of a motor vehicle for correcting the air path of the internal combustion engine used is used, since both are coupled via the speed, and vice versa. Alternatively, you can do the return also parameterize that the air path only based on the information of the air path and the powertrain only on the basis of the information the drive train is corrected, d. H. the information remains locally confined to the modules. In many cases is it possible to determine the state variables to reconstruct different quantities, d. H. the system remains for different sensor configurations observable. Falls, for example, during operation a sensor and this is detected, so anyway nor, using an alternative observer feedback, the state variables are observed. One before Measured size can be measured this way reconstructed size to be replaced. This process goes through in the level "Observer Feedback Layer" realizes the "compare and select" (CnS) functions. The block d.) Also performs functions over the Observing the state of the system. The plane "Sensor Adaptation and Correction Layer "contains functions for correction and adaptation of the sensors, as described later becomes.

Die Kommunikation der Ebenen innerhalb des Blockes d.) ist in 9 dargestellt. Eingangsgrößen/-signale der Modellebene sind der SensorCBus, der ControlBus und der OfbBus beziehungsweise die in diesen Bussen enthaltenen Signale. Der SensorCBus enthält die korrigierten und adaptierten Sensorsignale aus der Sensorkorrekturebene. Der ControlBus enthält die vom Block h.) generierten Stellsignale. Der OfbBus enthält die Korrektur aus der Beobachterrückführebene. Ausgangsgröße der Modellebene ist der ModelBus, der sämtliche modellierten (geschätzten) Signale enthält. Eingangsgrößen/-signale der Sensorkorrekturebene sind der SensorBus, der ResidueBus, der OfbBus und der ModelBus beziehungsweise die in diesen Bussen enthaltenen Signale. Der SensorBus enthält die Sensordaten/-signale aus der Sensor-Schnittstelle, also Block a.). Der ResidueBus enthält die berechneten Residuensignale aus der Rückführebene (CnS-Funktionen). Der OfbBus enthält die Korrektur aus der Beobachterrückführebene. Der ModelBus enthält sämtliche modellierten (geschätzten) Signale aus der Modellebene. Die Sensorkorrekturebene wertet die in den genannten Bussen enthaltenen Signale aus, so dass die Ausgangsgröße der Sensorkorrekturebene die korrigierten Sensorsignale sind, die in dem SensorCBus enthalten sind. Eingangsgrößen der Rückführebene sind der ModelBus, der SensorCBus und der ReconfigBus beziehungsweise die in diesen Bussen enthaltenen Signale. Der ModelBus enthält sämtliche modellierten (geschätzten) Signale aus der Modellebene. Der SensorCBus enthält die korrigierten und adaptierten Sensorsignale aus der Sensorkorrekturebene. Der ReconfigBus enthält Rekonfigurationsinformationen aus dem Rekonfigurator, also Block f.). Die Beobachterrückführungsebene wertet die in den genannten Bussen enthaltenen Signale aus, so dass die Ausgangsgrö ße der Beobachterrückführungsebene der OfbBus, der ResidueBus und der SystemBus, beziehungsweise die darin enthaltenen Signale sind. Der SystemBus enthält die in den „Compare and Select”-(CnS)-Funktionen ausgewählten Sensorgrößen und Modellgrößen, die den aktuellen Zustand des Motors/Fahrzeuges beschreiben.The communication of the levels within the block d.) Is in 9 shown. Input variables / signals of the model level are the SensorCBus, the ControlBus and the OfbBus or the signals contained in these buses. The SensorCBus contains the corrected and adapted sensor signals from the sensor correction plane. The ControlBus contains the control signals generated by block h.). The OfbBus contains the correction from the observer return level. The model-level output is the ModelBus, which contains all the modeled (estimated) signals. The sensor correction plane input variables / signals are the SensorBus, the ResidueBus, the OfbBus and the ModelBus or the signals contained in these buses. The SensorBus contains the sensor data / signals from the sensor interface, ie block a.). The ResidueBus contains the calculated residual signals from the return plane (CnS functions). The OfbBus contains the correction from the observer return level. The ModelBus contains all modeled (estimated) signals from the model level. The sensor correction plane evaluates the signals contained in said buses so that the output of the sensor correction plane are the corrected sensor signals contained in the SensorCBus. Input variables of the feedback plane are the ModelBus, the SensorCBus and the ReconfigBus or the signals contained in these buses. The ModelBus contains all modeled (estimated) signals from the model level. The SensorCBus contains the corrected and adapted sensor signals from the sensor correction plane. The ReconfigBus contains reconfiguration information from the reconfigurator, ie block f.). The observer feedback plane evaluates the signals contained in the mentioned buses so that the output variables of the observer feedback plane are the OfbBus, the ResidueBus and the SystemBus, or the signals contained therein. The SystemBus contains the sensor sizes and model sizes selected in the Compare and Select (CnS) functions that describe the current state of the engine / vehicle.

In 9 nicht dargestellt sind die vom Controller, also Block h.), über die Kommunikationsschnittstelle, also Block c.), versandten Signale. Diese werden genauso behandelt wie der ControllerBus, da es sich hierbei um nichts anderes als Stellsignale handelt, die nicht über die Aktuator-Schnittstelle in Block b.) ausgegeben werden.In 9 not shown are those from the controller, so block h.), About the communication interface, so block c.), Sent signals. These are treated in exactly the same way as the ControllerBus, since these are nothing else than control signals that are not output via the actuator interface in block b.).

