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 - Google Patents
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Abstract
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
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,
- 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,
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:
Gemäß
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
Mit
anderen Worten haben die Funktionen, die dem Block d.) zugeordnet
sind, die Aufgabe, den momentanen Ist-Zustand des zu steuernden
und zu regelnden Antriebssystems mit Hilfe von Modellen zu beobachten.
Hierbei werden beispielsweise vereinfachte nichtlineare dynamische
Modelle eingesetzt, um anhand der Stellsignale und der Umweltbedingungen
die messbaren und nichtmessbaren Zustandsgrößen
des Systems zu schätzen. Modellierte messbare Zustände
werden in diesem Zuge mit Messsignalen verglichen. Zur Übermittlung
von Messsignalen ist Block d.) mit Block a.) verbunden, wie in
Wie
schon beschrieben ist es ferner Aufgabe der Funktionen, die dem
Block d.) zugeordnet sind, die dem Block h.) und dem Block g.) zugeordneten Funktionen
mit der Information über den Istzustand des Systems und
den Residuen zu versorgen. Dazu ist Block d.) mit Block h.) und
Block g.) zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, so dass gemessene
und/oder modellierte/beobachtete Signale übermittelt werden
können, wie in
Eine weitere Funktionalität von Block d.) stellt die Realisierung modell- oder signalbasierter Sensoradaptionsverfahren dar, welche den Einfluss von Messungenauigkeiten der Sensoren verringern können. Die Module und Funktionen in Block d.), also dem Beobachter, lassen sich naturgemäß einzelnen Hardwarekomponenten zuordnen. So gibt es im Zusammenhang mit einer verwendeten Verbrennungskraftmaschine ein Saugrohrmodell, ein Railmodell und so weiter. Es bleibt also immer eine sogenannte „Komponentensicht” erhalten, die eine schnelle Zuordnung von Modulen und Funktionen zu Hardware-Komponenten des Antriebssystems erlaubt. Im allgemeinen hat eine beobachterbasierte Struktur folgende Vorteile. Zum Einen ergibt sich eine Verbesserung der Regelqualität. So ist bei technischen Systemen nicht immer alles messbar. Für ein System höherer Ordnung kann die Regelgüte erheblich verbessert werden, wenn zusätzlich zu der Ausgangsrückführung auch die internen Systemzustände für die Stellsignalgenerierung herangezogen werden. Ein Beobachter, wie gemäß Block d.), bietet die Möglichkeit, interne Systemzustände ohne zusätzliche Sensorik zu rekonstruieren. Durch Rückführung der beobachteten Zustände kann die Regelqualität verbessert werden. Es werden also alle internen Systemzustände vom Beobachter gemäß Block d.) erfasst und stehen für die Regelung zur Verfügung. Auf diese Weise können leistungsfähige moderne Verfahren, wie beispielsweise Zustandsregler, problemlos eingebunden werden. Die Verwendung dieser zusätzlichen Information kann zu höherer Regelqualität führen. Zum Anderen ergibt sich eine Verbesserung der Diagnosequalität. So werden anhand eines Beobachters, wie gemäß Block d.), geschätzte Zustände mit gemessenen Signalen verglichen. Wenn zur Laufzeit die Residuen zwischen beobachteten und gemessenen Signalen zuvor definierte Schwellwerte überschreiten, kann auf einen Fehlerfall geschlossen werden. Anhand von Residuen und dynamischen Modellen lassen sich 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
Gemäß
Gemäß
Gemäß
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)
- 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
Gemäß
In der Hardware-Zugriffsschicht erfolgt die Ansteuerung von Hardwarebausteinen für die Signalerfassung (A/D-Wandler, Digital-I/Os). Die vom Hardware-Treiber gelieferten Spannungswerte werden von den in der Sensor-Umwandlungsschicht enthaltenen Umwandlungsfunktionen weiterverarbeitet. Dabei erfolgt die Umrechnung der elektrischen Signale in physikalische Größen wie Druck oder Temperatur. Die Sensorwerte werden von der Sensor-Schnittstelle in dem funktionsseitig erforderlichen kleinsten Zeitraster an den Beobachter, also an Block d.), weitergegeben. Zusätzliche Aufgabe der Sensor-Umwandlungsschicht ist die Durchführung hardwarenaher Grunddiagnosen und gegebenenfalls die Durchführung einer Signalplausibilisierung. Die Diagnose umfasst dabei einfache elektrische Diagnosen (Signal-Range-Check der eingehenden Sensorspannungen). Plausibilisierungen werden nur dann in der Sensor-Schnittstelle durchgeführt, wenn für einen Messwert redundante Sensorinformationen zur Verfügung stehen, wie z. B. für den Drosselklappenöffnungswinkel durch zwei Lagesensoren. Da diese Funktionen hardwarenah liegen, sollen sie als Hardware-Abstraktions-Schicht dienen. Wenn ein Sensor S der Firma ABC mit einem anderen Sensor S der Firma XYZ umgetauscht wird, dann soll nur die Sensor-Schnittstellen-Funktion S davon beeinflusst sein. Daher sollten zwischen Umwandlungsroutinen, die sich auf einer Ebene des Sensor-Interface befinden, keine Querkopplungen existieren.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
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
