DE102009011156B4 - Device for controlling and regulating a drive system - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, die einen Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode in mehrere Blöcke strukturiert ist, wobei die Blöcke Funktionen zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems als abgrenzbare Bestandteile des Computerprogrammcodes umfassen, wobei die Vorrichtung mindestens eine hardwarespezifische Sensor-Schnittstelle umfasst, wobei der Sensor-Schnittstelle Funktionen zur Grundverarbeitung der an die Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems von Sensoren gesendeten Sensorrohsignale zugeordnet sind, wobei die Sensor-Schnittstelle durch zwei Schichten strukturiert ist, wobei sich auf der untersten Ebene eine Hardware-Zugriffsschicht befindet, wobei sich über der Hardware-Zugriffsschicht eine Sensorsignal-Umwandlungsschicht befindet, wobei die Hardware-Zugriffsschicht und die Sensorsignal-Umwandlungsschicht durch eine Laufzeitumgebung voneinander getrennt sind, wobei die Hardware-Zugriffsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Ansteuerung von Hardwarebausteinen für die Erfassung elektrischer Signale umfasst, wobei die Sensorsignal-Umwandlungsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Umwandlung der elektrischen Signale in physikalische Größen umfasst, wobei die Sensor-Schnittstelle mit einem Beobachter zur Korrektur/Adaption der mit der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems verbundenen Sensoren zusammenwirkt, wobei dem Beobachter Funktionen zugeordnet sind, die in Abhängigkeit der Signale anderer Sensoren und/oder Modelle eine Korrektur/Adaption der Signale der Sensoren vornehmen, wobei die Sensor-Schnittstelle neben dem Beobachter mit einem Diagnose-Manager, mit einer Diagnosefunktion und einem Rekonfigurator zusammenwirkt, wobei die Ergebnisse der Hardware-Diagnose und der elektrischen Diagnosen der Sensor-Schnittstelle an den Diagnose-Manager weitergegeben werden, wobei der Diagnose-Manager weiterhin Ergebnisse der Diagnosefunktion erhält, wobei die Ergebnisse der Diagnosefunktion aus Residuen, die mittels des Beobachters ermittelt wurden, berechnet werden, wobei mittels einer Entscheidungsstrategie über den Rekonfigurator gegebenenfalls eine Umschaltung auf einen Ersatz- oder Modellwert im Beobachter durchgeführt wird.A device for controlling and regulating a drive system, which comprises a computer program code, the computer program code being structured in several blocks, the blocks including functions for controlling and regulating the drive system as delimitable components of the computer program code, the device comprising at least one hardware-specific sensor interface, The sensor interface is assigned functions for basic processing of the raw sensor signals sent by sensors to the device for controlling and regulating the drive system, the sensor interface being structured by two layers, with a hardware access layer being on the lowest level a sensor signal conversion layer is located above the hardware access layer, the hardware access layer and the sensor signal conversion layer being separated from one another by a runtime environment, the hardware access layer for each includes individual sensor functions for controlling hardware modules for the acquisition of electrical signals, the sensor signal conversion layer for each individual sensor including functions for converting the electrical signals into physical quantities, the sensor interface with an observer for correcting / adapting the with the device sensors connected to control and regulate the drive system interacts, the observer being assigned functions that correct / adapt the signals of the sensors as a function of the signals from other sensors and / or models, the sensor interface being equipped with a diagnostic tool in addition to the observer. Manager, interacts with a diagnosis function and a reconfigurator, the results of the hardware diagnosis and the electrical diagnosis of the sensor interface being passed on to the diagnosis manager, the diagnosis manager still receiving results of the diagnosis function, wherein the results of the diagnostic function are calculated from residuals that were determined by means of the observer, with a switch to a substitute or model value in the observer being carried out if necessary using a decision strategy via the reconfigurator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems gemäß den Merkmalen der Patentansprüche.The present invention relates to a device for controlling and regulating a drive system according to the features of the patent claims.

Aus der DE 100 44 319 A1 ist es vorbekannt, zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeuges eingebettete Softwarelösungen einzusetzen, wobei so genannte Basisfunktionen und Betriebsfunktionen verwendet werden, wobei die Basisfunktionen unter anderem so genannte Kernfunktionen und Treibersoftware umfassen, also Funktionen, die steuereinheitsspezifisch sind, wobei die Betriebsfunktionen Funktionen umfassen, die das eigentliche Betriebsverhalten des Fahrzeuges bestimmen, wobei die Basisfunktionen und die Betriebsfunktionen derart voneinander getrennt sind, dass ein Hinzufügen oder Austauschen von Betriebsfunktionen möglich ist, ohne dass die Basisfunktionen geändert werden müssen. Erfolgt jedoch beispielsweise im Rahmen einer Weiterentwicklung des Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges eine Änderung der Sensorik, ist davon auszugehen, dass sowohl Änderungen in den Betriebsfunktionen als auch Änderungen in den Basisfunktionen erforderlich sind.From the DE 100 44 319 A1 It is previously known to use embedded software solutions to control and / or regulate a vehicle, so-called basic functions and operating functions being used, the basic functions including so-called core functions and driver software, i.e. functions that are control unit-specific, the operating functions including functions, which determine the actual operating behavior of the vehicle, the basic functions and the operating functions being separated from one another in such a way that operating functions can be added or replaced without the basic functions having to be changed. However, if there is a change in the sensor system, for example as part of a further development of the drive system of a motor vehicle, it can be assumed that both changes in the operating functions and changes in the basic functions are required.

Gemäß der US 2008/ 0 188 963 A1 ist ein objektorientiertes Steuersystem für ein Gerät vorbekannt, konfigurierbar durch einen Konfigurationsmechanismus in selektiv bedienbarer Kommunikation mit einer Vielzahl von objektorientierten Steuersystemen unter Verwendung eines Paketprotokolls zum Aufbau von Nachrichten, die Bezeichner aus einer Vielzahl von Namensräumen umfassen, die mit den Bausteinen der objektorientierten Systeme verbunden sind.According to US 2008/0 188 963 A1, an object-oriented control system for a device is previously known, configurable by a configuration mechanism in selectively operable communication with a multiplicity of object-oriented control systems using a packet protocol for the construction of messages which include identifiers from a multiplicity of name spaces, which are connected to the building blocks of the object-oriented systems.

Aus der DE 699 33 895 T2 ist ein Betrachtungsprozessfunktionsmodul vorbekannt, das in einer Prozesssteuereinrichtung implementiert ist und in einem Prozesssteuernetz verwendet werden kann, das eine Vielzahl von Einrichtungen hat, die mit einem Bus kommunikativ gekoppelt sind. Ferner weist jede der Einrichtungen ein oder mehr Prozessfunktionsmodule auf, die imstande sind, eine Eingabefunktion, eine Ausgabefunktion oder eine Steuerfunktion in dem Prozesssteuernetz durchzuführen, und die imstande sind, auf dem Bus unter Nutzung von planmäßigen periodischen Kommunikationen zu kommunizieren. Dabei weist das Betrachtungsprozessfunktionsmodul Folgendes auf: eine Datenerfassungseinheit, die eine Vielzahl von Eingangssignalen empfängt, die Werte von mindestens einem Prozessparameter enthalten. Diese Eingangssignale werden von einer Vielzahl der Prozessfunktionsmodule in einer oder mehreren Einrichtungen erzeugt und unter Nutzung der planmäßigen periodischen Kommunikationen übertragen.From the DE 699 33 895 T2 For example, a viewing process function module is previously known that is implemented in a process control device and can be used in a process control network having a plurality of devices communicatively coupled to a bus. Furthermore, each of the devices has one or more process function modules which are capable of performing an input function, an output function or a control function in the process control network and which are capable of communicating on the bus using scheduled periodic communications. The viewing process function module has the following: a data acquisition unit that receives a multiplicity of input signals that contain values of at least one process parameter. These input signals are generated by a plurality of the process function modules in one or more facilities and are transmitted using the scheduled periodic communications.

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 the object of the present invention to provide a device for controlling and regulating a drive system, the need for changes as little as possible when the drive system is changed or the sensor system is changed.