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 8 dargestellt werden. Das Modul ”Air System Model” (AirSysMdl) enthält ein Modell des ansaugseitigen Luftsystems einer Verbrennungskraftmaschine. Dazu zählt auch das als Füllungserfassung bekannte Ladungswechselmodell. Modelliert werden Größen wie Drücke, Temperaturen, Füllung (Frischluft und gegebenenfalls Restgas). Je nach Fahrzeug muss dieses Modell angepasst, also konfiguriert werden. Varianten hierbei sind beispielsweise eine freisaugende oder aufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit oder ohne externer Abgasrückführung.Within the block d.) Are the following To realize functions. The model level includes process models of engine and powertrain. These process models are grouped into modules as follows for a model description of an internal combustion engine in connection with 8th being represented. The module "Air System Model" (AirSysMdl) contains a model of the intake-side air system of an internal combustion engine. This includes the charge change model known as charge detection. We model variables such as pressures, temperatures, filling (fresh air and possibly residual gas). Depending on the vehicle, this model must be adapted, ie configured. Variants here are, for example, a freisaugende or supercharged internal combustion engine with or without external exhaust gas recirculation.

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 Module Fuel System Model (FuSysMdl) contains a model of the Fuel system of an internal combustion engine, consisting of Low and high pressure side. It includes u. a. the components tank, Fuel pump, activated charcoal filter (tank ventilation), High pressure pump, rail and injectors. To be modeled thereby Parameters such as pressures, temperatures, fuel mass flow from tank ventilation. Depending on the vehicle, the model must be system-specific be adjusted. Variants here are, for example, an internal combustion engine with intake manifold or direct injection or the type used High pressure fuel pump.

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 Module "Combustion Model" (CmbMdl) contains a thermodynamic model that balances the energy in the combustion chamber. To be modeled are the mechanical energy or the Torque, the heat flow through the cylinder walls or the coupling to the cooling system, the energy flow into the exhaust system (possibly the individual species), the combustion chamber lambda, the center of gravity of the combustion. The selection of the to be modeled Sizes also depend on the operating method the underlying internal combustion engine, so whether it is for example, a gasoline, diesel or gasoline auto-ignition method is.

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) a model of the exhaust system of an internal combustion engine from Exhaust valve to the exhaust. It describes the dynamics of pressure and temperature as well as the exhaust lambda. The configuration of the model depends on whether it is an internal combustion engine with or without turbocharger or depending on the number and type of catalysts.

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 Module "Powertrain Model" (PtMdl) contains a powertrain model that delivers quantities such as speeds, vehicle longitudinal speed, Longitudinal acceleration, torsion angle, transmittable Clutch torque, driving resistance or pitch angle. Depending on the vehicle, this model must be adapted. Variants are Here, whether it is, for example, a drive concept with a manually operated change gear, an automatic Gearbox or a parallel hybrid, so a combination of Internal combustion engine and electric machine, acts.

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) a model of the cooling system. It describes the temperatures the different cooling circuits and is also to configure depending on the drive concept.

Das Modul ”Electrical System Model” (ElSysMdl) 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" (ElSysMdl) contains a model of the electrical system of a drive concept. It For example, this could be a simple battery model or, in the case of a hybrid drive, a complex model the power electronics and 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 return level / return level For each hardware component exists a module in which two functions are housed. These realize the calculation of the observer feedback (Ofb functions) and the calculation of the residuals including the selection the signals written to the system bus (CnS functions). The Observer feedback determined from the residuals a correction value. It uses the entire residual bus, d. H. in principle, all the residuals of all models for the calculation of the correction value are used.

Der für ein Komponentenmodell berechnete Korrekturwert wird entsprechend der in Verbindung mit 9 beschriebenen Kommunikationsweise in das betreffende Modell eingespeist und dient dort der Korrektur des geschätzten Zustandes. In den CnS-Funktionen wird eine Signalauswahl getroffen. Beispielhaft ist diese Signalauswahl in 10 dargestellt, wobei zwischen einem modellierten Wert/Sensorsignal CR_pMdl, einem gemessenen Wert CR_pMesC, gemessenen und gefilterten Wert CR_pFlt und einem Ersatzwert CR_pSub_C ausgewählt wird. Die Auswahl erfolgt über eine aus dem Rekonfigurationsbus ausgelesene Statusvariable hier CR_stRec. Zudem wird das zu dem jeweiligen Messsignal CR_pMesC gehörende Residuum CR_pResi als Abweichung zwischen Messwert CR_pMesC und Modellwert CR_pMdl berechnet.The correction value calculated for a component model is used in conjunction with 9 described method of communication is fed into the model in question and there serves to correct the estimated state. In the CnS functions a signal selection is made. By way of example, this signal selection is in 10 illustrated, between a modeled value / sensor signal CR_pMdl, a measured value CR_pMesC, measured and filtered value CR_pFlt and a substitute value CR_pSub_C is selected. The selection is made via a status variable read out of the reconfiguration bus here CR_stRec. In addition, the residual CR_pResi associated with the respective measurement signal CR_pMesC is calculated as a deviation between measured value CR_pMesC and model value CR_pMdl.

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, perform a sensor correction on the basis of a stationary, non-zero residual. One An example of this could be the adaptation of a pressure sensor, wherein a pressure offset is 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 11 ist der Umfang des Blockes e.), also des Diagnose-Managers, dargestellt. Der Diagnose-Manager ist ein zentrales Verwaltungsorgan der zu dem jeweiligen Antriebskonzept zu Grunde liegenden Vorrichtung zur Steuerung und Regelung beziehungsweise des jeweiligen Steuergerätes. Der Block e.) beinhaltet alle Module und in deren Obhut alle Funktionen, die zur zentralen Organisation und Koordination der Systemabläufe erforderlich sind oder zur zentralen Erfassung und Abbildung des Systemzustandes dienen. Seine Aufgaben bestehen in der zentralen Erfassung, Verwaltung und Steuerung interner Abläufe im Steuergerät sowie der Bereitstellung von Informationen für die Kommunikations-Schnittstelle. Der Block e.) besteht aus den Modulen „Diagnostic Manager” (einschließlich Fehlerspeicher), „Coordination Manager”, ”Symptom Manager”, ”Statistic-Tools”, ”Production/End of Line/Garage” und „System Manager”.According to 11 is the scope of the block e.), So the diagnostic manager shown. The diagnostic manager is a central management body of the underlying to the respective drive concept device for control and regulation or the respective control unit. The block e.) Contains all modules and in their custody all functions that are necessary for the central organization and coordination of the system processes or for the central recording and mapping of the system status. Its tasks are the central recording, management and control of internal processes in the control unit as well as the provision of information for the communication interface. The block e.) Consists of the modules "Diagnostic Manager" (including error memory), "Coordination Manager", "Symptom Manager", "Statistic Tools", "Production / End of Line / Garage" and "System Manager".