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
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
Gemäß
Hinsichtlich des Funktionsprinzips eines Beobachters ist das Zusammenspiel aus vorwärtsgerichteten Prozessmodellen, die in der Ebene „Model Layer” angeordnet sind und der Beobachterrückführung, welche sich in der Ebene „Observer Feedback Layer” befindet, von essentieller Bedeutung. Die Rückführung sorgt dafür, dass die von den Modellen berechneten Prozesszustände, wie Drücke, Drehzahlen, Temperaturen, dynamisch mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen. Die Rückführung ist frei parametrierbar, insbesondere kann sie auch so strukturiert werden, dass Rückwirkungen, d. h. Korrekturen, auf bestimmte Teilsysteme beschränkt bleiben. Auf diese Weise kann das Problem des Entwurfs eines „großen” Beobachters, der alle Informationen verwendet, auf das wesentlich leichter zu lösende Problem des Entwurfs kleinerer Beobachter für einzelne Teilmodelle reduziert werden. Anders formuliert, man kann die Rückführung so gestalten, dass beispielsweise der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zur Korrektur des Luftpfades der verwendeten Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, da beide über die Drehzahl gekoppelt sind, und umgekehrt. Alternativ kann man die Rückführung auch so parametrieren, dass der Luftpfad nur anhand der Informationen des Luftpfades und der Antriebsstrang nur anhand der Informationen des Antriebsstranges korrigiert wird, d. h. die Information bleibt lokal auf die Module beschränkt. In vielen Fällen ist es möglich, die 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
In
Innerhalb
des Blockes d.) sind folgende Funktionen zu realisieren. Die Modellebene
enthält Prozessmodelle von Motor und Antriebsstrang. Diese
Prozessmodelle sind in Module gruppiert, die wie folgt für
eine modellhafte Beschreibung einer Verbrennungskraftmaschine in
Verbindung mit
Das Modul Fuel System Model (FuSysMdl) enthält ein Modell des Kraftstoffsystems einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus Nieder- und Hochdruckseite. Es umfasst u. a. die Komponenten Tank, Kraftstoffförderpumpe, Aktivkohlebehälter (Tankentlüftung), Hochdruckpumpe, Rail und Einspritzventile. Modelliert werden dabei Größen wie Drücke, Temperaturen, Kraftstoffmassenstrom aus Tankentlüftung. Je nach Fahrzeug muss das Modell systemspezifisch angepasst werden. Varianten hierbei sind beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit Saugrohr- oder Direkteinspritzung oder der Typ der verwendeten Hochdruckkraftstoffpumpe.The 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
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
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
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
Entsprechend
der Darstellung des prinzipiellen Signalflusses innerhalb des Blockes
h.) gemäß
Weiterhin wird der Block g.), also die Diagnosefunktion, im Detail dargestellt. Steigende gesetzliche und technische Anforderungen an moderne Motormanagementsysteme machen die ständige Prüfung und Überwachung des Gesamtsystems einschließlich seiner Sensoren, Aktuatoren, Komponenten und Teilsysteme notwendig. Das minimale Ziel besteht dabei in der Erfüllung der gesetzlichen Auflagen im Rahmen der OBD. Darüber hinaus soll die geführte Störungs- und Fehlersuche in Service und Werkstatt unterstützt sowie die Umsetzung kundenspezifischer Wünsche ermöglicht werden. Ziel ist es, Störungen und Fehler frühzeitig zu erkennen, zu lokalisieren und zu identifizieren, um Folgeschäden an Motor und Fahrzeug vermeiden zu können. Der Block g.) beinhaltet alle Systemdiagnosen, die nicht in den Bereich der Low-Level-Diagnosen im Block a.), b) oder c.) fallen oder zum E-Gas-Monitoring im Block l.) gehören.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
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
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
Auf
der zweiten (Sub-)Modulebene erfolgt die Gliederung in Anlehnung
an die Gesetzgebung. Mit Bezug auf den in
Weiterhin
wird der Block f.), also der Rekonfigurator, im Detail dargestellt.
Die Rekonfiguration (Umgestaltung, Neuordnung) des Systems ist als Werkzeug
zur Realisierung von fehlertoleranten Systemen zu verstehen. Die
Rekonfiguration greift dabei auf Ressourcen im System zurück,
um den Betrieb auch im Fehlerfall sicherzustellen. Der weitere Betrieb
kann dabei möglicherweise nur zum Teil, mit reduzierter
Performanz und/oder für eine begrenzte Zeit erfolgen. Grundlage
eines fehlertoleranten Systems und damit für die Durchführung
einer Rekonfiguration ist eine 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
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
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- - Richtlinie Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090] - Directive Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 [0090]
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DE200910011430 DE102009011430A1 (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 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 |
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