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 die Vorrichtung eine Sensor-Schnittstelle umfasst, welcher Funktionen zur Grundverarbeitung der an die Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems von Sensoren gesendeten Sensorrohsignale zugeordnet sind, wobei die Sensor-Schnittstelle durch zwei Schichten strukturiert ist, wobei sich auf der untersten Ebene eine Hardware-Zugriffsschicht befindet, wobei sich über der Hardware-Zugriffsschicht eine Sensorsignal-Umwandlungsschicht befindet, wobei die Hardware-Zugriffsschicht und die Sensorsignal-Umwandlungsschicht durch eine Laufzeitumgebung voneinander getrennt sind, wobei die Hardware-Zugriffsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Ansteuerung von Hardwarebausteinen für die Erfassung elektrischer Signale umfasst, wobei die Sensorsignal-Umwandlungsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Umwandlung der elektrischen Signale in physikalische Größen umfasst. Durch die erfindungsgemäße Trennung der Sensor-Schnittstelle in zwei Schichten wird der Vorteil erreicht, dass die der jeweiligen Schicht zugeordneten Funktionen von der jeweils kompetenten Seite entwickelt und bedatet werden können. Da das Know-how zu Sensoren praktisch immer auf der Seite eines Systemherstellers beziehungsweise -lieferanten liegt und das Know-how für die anwendungsorientierte Nutzung beziehungsweise der jeweiligen Nutzung angepassten Weiterverarbeitung der Sensorsignale sowie einer gesetzeskonformen Überwachung der Komponenten eines mechatronischen Systems bei dem jeweiligen Hersteller des Antriebssystems, wie beispielsweise eines Fahrzeugherstellers (OEM) liegt, ist es durch die erfindungsgemäße Trennung der Schichten möglich, dass sowohl Systemhersteller als auch OEM gezielt ihre Kompetenzen im Rahmen eines parallel stattfindenden Entwicklungsprozesses einbringen können. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen sowohl zwischen den einzelnen Funktionen der Hardware-Zugriffsschicht keine Querkopplungen als auch zwischen den einzelnen Funktionen der Sensorsignal-Umwandlungsschicht keine Querkopplungen. Durch den schichtweisen Aufbau der Sensorschnittstelle ist vorteilhaft eine einfache Anpassung der Software einer zu Grunde liegenden Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems bei der Änderung der Sensorik möglich, da zwischen den einzelnen Funktionen der jeweiligen Schicht der Sensor-Schnittstelle keine Querkopplungen bestehen. Wird beispielsweise der Sensor eines Herstellers durch einen Sensor eines anderen Herstellers ersetzt, dann ist nur die der jeweiligen Schicht zugeordnete Funktion davon betroffen und nicht die Funktionen, die in der jeweiligen Schicht für die verbleibenden Sensoren vorgesehen sind. Die der Hardware-Zugriffsschicht zugeordneten Funktionen umfassen je Sensor bevorzugt hardwarespezifische Treiber zum Auslesen der Eingangsschnittstellen, wie beispielsweise Treiber für den Zugriff auf Digital- und Analogwandler der verwendeten Hardware der zu Grunde liegenden Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems. Zusätzlich umfasst die Hardware-Zugriffsschicht je Sensor Funktionen zur Diagnose des Zustandes der jeweiligen angeschlossenen Sensoren beziehungsweise der Hardware, so dass hardwarenahe Statusinformationen verfügbar sind. Der Sensorsignal-Umwandlungsschicht sind weiterhin Funktionen zur Durchführung elektrischer Diagnosen zugeordnet. Diese elektrischen Diagnosen umfassen beispielsweise einen Signal-Range-Check. Stehen für einen Messwert redundante Sensorinformationen, wie zum Beispiel für den Drosselklappenöffnungswinkel durch zwei Lagesensoren zur Verfügung, können mittels den der Sensorsignal-Umwandlungsschicht zugeordneten Funktionen zur Durchführung elektrischer Diagnosen auch gegenseitige Plausibilisierungen der Sensorsignale durchgeführt werden, um dann einen einzigen physikalischen Wert bereitzustellen.According to the invention, this object is achieved by means of a device for controlling and regulating a drive system which comprises a computer program code, the computer program code being structured in several blocks, the blocks including functions for controlling and regulating a drive system as delimitable components of the computer program code, the device being a Sensor interface comprises which functions for basic processing of the raw sensor signals sent to the device for controlling and regulating a drive system of sensors are assigned, the sensor interface being structured by two layers, with a hardware access layer being located on the lowest level, with a sensor signal conversion layer is located above the hardware access layer, the hardware access layer and the sensor signal conversion layer being separated from one another by a runtime environment, the hardware access layer for each individual sensor includes functions for controlling hardware components for the acquisition of electrical signals, the sensor signal conversion layer for each individual sensor including functions for converting the electrical signals into physical quantities. By separating the sensor interface into two layers according to the invention, the advantage is achieved that the functions assigned to the respective layer can be developed and programmed by the competent side. Since the know-how on sensors is practically always on the side of a system manufacturer or supplier and the know-how for the application-oriented use or the further processing of the sensor signals adapted to the respective use as well as legally compliant monitoring of the components of a mechatronic system at the respective manufacturer of the drive system As is the case with a vehicle manufacturer (OEM), for example, the separation of the layers according to the invention makes it possible for both system manufacturers and OEMs to be able to specifically contribute their competencies as part of a development process that takes place in parallel. In one embodiment of the present invention, there are no cross-couplings between the individual functions of the hardware access layer and between the individual functions of the sensor signal Conversion layer no cross-coupling. Due to the layered structure of the sensor interface, a simple adaptation of the software of an underlying device for controlling and regulating a drive system when changing the sensor system is advantageously possible, since there are no cross-couplings between the individual functions of the respective layer of the sensor interface. If, for example, the sensor from one manufacturer is replaced by a sensor from another manufacturer, then only the function assigned to the respective layer is affected and not the functions that are provided in the respective layer for the remaining sensors. The functions assigned to the hardware access layer preferably include hardware-specific drivers for each sensor for reading out the input interfaces, such as, for example, drivers for accessing digital and analog converters of the hardware used in the underlying device for controlling and regulating a drive system. In addition, the hardware access layer for each sensor includes functions for diagnosing the status of the respective connected sensors or the hardware, so that hardware-related status information is available. Functions for carrying out electrical diagnoses are also assigned to the sensor signal conversion layer. These electrical diagnoses include, for example, a signal range check. If redundant sensor information is available for a measured value, for example for the throttle valve opening angle from two position sensors, mutual plausibility checks of the sensor signals can also be carried out using the functions assigned to the sensor signal conversion layer for performing electrical diagnoses in order to then provide a single physical value.

Die Sensor-Schnittstelle wirkt mit einem Beobachter zur Korrektur/Adaption der mit der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems verbundenen Sensoren zusammen, wobei dem Beobachter Funktionen zugeordnet sind, die in Abhängigkeit der Signale anderer Sensoren und/oder Modelle eine Korrektur/Adaption der Signale der Sensoren vornehmen.The sensor interface interacts with an observer to correct / adapt the sensors connected to the device for controlling and regulating a drive system, the observer being assigned functions that correct / adapt the signals as a function of the signals from other sensors and / or models the sensors.

Die Sensor-Schnittstelle wirkt neben dem Beobachter mit einem Diagnose-Manager, mit einer Diagnosefunktion und einem Rekonfigurator zusammen, wobei die Ergebnisse der Hardware-Diagnose und der elektrischen Diagnosen der Sensor-Schnittstelle an den Diagnose-Manager weitergegeben werden, wobei der Diagnose-Manager weiterhin Ergebnisse der Diagnosefunktion erhält, wobei die Ergebnisse der Diagnosefunktion aus Residuen, die mittels des Beobachters ermittelt wurden, berechnet werden, wobei mittels einer Entscheidungsstrategie über den Rekonfigurator gegebenenfalls eine Umschaltung auf einen Ersatz- oder Modellwert im Beobachter durchgeführt wird.In addition to the observer, the sensor interface interacts with a diagnosis manager, a diagnosis function and a reconfigurator, the results of the hardware diagnosis and the electrical diagnosis of the sensor interface being passed on to the diagnosis manager, the diagnosis manager continues to receive results of the diagnostic function, the results of the diagnostic function being calculated from residuals that were determined by means of the observer, a switch to a substitute or model value in the observer being carried out using a decision strategy via the reconfigurator, if necessary.