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 Diagnostic Manager will be all information about the operation and centralized the system state, analyzed and mapped. The evaluation of this information takes place centrally and will used for planning the further system sequences. In This is the context of the "Coordination Manager" module as coordinator the internal system processes are of central importance. For the fulfillment of legal requirements and in particular the requirements of the field of on-board Diagnostics (OBD) play the modules "Symptom Manager", "Diagnostic Manager" and "Statistic Tools" important role. For servicing demands from the areas of production, End of tape and workshop is a separate placeholder ("Production / End of Line / Garage "). The module "System Manager "serves as a container for all others, also cross-system functionalities that have or need to be related to the engine control unit.

Die interne Kommunikation und der wesentliche Signalfluss innerhalb des Diagnose-Managers sind in 12 dargestellt. Als zentrales Element mit Bezug zu allen Abläufen im Diagnose-Manager ist das Modul „Coordination Manager” von entscheidender Bedeutung für die Systemabläufe. Die Planung der Systemabläufe hängt von den Ergebnissen der Diagnosen („Diagnostic Manager”) sowie den Anforderungen aus den Blöcken „Statistic-Tools”, „System Manager” und „Production/End of Line/Garage” ab. Als Kommunikationsschnittstellen zu den anderen Blöcken der Architektur dienen der SysCoordBus und der xxxStatusBus, wobei „xxx” Platzhalter für Synonyme der Blocknamen, also stellvertretend für beispielsweise „Diagnosefunktion” steht. Die Generierung eines eindeutigen Diagnoseergebnisses (Pinpointing) ist Aufgabe des Moduls „Symptom Manager”, der die Auswertung (einschließlich Vorentprellung), der Informationen von dem Block a.), also der Sensorschnittstelle (SensorStatusBus), und Block b.), also der Aktuator-Schnittstelle (ActuatorStatusBus, also für „xxx” steht hier „Actuator”), und dem Block g.), also der Diagnosefunktion (DiagnosisBus), übernimmt. Sein Ergebnis kommuniziert er an das Modul „Diagnostic Manager” und über den DiagResultBus. Das Modul „Diagnostic Manager” realisiert die Fehlerspeichereinträge, deren Verwaltung und Übermittlung an den Block c.), also der Kommunikations-Schnittstelle über die (ComInBus/ComOutBus). Das Modul „Statistic-Tools” greift auf Ergebnisse des „Diagnostic Manager” sowie weitere Systeminformationen aus verschiedenen Bussen zu. Im Rahmen z. B. der IUMPR greift er auch auf den „Coordination Manager” zu, wobei „IUMPR” für „In use monitor performance ratio” steht und sich auf die Laufhäufigkeit ausgewählter nichtkontinuierlicher Diagnosen bezieht, wobei eine genaue Definition den „ Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 ” zu entnehmen ist, als die für Zertifizierungen in Kalifornien maßgebliche Richtlinie. Die externe Kommunikation erfolgt über die Busse ComInBus und ComOutBus. In den Modulen „System Manager” und „Production/End of Line/Garage” können Funktionalitäten über das Modul „Coordination Manager” aufgerufen und ausgeführt werden (z. B. Kurztrips, Stellgliedtests). Die Kommunikation über die Kommunikationsschnittstelle, also Block c.), über die Busse ComInBus/ComOutBus ermöglicht den Austausch von Daten mit der Peripherie. Benötigte Systeminformationen werden aus dem Systembus entnommen. Zur Unterstützung der Wartung können im Modul „Production/End of Line/Garage” Informationen aus dem DiagnosisBus, dem „Symptom Manager” und dem ”Diagnostic Manager” verwendet werden. Systemintern werden die Anforderungen an den „Coordination Manager” zur Koordinierung weitergeleitet.The internal communication and the significant signal flow within the diagnostics manager are in 12 shown. As a central element in relation to all processes in the Diagnostics Manager, the Coordination Manager module is of crucial importance for system workflows. The planning of the system processes depends on the results of the diagnostics ("Diagnostic Manager") and the requirements from the blocks "Statistic Tools", "System Manager" and "Production / End of Line / Garage". The SysCoordBus and the xxxStatusBus serve as communication interfaces to the other blocks of the architecture, whereby "xxx" stands for synonyms of the block names, thus representing, for example, "diagnostic function". The generation of a clear diagnostic result (pinpointing) is the task of the "Symptom Manager" module, which includes the evaluation (including preliminary debounce), the information from block a.), Ie the sensor interface (SensorStatusBus), and block b.), Ie the actuator Interface (ActuatorStatusBus, ie for "xxx" is here "Actuator"), and the block g.), So the diagnostic function (DiagnosisBus), takes over. He communicates his findings to the "Diagnostic Manager" module and via the DiagResultBus. The "Diagnostic Manager" module implements the error memory entries, their management and transmission to block c.), Ie the communication interface via the (ComInBus / ComOutBus). The module "Statistic-Tools" accesses results of the "Diagnostic Manager" as well as other system information from different buses. In the context of z. He also refers to the "Coordination Manager", where "IUMPR" stands for "In use monitor performance ratio" and refers to the running frequency of selected non-continuous diagnoses. Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 "Is to be inferred as the authoritative for certifications in California. External communication takes place via the buses ComInBus and ComOutBus. In the modules "System Manager" and "Production / End of Line / Garage" functionalities can be called up and executed via the module "Coordination Manager" (eg short trips, actuator tests). Communication via the communication interface, ie block c.), Via the buses ComInBus / ComOutBus enables the exchange of data with the peripherals. Required system information is taken from the system bus. To support maintenance, the module "Production / End of Line / Garage" can use information from the DiagnosisBus, the "Symptom Manager" and the "Diagnostic Manager". Within the system, the requirements for the "Coordination Manager" are forwarded for coordination.

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 Module "Diagnostic Manager" includes the acquisition and management of diagnostic results. This includes as well the realization of functionalities, such as debouncing and healing as part of the on-board diagnosis. additionally Here are mechanisms for dealing with FreezeFrames and the control for example, MIL (Malfunction Indicator Lamp, display of Errors in the OBD), EPCL (Electronic Power Control Lamp, EGAS monitoring).

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 based on diagnostic results and system requirements. Outputs of the module are functional call. This is essentially done by prioritizing the requirements and thus the functional sequences, a corresponding release or blocking of functions depending on the system status and diagnostic results (via SysCoordBus) and the monitoring of the functional sequences (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 the blocks a.), b.) and g.), ie the sensor interface, the actuator interface and the diagnostic function. To make sure Pinpointing is a corresponding cross-locking matrix to generate. To avoid false alarms (erroneous Display of an error) are pre-debounces (eg temporally or event-oriented) 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 Module "Statistics tools" includes u. a. features for the calculation of the IUMPR in the framework of the OBD. Optionally here also further statistical evaluation functions and customer-specific system analysis functions be deposited.

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.in the Framework of the module "Production / End of Line / Garage" Functionalities from the areas of production, end of tape and workshop reserved. As examples here are the introduction of short trips and actuator tests as well as the realization of adaptation channels and the implementation of the controller coding called.

Im Modul „System Manager” werden Funktionen, wie z. B. WIV (Wartungsintervallverlängerung) und WFS (Wegfahrsperre) hinterlegt.in the Module "System Manager" will be functions, such as z. B. WIV (maintenance interval extension) and WFS (immobilizer) deposited.

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 Ak tuatoren). Der prinzipielle Signalfluss innerhalb des Blockes h.) ist in 13 dargestellt. Von links nach rechts lassen sich vier Kaskaden ausmachen, beginnend von der eher prozessfernen Fahrerwunschinterpretation im Modul „PtCtl” über die Momentensteuerung/-regelung im Modul „TqCtl”, die Prozessregler des Moduls „AirSysCtl” bis hin zum Drosselklappenlageregelkreis im Modul „ActCtl”. Insgesamt lässt sich das Zusammenspiel der Module wie folgt beschreiben. Im Modul „PtCtl”, dem Antriebsstrangmanagement, wird aus der Fahrpedalstellung und weiteren Größen ein Sollmoment berechnet. Das Modul „ExSysCtl” erzeugt Wirkungsgradanforderungen zum Aufheizen und Abkühlen von Komponenten des Abgasstranges. Der Momentenwunsch dient als Sollwert für die Funktionen des Moduls „TqCtl”, das von zentraler Bedeutung ist. Es dient zur Kapselung des Verbrennungsmotors als Momentenstellglied und enthält hierzu ein inverses Momentenmodell, das den Momentensollwert und die koordinierten Wirkungsgradanforderungen aus „ExSysCtl” in entsprechende Sollwerte für Prozessgrößen, wie Füllung und Raildruck, sowie in weitere motorische Sollwerte abbildet. Das Modul „AirSysCtl” wandelt Füllungs- und/oder Drucksollwerte in eine entsprechende Waste-Gate-Ansteuerung und einen Drosselklappensollwinkel um. Das Modul „CmbCtl” enthält u. a. die Zündwinkelberechnung und die Gemischsteuerung und -regelung. Das Modul „FuSysCtl” steuert und regelt vor allem die Kraftstoffdrücke. Das Modul „ThSysCtl” steuert und regelt die Kühlmitteltemperatur. Das Modul „ActCtl” enthält Funktionen zur Regelung unterlagerter Aktuatoren, wie z. B. die Drosselklappe. Sämtliche Stellgrößen inklusive etwaiger binärer Größen zur Freigabe/Deaktivierung von Endstufen werden in einem Signalbus, dem ControlBus, zusammengefasst. Eine Ausnahme bilden hierbei Stellsignale, die über den CAN verschickt werden sollen, z. B. an eine E-Maschine. Diese werden in einem gesonderten Signalbus, dem ComControlBus, zusammengefasst.Furthermore, the block h.), So the controller, shown in detail. The block h.), Ie the controller, generates from the block d.), Ie the observer / the signal processing, from the block f.), Ie the reconfigurator, from the block e.), Ie the diagnostic manager, from the block c.), ie the communication interface and the block g.), So the diagnostic function, provided signals controls the actuators, ie the controller contains all functions for controlling and regulating the engine and powertrain. The control / regulation function belonging to a specific hardware component can thus be identified as a corresponding module. The block h.) Comprises the modules "PtCtl" (powertrain control, "powertrain coordination"), "ExCtl" (Exhaust System Control, "EffCoord" (Efficiency Coordination), "TqCtl" (Torque Control; Control), "AirCtl" (Air System Control), "CmbCtl" (Combustion Control), "FuCtl" (Fuel System Control, "ThCtl") (Thermal System Control, cooling system) and ActCtl (Actuator Control). The principal signal flow within the block h.) Is in 13 shown. Four cascades can be identified from left to right, starting with the driver's interpretation of the "PtCtl" module, which is far away from the process, via torque control in the "TqCtl" module, the "AirSysCtl" process controller and the throttle valve position control loop in the "ActCtl" module. Overall, the interaction of the modules can be described as follows. In the "PtCtl" module, powertrain management, a setpoint torque is calculated from the accelerator pedal position and other variables. The ExSysCtl module generates efficiency requirements for heating and cooling exhaust system components. The torque request serves as a setpoint for the functions of the module "TqCtl", which is of central importance. It serves to encapsulate the internal combustion engine as a torque actuator and for this purpose contains an inverse torque model, which maps the torque setpoint and the coordinated efficiency requirements from "ExSysCtl" into corresponding setpoint values for process variables, such as filling and rail pressure, as well as other motorized setpoints. The module "AirSysCtl" converts filling and / or pressure setpoints into a corresponding wastegate control and a throttle setpoint angle. The module "CmbCtl" contains, among other things, the ignition angle calculation and the mixture control and regulation. The module "FuSysCtl" controls and regulates above all the fuel pressures. The "ThSysCtl" module controls and regulates the coolant temperature. The "ActCtl" module contains functions for controlling subordinate actuators, such as: B. the throttle. All manipulated variables, including any binary variables for enabling / disabling output stages, are combined in a signal bus, the ControlBus. An exception here are control signals that are to be sent via the CAN, z. B. to an electric motor. These are combined in a separate signal bus, the ComControlBus.