Insbesondere ist die Sensor-Schnittstelle Bestandteil einer zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems aus mehreren Blöcken gebildeten modularen Struktur, wobei jeweils mindestens ein Block für

  1. a.) eine Sensor-Schnittstelle,
  2. b.) eine Aktuator-Schnittstelle,
  3. c.) eine Kommunikations-Schnittstelle,
  4. d.) einen Beobachter/eine Signalverarbeitung,
  5. e.) einen Diagnose-Manager,
  6. f.) einen Rekonfigurator,
  7. g.) eine Diagnosefunktion,
  8. h.) einen Controller,
vorgesehen ist, wobei die Blöcke a.) bis h.) zum Austausch von Daten/Informationen miteinander verbunden sind, wobei den Blöcken a.) bis h.) Funktionen zugeordnet werden, wobei in Abhängigkeit des Antriebskonzeptes des zu Grunde liegenden Antriebssystems und/oder der Anzahl/Eigenschaften der verwendeten Sensoren oder Aktoren die den Blöcken a.) bis h.) zugeordneten Funktionen festgelegt werden. Mit anderen Worten dienen die Blöcke a.) bis h.) als Behälter oder Container für die zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems notwendigen Funktionen, wobei der Inhalt der Container je nach Antriebskonzept des zu Grunde liegenden Antriebssystems, also im Rahmen einer Fahrzeuganwendung, beispielsweise einem Otto-, Diesel- oder Hybridantrieb und/oder der Anzahl/Eigenschaften der verwendeten Sensoren oder Aktoren, variiert. Vorteilhaft wird demgemäß durch die Anordnung und Verbindung der Blöcke a.) bis h.) eine allgemein gehaltene modulare Gesamtstruktur gebildet, mit der sich verschiedene Antriebskonzepte, also beispielsweise ein Otto-, Diesel- oder Hybridantrieb eines Fahrzeuges, steuern und/oder regeln lassen, wobei die Blöcke a.) bis h.) als Container für die notwendigen Funktionen agieren, wobei je nach Antriebskonzept der Inhalt der Container variiert. Ein Antriebssystem kann im Sinne der vorliegenden Erfindung u. a. eine Verbrennungskraftmaschine, eine Kopplung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Getriebe zum Antrieb eines Fahrzeuges, eine Kopplung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Generatorsystem zur Gewinnung elektrischer Energie oder auch der Oberbegriff für den gesamten Antriebsstrang eines Fahrzeuges sein. Unter einem Block wird ein übergeordnetes Architektur- oder Strukturelement verstanden, das als Behälter für Module und Funktionen dient. Als Funktion werden elementare, abgrenzbare Bestandteile der Steuerung und Regelung beziehungsweise einer Software zur Steuerung und Regelung bezeichnet, die eine definierte Aufgabe erfüllen und genau spezifizierte Schnittstellen aufweisen. Beispielsweise handelt es sich bei einem so genannten Leerlaufregler einer Verbrennungskraftmaschine als Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges um eine Funktion. Ein Modul bezeichnet weiterhin eine Menge von thematisch zusammengehörigen Funktionen. So enthält beispielsweise das Modul „Triebstrangkoordinator“ sämtliche zur Steuerung und Regelung des Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, u. a. bestehend aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe, notwendigen Funktionen. Soweit technisch möglich, entspricht ein Modul einer physikalisch beschreibbaren Hardwarekomponente, beispielsweise dem Luftsystem oder dem Kraftstoffsystem einer Verbrennungskraftmaschine.In particular, the sensor interface is part of a modular structure formed from several blocks for controlling and regulating a drive system, with at least one block for each
  1. a.) a sensor interface,
  2. b.) an actuator interface,
  3. c.) a communication interface,
  4. d.) an observer / signal processing,
  5. e.) a diagnosis manager,
  6. f.) a reconfigurator,
  7. g.) a diagnostic function,
  8. h.) a controller,
is provided, the blocks a.) to h.) being interconnected for the exchange of data / information, the blocks a.) to h.) being assigned functions, depending on the drive concept of the underlying drive system and / or the number / properties of the sensors or actuators used and the functions assigned to blocks a.) to h.). In other words, the blocks a.) To h.) Serve as a container or container for the functions necessary for controlling and regulating the drive system, the contents of the container depending on the drive concept of the drive system on which it is based, i.e. within the scope of a vehicle application, for example a Otto, diesel or hybrid drive and / or the number / properties of the sensors or actuators used varies. Accordingly, the arrangement and connection of the blocks a.) To h.) Advantageously form a general modular overall structure with which various drive concepts, for example a gasoline, diesel or hybrid drive of a vehicle, can be controlled and / or regulated, where the blocks a.) to h.) act as a container for the necessary functions, the content of the container varies depending on the drive concept. A drive system in the sense of the present invention can include an internal combustion engine, a coupling of an internal combustion engine with a transmission for driving a vehicle, a coupling of an internal combustion engine with a generator system for generating electrical energy or the generic term for the entire drive train of a vehicle. A block is understood to be a higher-level architectural or structural element that serves as a container for modules and functions. A function is the term used to describe elementary, definable components of control and regulation or software for control and regulation, which fulfill a defined task and have precisely specified interfaces. For example, what is known as an idling controller of an internal combustion engine as a drive system of a motor vehicle is a function. A module also describes a number of thematically related functions. For example, the “Drivetrain Coordinator” module contains all the functions required to control and regulate the drive train of a motor vehicle, including an internal combustion engine and a transmission. As far as technically possible, a module corresponds to a physically writable hardware component, for example the air system or the fuel system of an internal combustion engine.

Die Sensor-Schnittstelle, beziehungsweise die Funktionen, die der Sensor-Schnittstelle 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.The sensor interface, or the functions assigned to the sensor interface, as well as the modular structure of the blocks a.) To h.) Is / are designed in particular as computer program code, which is stored and executed on a generally known control unit of a drive concept will.

AusführungsbeispielEmbodiment

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements of the present invention can be found in the following exemplary embodiment and in the dependent claims.

Hierbei zeigen:

  • 1: die modulare Struktur zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems,
  • 2: die modulare Struktur als Bestandteil einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems aus AUTOSAR-Sicht,
  • 3: Details der Sensor-Schnittstelle,
  • 4: die Darstellung des Signalflusses von einem gewandelten Sensorspannungswert bis zum Istwert,
  • 5: Details der Aktuator-Schnittstelle,
  • 6: Details zur Signalaufbereitung,
  • 7: das Prinzip eines Zustandsbeobachters,
  • 8: Details zum Beobachter/zur Signalverarbeitung,
  • 9: Details zur Kommunikation innerhalb des Beobachters/der Signalverarbeitung,
  • 10: Details zu einer Signalauswahl,
  • 11: Details des Diagnose-Managers,
  • 12: interne Kommunikation/Signalfluss innerhalb des Diagnose-Managers,
  • 13: den Signalfluss innerhalb des Controllers,
  • 14: Details zur Diagnosefunktion,
  • 15: die zusätzliche Modulebene in der Diagnosefunktion,
  • 16: die Kommunikation innerhalb der Diagnosefunktion,
  • 17: Details zum Rekonfigurator,
  • 18: Details zu Rekonfigurationsstrategien.
Here show:
  • 1 : the modular structure for controlling and regulating a drive system,
  • 2 : the modular structure as part of a device for controlling and regulating a drive system from an AUTOSAR perspective,
  • 3 : Details of the sensor interface,
  • 4th : the representation of the signal flow from a converted sensor voltage value to the actual value,
  • 5 : Details of the actuator interface,
  • 6th : Details on signal processing,
  • 7th : the principle of a condition observer,
  • 8th : Details about the observer / signal processing,
  • 9 : Details on communication within the observer / signal processing,
  • 10 : Details of a signal selection,
  • 11 : Details of the diagnosis manager,
  • 12th : internal communication / signal flow within the diagnostic manager,
  • 13th : the signal flow within the controller,
  • 14th : Details on the diagnostic function,
  • 15th : the additional module level in the diagnostic function,
  • 16 : the communication within the diagnostic function,
  • 17th : Details about the reconfigurator,
  • 18th : Details on reconfiguration strategies.

Gemäß 1 ist die modulare Struktur zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, das die Blöcke a.) bis h.) sowie weitere Blöcke i.) bis l.) umfasst, dargestellt. Der Block a.) stellt in der Struktur eine Sensor-Schnittstelle dar, die für die Grundverarbeitung von Sensorsignalen zuständig ist, wobei Funktionen, die dem Block a.) zugeordnet sind, dazu dienen, Hardwarebausteine für die Erfassung von Signalen anzusteuern, also beispielsweise eine A/D-Wandlung vorzunehmen, Umrechnungen elektrischer Signale in physikalische Grö-ßen, also beispielsweise eine Spannung in einen Druck umzurechnen sowie eine hardwarenahe Grunddiagnose und Plausibilisierung der gemessenen Signale vorzunehmen. Die dem Block a.) zugeordneten Funktionen sind hardwarenah und dienen quasi als Hardwareabstraktionsschicht. Der Block a.) ist mit Sensoren zum Austausch von Informationen/Daten sowie mit dem Block d.), also dem Beobachter beziehungsweise der Signalverarbeitung, verbunden, wie durch die beiden fett gedruckten Pfeile angedeutet. Eingangsgrößen des Blockes a.) sind die abgetasteten, quantisierten elektrischen Signale der Sensoren, die durch die Funktionen, die Block a.) zugeordnet sind, verarbeitet werden, so dass die Ausgangsgrößen des Blockes a.) die in physikalische Größen, wie Druck oder Temperatur, umgerechneten elektrischen Sensorsignale sind, die dem Block d.) zugeführt werden, wobei mittels des Beobachters/der Signalverarbeitung eine Korrektur/Adaption des erfassten Signals oder ein Vergleich mit modellierten Signalwerten erfolgen kann. Außerdem ist der Block a.) zum Austausch von Informationen/Daten mit dem Block e.), also dem Diagnose-Manager, verbunden, wie durch den Pfeil angedeutet, wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses der in Block a.) durchgeführten Grunddiagnose und Plausibilisierung der gemessenen Signale mittels des Diagnose-Managers in Block e.) eine Verwaltung erfolgt, beispielsweise ein Ablegen einer Fehlerinformation in einem nicht flüchtigen Speicher und gegebenenfalls nach außen über einen Diagnosetester. Praktisch ergibt sich durch das Vorsehen des Blockes a.) in Verbindung mit den Blöcken d.) und e.) der Vorteil, dass wenn ein Sensor eines bestimmten Herstellers gegen einen Sensor eines anderen Herstellers ausgetauscht wird, nur der Block a.), also die Sensor-Schnittstelle und sonst keine weiteren Umfänge der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems beeinflusst werden, also somit unverändert bleiben.According to 1 shows the modular structure for controlling and regulating a drive system that comprises blocks a.) to h.) and further blocks i.) to l.). The block a.) Represents a sensor interface in the structure that is responsible for the basic processing of sensor signals, with functions assigned to the block a.) Serving to control hardware modules for the acquisition of signals, for example a To carry out A / D conversion, to convert electrical signals into physical quantities, for example to convert a voltage into a pressure, and to carry out a hardware-related basic diagnosis and plausibility check of the measured signals. The functions assigned to block a.) Are hardware-related and serve as a kind of hardware abstraction layer. The block a.) Is connected to sensors for the exchange of information / data as well as to the block d.), That is to say the observer or the signal processing, as indicated by the two arrows in bold. Input variables of block a.) Are the scanned, quantized electrical signals of the sensors, which are processed by the functions assigned to block a.), So that the output variables of block a.) Are converted into physical variables, such as pressure or temperature , converted electrical sensor signals which are fed to block d.), with the observer / signal processing unit being able to correct / adapt the detected signal or compare it with modeled signal values. In addition, the block a.) For the exchange of information / data is connected to the block e.), I.e. the diagnosis manager, as indicated by the arrow, whereby depending on the result of the basic diagnosis and plausibility check carried out in block a.) Measured signals by means of the diagnosis manager in block e.) management takes place, for example a filing of error information in a non-volatile memory and, if necessary, to the outside via a diagnosis tester. In practice, the provision of block a.) In conjunction with blocks d.) And e.) Has the advantage that if a sensor from a certain manufacturer is exchanged for a sensor from another manufacturer, only block a.), That is the sensor interface and no other features of the device for controlling and regulating the Drive system are influenced, so remain unchanged.

Der Block b.) stellt in der Struktur die Aktuator-Schnittstelle dar, die für die Endverarbeitung von Stellsignalen und deren Weiterleitung an die Aktuatoren bzw. Endstufen zuständig ist. Der Block b.) ist neben den jeweiligen Aktuatoren mit dem Block h.), also dem Controller, zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den fett gedruckten Pfeil angedeutet. In den Block b.) werden Stellsignale eingelesen, die in logischen oder physikalischen Einheiten vorliegen können und die in dem Block h.) gebildet werden. Die dem Block b.) zugeordneten Funktionen wandeln diese Stellsignale in Signale in geeigneter Form um, so dass diese an Endstufen zur Ansteuerung der Aktuatoren weitergeleitet werden können, wie durch den weiteren fett gedruckten Pfeil angedeutet. Die dem Block b.) zugeordneten Funktionen haben hauptsächlich die Aufgabe, eine Endverarbeitung von Stellsignalen vorzunehmen, einen Treiber für die Endstufen-Hardware zu bilden, einen Treiber für Aktuator-Hardware zu bilden und Endstufendiagnosen durchzuführen. Der Block b.) ist ferner zum Austausch von Informationen/Daten mit dem Block e.), also dem Diagnose-Manager, verbunden, wie durch den Pfeil angedeutet, wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses der in Block b.) durchgeführten Diagnosen der Endstufen beziehungsweise der Aktuatoren mittels des Diagnose-Managers in Block e.) eine Verwaltung erfolgt, beispielsweise ein Ablegen einer Fehlerinformation in einem nicht flüchtigen Speicher und gegebenenfalls einer Kommunikation der Fehlerinformation nach außen über einen Diagnosetester. Außerdem ist der Block b.) zum Austausch von Informationen/Daten mit dem Block d.), also dem Beobachter/der Signalverarbeitung, verbunden, wie durch die beiden Pfeile angedeutet, wobei insbesondere aktuelle modellierte/beobachtete Prozessgrößen oder gemessene Signale von dem Block d.) an den Block b.) übermittelt werden.The block b.) Represents the actuator interface in the structure, which is responsible for the final processing of control signals and their forwarding to the actuators or output stages. In addition to the respective actuators, block b.) Is connected to block h.), I.e. the controller, for the exchange of data / information, as indicated by the bold arrow. In block b.), Control signals are read that can be present in logical or physical units and that are formed in block h.). The functions assigned to block b.) Convert these control signals into signals in a suitable form so that they can be passed on to output stages for controlling the actuators, as indicated by the further bold arrow. The functions assigned to block b.) Mainly have the task of final processing of control signals, of creating a driver for the output stage hardware, of creating a driver for actuator hardware and of carrying out output stage diagnoses. The block b.) Is further connected to the exchange of information / data with the block e.), Ie the diagnosis manager, as indicated by the arrow, whereby depending on the result of the diagnoses carried out in block b.) Of the output stages or of the actuators by means of the diagnosis manager in block e.) management takes place, for example a filing of error information in a non-volatile memory and possibly communication of the error information to the outside via a diagnosis tester. In addition, the block b.) Is connected to the exchange of information / data with the block d.), I.e. the observer / the signal processing unit, as indicated by the two arrows, whereby in particular current modeled / observed process variables or measured signals from the block d .) are transmitted to block b.).