Entsprechend der Darstellung des prinzipiellen Signalflusses innerhalb des Blockes h.) gemäß 13 verläuft der Hauptsignalpfad in horizontaler Richtung von links nach rechts. Jedes Modul innerhalb des Blockes h.) beziehungsweise jede Funktion kann auf die Informationen von Block d.), f.), g.) und Block e.) in der erfindungsgemäßen Struktur zugreifen. Das im Modul „PtCtl” innerhalb des Blockes h.) enthaltene Antriebsmanagement erhält zusätzlich über die Kommunikations-Schnittstelle, also von Block c.), externe Sollwertanforderungen (z. B. Sollmoment von ASR). Da eine Verbrennungskraftmaschine einen verkoppelten Prozess darstellt, sind auch die ein zelnen Reglerfunktionen nicht vollständig unabhängig voneinander. Wie der von Modul „CmbCtl” zum Modul „FuSysCtl” gezeichnete gestrichelte Pfeil kennzeichnet, ist auch ein vertikaler Signalfluss möglich und erforderlich. In diesem speziellen Fall handelt es sich um eine Aufschaltung des von der Gemischsteuerung generierten Kraftstoffsollvolumenstromes auf die Raildruckreglerfunktion im Sinne einer Entkopplung/Störgrößenaufschaltung. Das Modul „PtCtl” stellt das Antriebsmanagement dar und umfasst die Funktionen Fahrerwunschinterpretation, Fahrerassistenzsysteme (Fahrgeschwindigkeitsregler, Drehzahl- und Geschwindigkeitsbegrenzer), Momentenbegrenzung, Beschleunigungsschnittstelle, Fahrbarkeitsfilter Beschleunigungssteuerung und -regelung, Momentenschnittstelle, Aggregatekoordination (Hybridkoordinator und Fahrstrategie), Ruckeldämpfer, Leerlauf- und Anfahrregler, Drehzahlschnittstelle. Wesentliche Ausgangsgrößen sind das Sollmoment für das Modul „TqCtl” sowie Stellsignale (z. B. Sollmoment oder Sollgang) für externe Aggregate, die über einen Bus, wie z. B. den CAN, verschickt werden. Basierend auf einem inversen Momentenmodell des Verbrennungsmotors wandelt das Modul „TqCtl” das Sollmoment und die Sollwirkungsgrade aus „ExCtl” in entsprechende Sollwerte, u. a. für Füllung, Kraftstoffhochdruck, Luftzahlwirkungsgrad, Zündwinkelwirkungsgrad, Wirkungsgrade von interner und externer Abgasrückführung, Tumblewirkungsgrad. Ferner ist die Entscheidung über den Brennverfahrensmodus (Homogen, Schicht, GCI) Bestandteil dieses Moduls. Das Modul „ExSysCtl” umfasst Funktionen zur Steuerung und Regelung des Abgassystems. Hierzu zählen beispielsweise Funktionen zum Katheizen, Bauteileschutz (Katalysatoren und Turbine) und zur Rauchbegrenzung. Ausgangsgrößen sind Sollwirkungsgrade/Sollmomente für Zündung und Lambda sowie die Anforderung zur Leerlaufdrehzahlanhebung. Das Modul „AirSysCtl” umfasst Funktionen zur Steuerung und Regelung von Lade- und Saugrohrdruck bzw. Füllung. Das Modul „FuSysCtl” umfasst Funktionen zur Steuerung und Regelung von Kraftstoffniederdruck und Kraftstoffhochdruck, zur Tankentlüftung sowie zur Entlüftung des Kraftstoffsystems. Das Modul „CmbCtl” enthält Funktionen zur Zünd- und Einspritzventilansteuerung, zur Lambda-Regelung und Lambdasondenheizungsregelung sowie zur Klopfregelung. Das Modul „ActCtl” enthält Funktionen zur Steuerung und Regelung von Aktuatoren, z. B. den Drosselklappenlageregelkreis. Das Modul „ThSysCtl” enthält Funktionen zum Thermomanagement. Hierzu zählt vor allem die Lüfteransteuerung.According to the representation of the fundamental signal flow within the block h.) According to 13 The main signal path runs horizontally from left to right. Each module within the block h.) Or each function can access the information from block d.), F.), G.) And block e.) In the structure according to the invention. The drive management contained in the module "PtCtl" within block h.) Also receives external setpoint requests (eg setpoint torque from ASR) via the communication interface, ie from block c.). Since an internal combustion engine is a coupled process, the individual controller functions are not completely independent of each other. Like the gestri created by module "CmbCtl" to the module "FuSysCtl" If the arrow indicates arrow, a vertical signal flow is also possible and required. In this special case, it is a connection of the fuel setpoint volume flow generated by the mixture control to the rail pressure regulator function in the sense of decoupling / feedforward control. The module "PtCtl" represents the drive management and includes the functions driver interpretation interpretation, driver assistance systems (cruise control, speed and speed limiter), torque limitation, acceleration interface, drivability filter acceleration control and regulation, torque interface, aggregate coordination (hybrid coordinator and driving strategy), jerk, neutral and approach controller , Speed interface. Essential output variables are the setpoint torque for the "TqCtl" module as well as actuating signals (eg setpoint torque or nominal gear) for external units that are connected via a bus, such as a bus. As the CAN, be sent. Based on an inverse torque model of the internal combustion engine, the module "TqCtl" converts the target torque and the desired efficiencies from "ExCtl" into corresponding setpoints, eg for charge, high pressure, air ratio, ignition angle efficiency, efficiency of internal and external exhaust gas recirculation, tumble efficiency. Furthermore, the decision on the combustion mode (Homogeneous, Layer, GCI) is part of this module. The "ExSysCtl" module includes functions for controlling and regulating the exhaust system. These include, for example, functions for catalytic heating, component protection (catalytic converters and turbine) and for smoke limitation. Output variables are target efficiencies / set torques for ignition and lambda and the requirement for idle speed increase. The "AirSysCtl" module includes functions for controlling and regulating charge and intake manifold pressure or filling. The module "FuSysCtl" includes functions for the control and regulation of low pressure fuel and high pressure fuel, for tank ventilation and for bleeding the fuel system. The module "CmbCtl" contains functions for ignition and injection valve control, for lambda control and lambda probe heating control as well as for knock control. The module "ActCtl" contains functions for the control and regulation of actuators, eg. B. the throttle position control loop. The module "ThSysCtl" contains functions for thermal management. This mainly includes the fan control.

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.Farther the block g.), ie the diagnostic function, is shown in detail. Rising legal and technical requirements for modern engine management systems do the constant testing and monitoring of the whole system including its sensors, actuators, Components and subsystems necessary. The minimum goal exists thereby in the fulfillment of the legal requirements in the context the OBD. In addition, the guided fault and troubleshooting in service and repair shop supported as well the realization of customer-specific wishes become. The goal is to disrupt and errors early to recognize, locate and identify consequential damage to be able to avoid engine and vehicle. The block g.) includes all system diagnostics that are not in the range of low-level diagnostics in block a.), b) or c.) or for E-gas monitoring in the 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 14 dargestellt.The structuring of the block g.) Takes place on the basis of the structure in the blocks d.) And h.), Ie the observer and the controller. The construction of block g.) Is in 14 shown.

Zur Abbildung der gesetzlichen Anforderungen wird im Block g.) eine weitere Modul-Ebene eingeführt. Hintergrund ist die in der Gesetzgebung verankerte höhere Auflösung der Komponenten in Hinblick auf abgasrelevante Bauteile. Die zusätzliche Modulebene wird in 15 für die Umsetzung der in Kalifornien maßgeblichen Richtlinie „Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2” vorgestellt.To illustrate the legal requirements, another module level is introduced in block g.). The background to this is the higher resolution of the components with regard to exhaust gas-relevant components, which is anchored in the legislation. The additional module level is in 15 for the implementation of the California relevant Guideline "Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2" presented.

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 (DiagnosisControlBus). Die Struktur ist in 16 gezeigt.The communication within the block g.) Runs in a vertical direction from top to bottom. The residuals (ResidueBus), model and sensor sizes (ModelBus or SensorBus) and shares (via SysCoordBus) are processed as input variables. Outputs of the block are, in addition to the diagnostic results themselves (DiagnosisBus), the status of individual diagnoses (DiagnosisStatusBus) and, if an active diagnosis is required, requests to the controller (DiagnosisControlBus). The structure is in 16 shown.

Auf der zweiten (Sub-)Modulebene erfolgt die Gliederung in Anlehnung an die Gesetzgebung. Mit Bezug auf den in 15 dargestellten Fall werden die zu realisierenden Submodule im Folgenden aufgelistet. Eine Liste der konkreten Funktionen ist nicht Bestandteil dieser Offenbarung, da diese in Abhängigkeit von Antriebskonzept und Sensor-Aktuator-Konfiguration variiert. Ziel der zweiten Modulebene ist es, eine Zuordnung zwischen den realisierten Diagnosefunktionen und den gesetzlichen Bestimmungen zu bekommen. Das Submodul „Air System Monitoring” umfasst Funktionen zur Realisierung von „Evaporative System Monitoring”, „Variable Valve Timing and/or Control System Monitoring”, „Positive Crankcase Ventilation System Monitoring” und „Comprehensive Component Monitoring” auf Basis der Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 . Das Submodul „Fuel System Monitoring” umfasst Funktionen zur Realisierung von „Fuel System Monitoring” und „Comprehensive Component Monitoring” auf Basis der Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 . Das Submodul „Combustion System Monitoring” umfasst Funktionen zur Realisierung von „Misfire Monitoring” und „Comprehensive Component Monitoring” auf Basis der Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 . Das Submodul „Exhaust System Monitoring” umfasst Funktionen zur Realisierung von „Catalyst Monitoring”, „Heated Catalyst Monitoring”, „Secondary Air System Monitoring”, ”Direct Ozone Reduction System Monitoring”, „Other Emission Control or Source System Monitoring”, ”Exhaust Gas Sensor Monitoring”, ”Cold Start Emission Reduction Strategy Monitoring”, ”Exhaust Gas Recirculation System Monitoring” und ”Comprehensive Component Monitoring” auf Basis der Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 . Das Submodul „Powertrain System Monitoring” umfasst Funktionen zur Realisierung von „Air Conditioning System Component Monitoring” und „Comprehensive Component Monitoring” auf Basis der Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 . Das Submodul „Thermal System Monitoring” umfasst Funktionen zur Realisierung von „Engine Cooling System Monitoring” und „Comprehensive Component Monitoring” auf Basis der Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 .At the second (sub-) module level, the classification is based on the legislation. With reference to the in 15 In the case illustrated, the submodules to be realized are listed below. A list of the specific functions is not part of this disclosure, as this varies depending on the drive concept and sensor-actuator configuration. The aim of the second module level is to obtain an association between the diagnostic functions implemented and the legal provisions. The subsystem "Air System Monitoring" includes functions for the realization of "Evaporative System Monitoring", "Variable Valve Timing and / or Control System Monitoring", "Positive Crankcase Ventilation System Monitoring" and "Comprehensive Component Monitoring" based on the Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 , The submodule "Fuel System Monitoring" includes functions for the realization of "Fuel System Monitoring" and "Comprehensive Component Monitoring" based on the Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 , The submodule "Combustion System Monitoring" includes functi on the implementation of "Misfire Monitoring" and "Comprehensive Component Monitoring" based on the Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 , The submodule "Exhaust System Monitoring" includes functions for the implementation of "Catalyst Monitoring", "Heated Catalyst Monitoring", "Secondary Air System Monitoring", "Direct Ozone Reduction System Monitoring", "Other Emission Control or Source System Monitoring", "Exhaust Gas Sensor Monitoring, Cold Start Emission Reduction Strategy Monitoring, Exhaust Gas Recirculation System Monitoring and Comprehensive Component Monitoring Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 , The submodule "Powertrain System Monitoring" includes functions for the realization of "Air Conditioning System Component Monitoring" and "Comprehensive Component Monitoring" based on the Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 , The submodule "Thermal System Monitoring" includes functions for implementing "Engine Cooling System Monitoring" and "Comprehensive Component Monitoring" based on the Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 ,