erfolgt mit Hilfe der Aufteilung in Block b.) und Block h.) eine Entkopplung von Reglerfunktionen und verwendetem Aktuator, beziehungsweise können mittels der Aufteilung des Blockes h.), dem Reglerfunktionen zugeordnet sind, und dem Block b.) Reglerfunktionen unabhängig vom verwendeten Aktuator realisiert werden. Ein Beispiel hierfür ist eine so genannte Raildruckregelung zur Einstellung eines bestimmten Druckwertes im Rail der Einspritzanlage einer Verbrennungskraftmaschine. Die Block h.) zugeordnete Reglerfunktion erzeugt als abstrakte Stellgröße einen Sollvolumenstrom durch die Hochdruckpumpe. Die Aktuator-Schnittstelle, also Block b.), berechnet aus dieser abstrakten Stellgröße eine Ansteuerung des Stellgliedes. Bei letzterem kann es sich beispielsweise um ein Mengensteuerventil oder in einem anderen Konzept um ein saugseitiges Dreiwegeventil handeln. Die Reglerfunktion bleibt damit unabhängig vom Pumpenkonzept und kann für verschiedene Kraftstoffsysteme verwendet werden.is done with the help of the division into block b.) and block h.) a decoupling of controller functions and the actuator used, or by means of the division of block h.) to which controller functions are assigned, and block b.) controller functions independent of the actuator used will be realized. An example of this is what is known as a rail pressure control for setting a specific pressure value in the rail of the injection system of an internal combustion engine. The controller function assigned to block h.) Generates a setpoint volume flow through the high-pressure pump as an abstract manipulated variable. The actuator interface, i.e. block b.), Calculates a control of the actuator from this abstract manipulated variable. The latter can be, for example, a quantity control valve or, in another concept, a suction-side three-way valve. The controller function remains independent of the pump concept and can be used for different fuel systems.

Der Block c.) stellt in der Struktur eine Kommunikations-Schnittstelle dar, die eine Verbindung mit anderen Vorrichtungen zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, also anderen Steuergeräten oder Einheiten, ermöglicht, die eine protokollbasierte Kommunikation, wie zum Beispiel CAN, CCP, XCP, FlexRay oder Diagnosetester, unterstützen. Dem Block c.) werden folglich Funktionen zugeordnet, die den Austausch von Daten oder Botschaften mit anderen Kommunikationspartnern vornehmen. Ferner ist hier auch die CAN-Überwachung, beispielsweise hinsichtlich Timeouts, unterzubringen. Der Block c.) ist demgemäß mit externen Kommunikationsnetzen, wie zum Beispiel dem CAN-Bus verbunden, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. Außerdem ist Block c.) zur Kommunikation innerhalb der Struktur mit dem Block h.), also dem Controller, dem Block d.), also dem Beobachter/der Signalverarbeitung und dem Block e.), also dem Diagnose-Manager, verbunden, wie durch die Pfeile angedeutet. Über die Verbindung des Blockes c.) zu dem Block e.) können ferner Daten/Informationen hinsichtlich Diagnoseergebnissen anderer Steuergeräte oder Einheiten des Antriebssystems übermittelt werden, wie durch den Pfeil/Doppelpfeil angedeutet. Als Eingangsgrößen des Blockes c.) lassen sich folglich zusammenfassen, externe, beispielsweise über CAN empfangene Signale, gemessene oder modellierte Signale von Block d.), die weiter versandt werden sollen, Stellsignale von Block h.), die beispielsweise an ein weiteres Steuergerät versandt werden sollen und von Block e.) verwaltete Diagnoseergebnisse, wie beispielsweise Fehlerspeichereinträge. Als Ausgangsgrößen des Blockes c.) lassen sich zum Einen zusammenfassen, Signale, die nach außen versendet werden, wie zum Beispiel gemessene/modellierte Signale aus dem Block d.) zum Anderen Stellsignale aus dem Block h.) und weiterhin Diagnoseergebnisse aus dem Block e.). Ausgangssignale des Blockes c.) sind außerdem eingelesene externe Größen, wie beispielsweise die Fahrzeugrohgeschwindigkeit oder Momentensollwerte, welche über Block c.) an Block d.) weitergeleitet werden.The block c.) Represents a communication interface in the structure that enables a connection with other devices for controlling and regulating a drive system, i.e. other control devices or units, which enable protocol-based communication, such as CAN, CCP, XCP, FlexRay or diagnostic tester support. The block c.) Is consequently assigned functions that carry out the exchange of data or messages with other communication partners. Furthermore, the CAN monitoring, for example with regard to timeouts, must also be accommodated here. The block c.) Is accordingly connected to external communication networks, such as the CAN bus, as indicated by the double arrow. In addition, block c.) For communication within the structure is connected to block h.), I.e. the controller, block d.), I.e. the observer / signal processing, and block e.), I.e. the diagnosis manager, such as indicated by the arrows. Via the connection of block c.) To block e.), Data / information regarding diagnostic results of other control devices or units of the drive system can also be transmitted, as indicated by the arrow / double arrow. The input variables of block c.) Can therefore be summarized as external signals, for example signals received via CAN, measured or modeled signals from block d.) That are to be sent on, control signals from block h.) That are sent to another control unit, for example and diagnostic results managed by block e.), such as error memory entries. As output variables of block c.), On the one hand, signals that are sent to the outside, such as measured / modeled signals from block d.), On the other hand, control signals from block h.) And further diagnostic results from block e .). Output signals of block c.) Are also read-in external variables, such as the raw vehicle speed or torque setpoints, which are forwarded to block d.) Via block c.).

In der Struktur stellt der Block d.), also der Beobachter/die Signalverarbeitung, ein wesentliches Element dar, das über die reine regelungstechnische Grundfunktion eines Zustandsbeobachters hinausgeht. Letzterer ist bekanntlich durch ein mathematisches Modell charakterisiert, welches dieselben Eingangsgrößen erhält wie der zu beobachtende Prozess und den Zweck hat, nicht messbare Zustandsgrößen des Systems zu ermitteln. Die Ausgangsgrößen des Modells werden hierzu mit den gemessenen Ausgangsgrößen des Prozesses verglichen und die als Residuum bezeichnete Abweichung zwischen Messung und Modell wird zur Korrektur der modellierten Zustandsgrößen verwendet.In the structure, block d.), I.e. the observer / signal processing, represents an essential element that goes beyond the pure control-technical basic function of a condition observer. The latter is known to be characterized by a mathematical model, which receives the same input variables as the process to be observed and has the purpose of determining non-measurable state variables of the system. For this purpose, the output variables of the model are compared with the measured output variables of the process and the deviation between, known as the residual Measurement and model are used to correct the modeled state variables.

Die Funktionen, die Block d.) zugeordnet sind, dienen dazu, Block b.), Block h.) und Block g.) mit den erforderlichen Informationen über den Ist-Zustand von Antrieb und Fahrzeug zu versorgen, die erforderlichen Verbindungen sind als Pfeile in 1 dargestellt. Für die Realisierung modellgestützter Diagnosen wird insbesondere Block g.) mit den Beobachterresiduen versorgt. Der Ist-Zustand setzt sich aus gemessenen Signalen, beobachteten Größen und weiteren aus Messungen, Beobachtungen und den weiteren Block d.) zur Verfügung gestellten Signalen berechneten Größen zusammen. Es kann sich hierbei um wertkontinuierliche Signale wie Drehzahlen oder Drücke handeln, aber auch um wertdiskrete Information wie etwa die aktuelle Betriebsart eines Verbrennungsmotors oder ein Statusbit, welches die Betriebsbereitschaft einer Lambda-Sonde anzeigt. Damit geht die hier verwendete Definition des Ist-Zustandes über die regelungstechnische Definition hinaus, da nicht nur Zustandsgrößen ermittelt werden, welche die Dynamik des Gesamtsystems beschreiben, sondern auch weitergehende Information dem System bereitgestellt wird. Ein Beispiel für eine solche Information stellt die Zylinderfüllung dar, die sich aus Zustandsgrößen wie Saugrohrdruck usw. berechnet.The functions that are assigned to block d.) Are used to supply block b.), Block h.) And block g.) With the required information about the actual state of the drive and vehicle; the required connections are shown as arrows in 1 shown. For the implementation of model-based diagnoses, block g.) In particular is supplied with the observer residues. The actual state is made up of measured signals, observed variables and other variables calculated from measurements, observations and the further block d.) Signals made available. These can be continuous-value signals such as rotational speeds or pressures, but also discrete-value information such as the current operating mode of an internal combustion engine or a status bit that indicates the operational readiness of a lambda probe. The definition of the actual state used here goes beyond the control-technical definition, since not only state variables are determined which describe the dynamics of the overall system, but further information is also made available to the system. An example of such information is the cylinder charge, which is calculated from state variables such as intake manifold pressure, etc.