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 leistungsfähi ge 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 17 skizziert. Analog zu Block d.) und Block h.) erfolgt die Gliederung der Komponenten/Module aus der Komponentensicht. Damit können die zu einer bestimmten Systemkomponente gehörenden Rekonfigurationsstrategien einem Modul zugeordnet werden.Furthermore, the block f.), So the reconfigurator, shown in detail. The reconfiguration (reorganization, reorganization) of the system is to be understood as a tool for the realization of fault-tolerant systems. The reconfiguration uses resources in the system to ensure operation even in the event of a fault. Further operation may only be partial, with reduced performance and / or for a limited time. The basis of a fault-tolerant system and thus for the implementation of a reconfiguration is a powerful diagnosis, which enables precise pinpointing. Task of the block f.) Is to maintain the system operation and the system performance despite a fault occurring in the system, but at least to implement a "limp home" mode (avoiding lying down). The block f.) Is used to adapt and switch the system in case of error. Within the scope of this block, functions and fallback levels are to be stored which, in the sense of a fault-tolerant system, ensure safe operation of the motor beyond the time of a fault occurrence. The basic structure of the block f.) Is in 17 outlined. Analogous to block d.) And block h.), The structure of the components / modules takes place from the component view. In this way, the reconfiguration strategies belonging to a specific system component can be assigned to a module.

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.Of the Block f.) Comprises the reconfiguration strategies assigned to the individual modules, which differ in severity and extent. there It should be noted that block f.) is only active if a Error in the system has occurred, has been diagnosed and diagnosed by the manager in block e.) a corresponding reconfiguration request to the Block f.).

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 18 schematisch für das Modul „Air System” dargestellt. Als Beispiel für eine einfache Umsetzung wird auf 10 und den dazugehörigen Text verwiesen. Je nach Systemkonfiguration und Fehlersituation kann hier auf verschiedene Ersatzwerte für einen Sensorwert umgeschaltet werden. Die Rekonfigurationsstrategien sind hochgradig von dem System und der verwendeten Sensor-Aktuator-Konfiguration abhängig. Hinzu kommt, dass jede Rekonfigurationsmaßnahme im Fehlerfall als Einzelfall geprüft werden muss (Sicherheit, Systemstabilität). Aus diesen Gründen werden die Strategien als einzelne Funktionen (Software-Komponenten) in den jeweiligen Modulen abgelegt. Die Kommunikation innerhalb des jeweiligen Moduls verläuft in horizontaler Richtung von links nach rechts. Als Eingangsgrößen werden die Diagnoseergebnisse (DiagResultBus) und die Freigaben (über SysCoordBus) verarbeitet. Ausgaben des Blockes sind die Stati der einzelnen Rekonfigurationsfunktionen (ReconfigStatusBus) und die jeweiligen Rekonfigurationsmaßnahmen (ReconfigBus). Mit anderen Worten generiert jede Strategie (Funktion) aus den Eingangsgrößen entsprechend der hinterlegten Funktionalität Ausgangsgrößen, die in das System beziehungsweise die erfindungsgemäße modulare Struktur umfassend die Blöcke a.) bis h.) verteilt. Entscheidend ist dabei, dass jede Rekonfigurations-Strategie für sich isoliert zu betrachten ist und keine Querkopplungen beziehungsweise -verbindungen zwischen den Strategien bestehen.Depending on the particular reconfiguration strategy, block f.) May share block d.), H.) Or block d.) And block h.). The principle is in 18 shown schematically for the module "Air System". As an example of a simple implementation will be on 10 and the accompanying text. Depending on the system configuration and error situation, it is possible to switch to different substitute values for a sensor value here. The reconfiguration strategies are highly dependent on the system and the sensor-actuator configuration used. In addition, every reconfiguration measure has to be checked as an individual case in the event of a fault (safety, system stability). For these reasons, the strategies are stored as individual functions (software components) in the respective modules. The communication within the respective module runs in the horizontal direction from left to right. The diagnostic results (DiagResultBus) and the approvals (via SysCoordBus) are processed as input variables. Outputs of the block are the states of the individual reconfiguration functions (ReconfigStatusBus) and the respective reconfiguration measures (ReconfigBus). In other words, each strategy (function) generates from the input variables according to the stored functionality output variables which are distributed into the system or the modular structure according to the invention comprising the blocks a.) To h.). It is crucial that every reconfiguration strategy is to be considered isolated and that there are no cross-couplings or connections between the strategies.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10044319 A1 [0002] DE 10044319 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0077] - Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0077]
- Richtlinie „Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2” [0088] - Directive "Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2" [0088]
- Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090] - Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090]
- Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090] - Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090]
- Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090] - Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090]
- Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090] - Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090]
- Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090] - Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090]
- Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090] - Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090]