Mit anderen Worten haben die Funktionen, die dem Block d.) zugeordnet sind, die Aufgabe, den momentanen Ist-Zustand des zu steuernden und zu regelnden Antriebssystems mit Hilfe von Modellen zu beobachten. Hierbei werden beispielsweise vereinfachte nichtlineare dynamische Modelle eingesetzt, um anhand der Stellsignale und der Umweltbedingungen die messbaren und nichtmessbaren Zustandsgrößen des Systems zu schätzen. Modellierte messbare Zustände werden in diesem Zuge mit Messsignalen verglichen. Zur Übermittlung von Messsignalen ist Block d.) mit Block a.) verbunden, wie in 1 dargestellt. Aus diesem Vergleich gehen die sogenannten Residuen hervor, mit deren Hilfe eine Beobachterrückführung realisiert wird, welche die modellierten Zustandsgrößen korrigiert. Als Residuum wird ein berechneter Fehler, beispielsweise zwischen Modell und Messung, bezeichnet. Wird eine messbare Größe mit Hilfe eines mathematischen Modells berechnet, so stellt die Differenz zwischen gemessenem und modelliertem Wert das Residuum dar. Eine weitere Aufgabe der Funktionen, die dem Block d.) zugeordnet sind, ist die Beobachtung der Systemzustände, wobei diese beobachteten Zustände dazu verwendet werden können, nicht messbare Größen in der Steuerung und Regelung zu verwenden. Bei einem Sensorausfall können beobachtete Zustände als Ersatzwerte für Messgrößen verwendet werden.In other words, the functions assigned to block d.) Have the task of observing the current actual state of the drive system to be controlled and regulated with the aid of models. Here, for example, simplified non-linear dynamic models are used to estimate the measurable and non-measurable state variables of the system on the basis of the control signals and the environmental conditions. In this context, modeled measurable states are compared with measurement signals. For the transmission of measurement signals, block d.) Is connected to block a.), As in FIG 1 shown. The so-called residuals emerge from this comparison, with the aid of which an observer feedback is implemented, which corrects the modeled state variables. A calculated error, for example between the model and the measurement, is referred to as a residual. If a measurable variable is calculated with the help of a mathematical model, the difference between the measured and modeled value represents the residual. Another task of the functions assigned to block d.) Is the observation of the system states, these observed states in addition can be used to use non-measurable variables in the open-loop and closed-loop control. In the event of a sensor failure, observed states can be used as substitute values for measured variables.

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

Eine weitere Funktionalität von Block d.) stellt die Realisierung modell- oder signalbasierter Sensoradaptionsverfahren dar, welche den Einfluss von Messungenauigkeiten der Sensoren verringern können. Die Module und Funktionen in Block d.), also dem Beobachter, lassen sich naturgemäß einzelnen Hardwarekomponenten zuordnen. So gibt es im Zusammenhang mit einer verwendeten Verbrennungskraftmaschine ein Saugrohrmodell, ein Railmodell und so weiter. Es bleibt also immer eine sogenannte „Komponentensicht“ erhalten, die eine schnelle Zuordnung von Modulen und Funktionen zu Hardware-Komponenten des Antriebssystems erlaubt. Im allgemeinen hat eine beobachterbasierte Struktur folgende Vorteile. Zum Einen ergibt sich eine Verbesserung der Regelqualität. So ist bei technischen Systemen nicht immer alles messbar. Für ein System höherer Ordnung kann die Regelgüte erheblich verbessert werden, wenn zusätzlich zu der Ausgangsrückführung auch die internen Systemzustände für die Stellsignalgenerierung herangezogen werden. Ein Beobachter, wie gemäß Block d.), bietet die Möglichkeit, interne Systemzustände ohne zusätzliche Sensorik zu rekonstruieren. Durch Rückführung der beobachteten Zustände kann die Regelqualität verbessert werden. Es werden also alle internen Systemzustände vom Beobachter gemäß Block d.) erfasst und stehen für die Regelung zur Verfügung. Auf diese Weise können leistungsfähige moderne Verfahren, wie beispielsweise Zustandsregler, problemlos eingebunden werden. Die Verwendung dieser zusätzlichen Information kann zu höherer Regelqualität führen. Zum Anderen ergibt sich eine Verbesserung der Diagnosequalität. So werden anhand eines Beobachters, wie gemäß Block d.), geschätzte Zustände mit gemessenen Signalen verglichen. Wenn zur Laufzeit die Residuen zwischen beobachteten und gemessenen Signalen zuvor definierte Schwellwerte überschreiten, kann auf einen Fehlerfall geschlossen werden. Anhand von Residuen und dynamischen Modellen lassen sich bessere Diagnoseergebnisse, beispielsweise bzgl. Fehlererkennung, -pinpointing und -quantifizierung, erzielen. Pinpointing beschreibt dabei die Identifikation der kleinsten austauschbaren fehlerhaften Komponente des Antriebssystems. Es können also alle Sensorgrößen mit entsprechenden Modellgrößen verglichen werden. Die daraus resultierenden Residuen können für die Fehlerdiagnose verwendet werden. Leistungsfähige modellbasierte Diagnosetechniken können so realisiert werden. Diese Verfahren sind bezüglich der Diagnosetiefe aussagekräftiger als einfache signalbasierte Verfahren, wie sie gegenwärtig zur Anwendung kommen. Ferner ergibt sich eine erhöhte Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit. So können Beobachterfunktionen, wie gemäß Block d.), als virtuelle Sensoren betrachtet werden, die im Fehlerfall Ersatzwerte für die ausgefallenen Sensoren liefern. So kann der Zuverlässigkeitsgrad des Gesamtsystems erhöht werden. Darüber hinaus ergibt sich ein Einsparpotential bei Sensorkosten, da die Beobachterfunktionen, wie gemäß Block d.), als virtuelle Ersatzsensoren betrachtet werden können. So ist es möglich, beispielsweise abhängig vom Ergebnis einer Beobachtbarkeitsanalyse, einige reale Sensoren einzusparen. Diese Einsparungen gehen aber auf Kosten der Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz. Bei diesem Punkt sollte ein Kompromiss zwischen Fehlertoleranz und Sensorkosten erzielt werden. Außerdem ist Block d.) mit Block c.), also der Kommunikationsschnittstelle, zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. So können über den Block c.) externe Signale, wie beispielsweise die Fahrzeugrohgeschwindigkeit, an Block d.) übermittelt werden sowie nach außen zu versendende gemessene und modellierte Signale von Block d.) an Block c.) weitergeleitet werden. Ferner ist Block d.) mit Block g.), also der Diagnosefunktion, zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch die beiden Pfeile angedeutet. So können gemessene/modellierte Signale vom Block d.) an Block g.) übergeben werden, um eine aktive Diagnose durchzuführen. Außerdem ist Block d.) mit Block e.) zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den Pfeil/Doppelpfeil angedeutet. So können Freigabeinformationen beziehungsweise Freigabeanforderungen, beispielsweise zur Modelladaption, an den Block e.) übermittelt werden. Darüber hinaus ist Block d.) mit Block f.) zum Austausch von Daten/Informationen verbunden, wie durch den Pfeil angedeutet, wobei Rekonfigurationsinformationen aus dem Block f.) an den Block d.) übermittelt werden können, wobei Block f.) Funktionen zugeordnet sind, die einer „Rekonfiguration“, also einer Umschaltung von Signalen, Strukturen oder Parametern zur Laufzeit entsprechen, die in Abhängigkeit von Diagnose-Ergebnissen erfolgen.Another functionality of block d.) Is the implementation of model- or signal-based sensor adaptation methods, which can reduce the influence of measurement inaccuracies of the sensors. The modules and functions in block d.), I.e. the observer, can naturally be assigned to individual hardware components. In connection with an internal combustion engine that is used, there is an intake manifold model, a rail model and so on. A so-called "component view" is always retained, which allows modules and functions to be quickly assigned to hardware components of the drive system. In general, an observer-based structure has the following advantages. On the one hand, there is an improvement in the control quality. With technical systems, everything is not always measurable. For a higher-order system, the control quality can be significantly improved if the internal system states are used for the control signal generation in addition to the output feedback. An observer, as in block d.), Offers the possibility of reconstructing internal system states without additional sensors. The control quality can be improved by feeding back the observed states. All internal system states are recorded by the observer according to block d.) And are available for control. In this way, powerful modern processes, such as state controllers, can be integrated without any problems. The use of this additional information can lead to higher control quality. On the other hand, there is an improvement in the quality of the diagnosis. Thus, on the basis of an observer, as in accordance with block d.), Estimated states are compared with measured signals. If the residuals between observed and measured signals exceed previously defined threshold values during runtime, it can be concluded that there is an error. With the help of residuals and dynamic models, better diagnostic results, for example with regard to error detection, pinpointing and quantification, can be achieved. Pinpointing describes the identification of the smallest replaceable defective component in the drive system. All sensor sizes can therefore be compared with corresponding model sizes. The resulting residuals can be used for fault diagnosis. Powerful model-based diagnostic techniques can be implemented in this way. With regard to the depth of diagnosis, these methods are more meaningful than simple signal-based methods as they are currently used. Furthermore, there is an increased fault tolerance and reliability. Thus, observer functions, as in accordance with block d.), Can be viewed as virtual sensors which, in the event of a fault, supply substitute values for the failed sensors. In this way, the degree of reliability of the overall system can be increased. In addition, there is a potential for savings in sensor costs, since the observer functions, as in accordance with block d.), Can be viewed as virtual replacement sensors. For example, depending on the result of an observability analysis, it is possible to save some real sensors. However, these savings come at the expense of reliability and fault tolerance. At this point, a tradeoff should be made between fault tolerance and sensor cost. In addition, block d.) Is connected to block c.), That is to say the communication interface, for the exchange of data / information, as indicated by the double arrow. Thus, external signals, such as the raw vehicle speed, can be transmitted to block d.) Via block c.) And measured and modeled signals to be sent to the outside can be forwarded from block d.) To block c.). Furthermore, block d.) Is connected to block g.), That is to say the diagnostic function, for the exchange of data / information, as indicated by the two arrows. In this way, measured / modeled signals can be transferred from block d.) To block g.) In order to carry out an active diagnosis. In addition, block d.) Is connected to block e.) For the exchange of data / information, as indicated by the arrow / double arrow. In this way, release information or release requests, for example for model adaptation, can be transmitted to block e.). In addition, block d.) Is connected to block f.) For the exchange of data / information, as indicated by the arrow, wherein reconfiguration information from block f.) Can be transmitted to block d.), Block f.) Functions are assigned that correspond to a "reconfiguration", ie a switchover of signals, structures or parameters during runtime, which take place as a function of diagnostic results.

In der Struktur stellt der Block e.) den Diagnose-Manager dar, dem Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben, Diagnose-Ergebnisse, die von der Diagnosefunktion gemäß Block g.) bereitgestellt werden, zu verwalten. Die erkannten Fehler werden im nichtflüchtigen Speicher abgelegt und/oder nach außen über einen Diagnosetester über eine Verbindung mit Block c.) weitergeleitet. Ferner sind die Freigabe von Funktionen in Abhängigkeit von den Diagnoseergebnissen, die Verwaltung der Werkstattdiagnosen, die MIL-Verwaltung, die Fehlerheilung sowie die Erfüllung weiterer vom Gesetzgeber abverlangter Anforderungen Aufgaben der Funktionen, die Block e.) zugeordnet sind. Der Block e.) kommuniziert mit den Blöcken a.) bis d.) und f.) bis h.), wie durch die Pfeile beziehungsweise Doppelpfeile angedeutet. Eingangsgrößen von Block e.) sind Anforderungen, beispielsweise nach Freigaben zur Betriebsartenumschaltung, vom Block h.), also dem Controller. Eingangsgrößen von Block e.) sind weiterhin Anforderungen, beispielsweise nach Freigaben zur Modelladaption, vom Block d.), also dem Beobachter. Eingangsgrößen von Block e.) sind außerdem Diagnosestati und -ergebnisse vom Block g.), also der Diagnosefunktion. Eingangsgrößen von Block e.) sind ferner Diagnosestati und -ergebnisse vom Block c.), also der Kommunikations-Schnittstelle. Eingangsgrößen sind außerdem Diagnosestati und -ergebnisse vom Block a.), also der Sensor-Schnittstelle. Eingangsgrößen sind letztendlich auch Diagnosestati und -ergebnisse vom Block b.), also der Aktuator-Schnittstelle. Ausgangsgrößen von Block e.) sind Freigaben an den Block h.), d.) und f.) sowie Freigaben und Sperrungen an den Block g.) sowie Fehlerspeicherinformation an den Block c.).In the structure, block e.) Represents the diagnosis manager, to which functions are assigned which have the task of managing diagnosis results that are provided by the diagnosis function according to block g.). The detected errors are stored in the non-volatile memory and / or forwarded to the outside via a diagnostic tester via a connection with block c.). Furthermore, the release of functions depending on the diagnosis results, the administration of the workshop diagnoses, the MIL administration, the error correction and the fulfillment of further requirements demanded by law are tasks of the functions which are assigned to block e.). The block e.) Communicates with the blocks a.) To d.) And f.) To h.), As indicated by the arrows or double arrows. Input variables from block e.) Are requests, for example for releases for operating mode switching, from block h.), I.e. the controller. Input variables from block e.) Are still requirements, for example for releases for model adaptation, from block d.), I.e. the observer. Input variables from block e.) Are also diagnostic statuses and results from block g.), I.e. the diagnostic function. Input variables from block e.) Are also diagnostic statuses and results from block c.), That is, the communication interface. Input variables are also diagnostic statuses and results from block a.), I.e. the sensor interface. Input variables are ultimately also the diagnosis status and results from block b.), I.e. the actuator interface. Output variables from block e.) Are releases to block h.), D.) And f.) As well as releases and locks to block g.) And error memory information to block c.).

In der Struktur stellt der Block f.) den Rekonfigurator dar, dem Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben, im Fehlerfall eine Rekonfiguration des Blockes d.) und/oder des Blockes h.) vorzunehmen. Unter dem Begriff „Rekonfiguration“ wird eine Signal-, Struktur- oder Parameterumschaltung zur Laufzeit verstanden. Die Rekonfiguration erfolgt auf Basis der Diagnose-Ergebnisse. Wenn beispielsweise in einer Diagnosefunktion ein Sensor als fehlerhaft erkannt wird, dann sollen die dem Block f.) zugeordneten Funktionen die notwendigen Signal- und Strukturumschaltungen im Block d.) antriggern. Wird ein Aktuator oder eine andere Systemkomponente als fehlerhaft erkannt, dann sollen sowohl Block d.) als auch Block h.) entsprechend rekonfiguriert werden. Der Block f.) ist zum Austausch von Daten/Informationen mit dem Block e.), dem Block d.) und dem Block h.) verbunden, wie durch die Pfeile beziehungsweise den Doppelpfeil angedeutet. Eingangsgrößen des Blockes f.) sind die vom Block e.) verwalteten Diagnoseinformationen. Ausgangsgrößen des Blockes f.) sind Anforderungen zur Rekonfiguration, die an den Block h.) und/oder den Block d.) gehen. Der Einsatz eines Rekonfigurators führt zu einer Erhöhung der Fehlertoleranz des Gesamtsystems beziehungsweise der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, da im Fehlerfall zur Laufzeit, getriggert durch den Rekonfigurator, von einem Messwert auf einen Modellwert umgeschaltet werden kann.In the structure, block f.) Represents the reconfigurator to which functions are assigned which have the task of reconfiguring block d.) And / or block h.) In the event of an error. Under the term "reconfiguration" is a signal, structure or parameter switchover during runtime. The reconfiguration is based on the diagnostic results. If, for example, a sensor is recognized as defective in a diagnostic function, then the functions assigned to block f.) Should trigger the necessary signal and structure switchovers in block d.). If an actuator or another system component is recognized as defective, then both block d.) And block h.) Should be reconfigured accordingly. The block f.) Is connected to the block e.), The block d.) And the block h.) For the exchange of data / information, as indicated by the arrows or the double arrow. The input variables of block f.) Are the diagnostic information managed by block e.). Output variables of block f.) Are requests for reconfiguration that go to block h.) And / or block d.). The use of a reconfigurator leads to an increase in the error tolerance of the overall system or the device for controlling and regulating a drive system, since in the event of an error during runtime, triggered by the reconfigurator, it is possible to switch from a measured value to a model value.