Claims

Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, die einen Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode in mehrere Blöcke strukturiert ist, wobei die Blöcke Funktionen zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems als abgrenzbare Bestandteile des Computerprogrammcodes umfassen, wobei ein Block einen Beobachter und ein Block einen Controller umfasst, wobei der Beobachter Funktionen zur Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems und Funktionen zur Verarbeitung von Messsignalen umfasst, wobei der Controller Funktionen zur Steuerung des Antriebssystems, Funktionen zur Regelung des Antriebssystems und Funktionen zur Bildung von Stellsignalen umfasst, wobei der Beobachter zum Empfangen von Messsignalen mit Sensoren verbunden ist, wobei der Controller mit dem Beobachter zum Empfangen von Informationen über den Ist-Zustand des Antriebssystems verbunden ist, wobei der Beobachter zum Empfangen von Stellsignalen mit dem Controller verbunden ist.Device for controlling and regulating a drive system, comprising a computer program code, wherein the computer program code is structured into multiple blocks, with the blocks Functions for controlling and regulating a drive system as comprise demarcable components of the computer program code, wherein a block comprises an observer and a block comprises a controller, wherein the observer functions to observe the actual state of the Drive system and functions for processing measurement signals the controller having functions for controlling the drive system, Functions for controlling the drive system and functions for formation of control signals, wherein the observer is for receiving Measuring signals connected to sensors, the controller with the observer to receive information about the Actual state of the drive system is connected, being the observer for receiving actuating signals is connected to the controller.

Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Funktionen, die der Beobachter und die der Controller umfasst, einzelnen Hardwarekomponenten des Antriebssystems zugeordnet sind.Device according to claim 1, wherein the functions, which includes the observer and the controller, individual hardware components are assigned to the drive system.

Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Beobachter neben den Funktionen zur Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems und den Funktionen zur Verarbeitung von Messsignalen Funktionen zur Beobachterrückführung sowie Funktionen zur Adaption/Korrektur der verwendeten Sensorik umfasst, wobei die Beobachtung des Ist-Zustandes des Antriebssystems auf Grundlage von Modellen erfolgt, die anhand der vom Controller übermittelten Stellsignale und gegebenenfalls weiteren Informationen messbare und nichtmessbare Zustandsgrößen schätzen, wobei die modellierten messbaren Zustandsgrößen mit Messsignalen verglichen und daraus Residuen gebildet werden, wobei anhand dieser Residuen die Beobachterrückführung realisiert wird, um die modellierten Zustandsgrößen und die Messsignale der verwendeten Sensorik zu korrigieren/adaptieren.Device according to claim 1 or 2, wherein the Observer in addition to the functions for observing the actual state of the drive system and the functions for processing measurement signals Functions for observer feedback and functions for adaptation / correction of the sensors used, wherein the Observing the actual state of the drive system based on Models are based on the transmitted from the controller Control signals and possibly further information measurable and measure immeasurable state variables, where the modeled measurable state variables compared with measuring signals and from this residuals are formed, whereby the observer feedback is realized on the basis of these residuals is to the modeled state variables and the Correct / adapt measuring signals of the sensors used.

Vorrichtung nach Patentanspruch 3, wobei der Beobachter in eine Modellebene, eine Beobachterrückführungsebene und eine Sensoradaptions/-korrekturebene gruppiert ist.Device according to claim 3, wherein the observer into a model plane, an observer feedback plane and a sensor adaptation / correction plane is grouped.

Vorrichtung nach Patentanspruch 4, wobei die Modellebene Prozessmodelle des Antriebssystems umfasst, die hinsichtlich der jeweils physikalisch beschreibbaren Hardwarekomponenten des Antriebssystems in Module gruppiert sind, wobei die Beobachterrückführungsebene für jede physikalisch beschreibbare Hardwarekomponente des Antriebssystems ein Modul umfasst, das wiederum zwei Funktionen umfasst, wobei eine der Funktionen die Berechnung der Beobachterrückführung realisiert und die andere der Funktionen die Berechnung der Residuen einschließlich einer Signalauswahl zwischen modellierten, gemessenen und gemessenen und gefilterten Werten und einem Ersatzwert realisiert, wobei die Sensoradaptions/-korrekturebene Funktionen umfasst, die auf Grundlage eines von Null verschiedenen Residuums eine Korrektur und/oder Adaption von Sensoren vornimmt.Device according to claim 4, wherein the model plane Process models of the drive system comprises, in terms of each physically writable hardware components of the drive system are grouped into modules, with the observer feedback level for every physically writable hardware component of the drive system comprises a module, which in turn has two functions wherein one of the functions is the calculation of the observer feedback realized and the other of the functions including the calculation of residuals a signal selection between modeled, measured and measured and filtered values and a substitute value, wherein the sensor adaptation / correction plane Includes functions based on a non-zero Residuums makes a correction and / or adaptation of sensors.

Vorrichtung nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei das Zusammenwirken der Modellebene und der Beobachterrückführungsebene so strukturiert und/oder parametriert ist, dass die Beobachterrückführung auf Teilsysteme und/oder Hardwarekomponenten des Antriebssystems beschränkt bleibt.Device according to claim 4 or 5, wherein the Interaction of the model level and the observer feedback level is structured and / or parameterized such that the observer feedback on subsystems and / or hardware components of the drive system remains limited.

Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 6, wobei der Beobachter und der Controller Bestandteil einer zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems aus mehreren Blöcken gebildeten modularen Struktur eines Computerprogrammcodes sind, 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/Eigenschaften der verwendeten Sensoren oder Aktoren die den Blöcken a.) bis h.) zugeordneten Funktionen festgelegt werden.Device according to claim 1 to 6, wherein the Observer and the controller part of a control and Control of a drive system formed of several blocks modular structure of a computer program code, respectively at least one block for a.) a sensor interface, b.) an actuator interface, c.) a communication interface, d.) an observer / signal processing, e.) a diagnostic manager, f.) a reconfigurator, g.) a diagnostic function, h.) one controller, is provided, the blocks a.) to h.) for exchanging data / information are assigned to the blocks a.) to h.) Functions be, depending on the drive concept of underlying drive system and / or the number / characteristics the sensors or actuators used in blocks a.) to h.) assigned functions.