In der Struktur stellt der Block g.) eine Diagnosefunktion dar, der wiederum Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben, eine Diagnose durchführen zu können. So befinden sich in Block g.) signal- und/oder modellbasiert Diagnosefunktionen. Die dazu notwendigen Informationen über Systemzustände und Residuen, die als Grundlage für diese Diagnosefunktionen dienen, werden vom Block d.) bereitgestellt. Die Diagnosefunktionen haben auch die Möglichkeit, die Stellsignale oder Sollwerte im Block h.) zu beeinflussen, um eine aktive Diagnose durchführen zu können. Der Block g.) kommuniziert mit dem Block d.), dem Block e.) und dem Block h.), wie durch die Pfeile beziehungsweise den Doppelpfeil angedeutet. Eingangsgrößen des Blockes g.) sind die gemessenen und modellierten Signale inklusive der Residuen vom Block d.) und die Diagnosefreigabeinformation des Blockes e.). Ausgangsgrößen des Blockes g.) sind Diagnoseergebnisse und Statusinformationen, die an den Block e.) übermittelt werden und Sollwertmanipulationen zur Durchführung aktiver Diagnosen, die an den Block h.) übermittelt werden.In the structure, block g.) Represents a diagnostic function, which in turn is assigned functions which have the task of being able to carry out a diagnosis. In block g.) There are signal- and / or model-based diagnostic functions. The necessary information about system states and residuals, which serve as the basis for these diagnostic functions, is provided by block d.). The diagnostic functions also have the option of influencing the control signals or setpoints in block h.) In order to be able to carry out an active diagnosis. The block g.) Communicates with the block d.), The block e.) And the block h.), As indicated by the arrows or the double arrow. The input variables of block g.) Are the measured and modeled signals including the residuals from block d.) And the diagnostic release information of block e.). Output variables of block g.) Are diagnostic results and status information that are transmitted to block e.) And manipulation of setpoint values for carrying out active diagnoses, which are transmitted to block h.).

In der Struktur stellt der Block h.) einen Controller dar, dem wiederum Funktionen zugeordnet sind, welche die Aufgabe haben Sollwerte und Stellsignale zu generieren, strategische Entscheidungen zu treffen und eine Koordination der Komponenten, also Koordination der Funktionen und Module durchzuführen, die zu einer bestimmten Hardwarekomponente, wie dem Frischluft- oder Abgassystem eines Fahrzeuges gehören. Als Grundlage für diese Aufgaben dienen in erster Linie jene Informationen, die aus dem Block d.) empfangen werden. Im Block h.) können folgende Kategorien von Funktionen enthalten sein, wie etwa Reglerfunktionen, Steuerungen, Sollwertgenerierung, Strategische Entscheidung, wie beispielsweise eine Betriebsartenumschaltung oder Koordination von Antriebsstrangkomponenten. Die im Block h.) enthaltenen Funktionen lassen sich ebenso wie die des Blockes d.) den einzelnen Hardwarekomponenten zuordnen. Der Block h.) ist zum Austausch von Daten/Informationen mit den Blöcken b.), c.), d.), e.), f.), g.) und h.) verbunden, wie durch die Pfeile, den Doppelpfeil und den fettgedruckten Pfeil angedeutet. Eingangsgrößen sind Rekonfigurationsinformation vom Block f.), Freigabeinformationen vom Block e.), Sollwertmanipulationen vom Block g.), externe Information, wie beispielsweise Momentensollwerte vom Getriebe, die über den Block c.) eintreffen sowie die gemessenen und/oder modellierten Signale vom Block d.). Ausgangsgrößen sind die Stellsignale, die an den Block b.) und den Block c.) gehen, Adaptionswerte und Informationen über Stellanschläge an den Block g.) sowie Freigabe-Anforderungen an den Block e.).In the structure, the block h.) Represents a controller, to which functions are assigned that have the task of generating setpoints and control signals, making strategic decisions and coordinating the components, i.e. coordinating the functions and modules that make up a certain hardware components, such as the fresh air or exhaust system of a vehicle. The information received from block d.) Is primarily used as the basis for these tasks. The following categories of functions can be contained in block h.), Such as regulator functions, controls, setpoint generation, strategic decision, such as switching operating modes or coordinating drive train components. The functions contained in block h.), Like those of block d.), Can be assigned to the individual hardware components. The block h.) Is connected for the exchange of data / information with the blocks b.), C.), D.), E.), F.), G.) And h.), As indicated by the arrows Double arrow and the bold arrow indicated. Input variables are reconfiguration information from block f.), Release information from block e.), Setpoint manipulations from block g.), External information such as torque setpoints from the gearbox that arrive via block c.) And the measured and / or modeled signals from the block d.). Output variables are the control signals that go to block b.) And block c.), Adaptation values and information about control stops to block g.) And release requests to block e.).

Zusammengefasst ist die modulare Struktur so allgemein gehalten, dass sie auch für komplexere Antriebssysteme anwendbar bleibt. So lassen sich beispielsweise in Hinblick auf den Betrieb von Kraftfahrzeugen ohne weiteres aktive Bremsen oder auch hybride Antriebskonzepte mit ihren spezifischen Aktuatoren und Systemkomponenten umsetzen. An der Struktur sind hierzu keine Änderungen erforderlich, der Entwicklungsaufwand beschränkt sich einzig auf die den einzelnen Blöcken zugeordneten Funktionen, beispielsweise betreffend das Antriebsmanagement im Block h.). Der Detaillierungsgrad dieser Beschreibung trägt dem Anspruch an die Allgemeingültigkeit Rechnung. So werden keine Beschreibungen von Funktionen, Implementierungsaspekten, Rechenrastern, Betriebszuständen offenbart. Vielmehr sollen der Zweck sowie das prinzipielle Zusammenwirken der im folgenden Abschnitt definierten Struktur-Blöcke a.) bis h.) beschrieben werden. Diese Struktur-Blöcke a.) bis h.) sind die Container für die zu entwickelnden Funktionen und Module. Welche dieser bevorzugt als Software ausgeführten Komponenten im Spezialfall eines bestimmten Antriebes diese Container ausfüllen, ist allein von den technischen Notwendigkeiten abhängig. So soll beispielsweise nur für den Fall, dass im Rahmen einer Anwendung im Bereich von Verbrennungskraftmaschinen eine Sekundärluftpumpe im System vorhanden ist, auch eine entsprechende Diagnosefunktion in den Steuergerätecode eingebunden werden.In summary, the modular structure is kept so general that it can also be used for more complex drive systems. For example, with regard to the operation of motor vehicles, active brakes or hybrid drive concepts with their specific actuators and system components can easily be implemented. No changes to the structure are required for this, the development effort is limited solely to the functions assigned to the individual blocks, for example relating to drive management in block h.). The level of detail in this description takes into account the requirement for general validity. No descriptions of functions, implementation aspects, computation grids, or operating states are disclosed. Rather, the purpose and the principle interaction of the structure blocks a.) To h.) Defined in the following section are to be described. These structure blocks a.) To h.) Are the containers for the functions and modules to be developed. Which of these components, which are preferably implemented as software, fill this container in the special case of a certain drive, depends solely on the technical requirements. For example, only in the event that a secondary air pump is present in the system as part of an application in the area of internal combustion engines, a corresponding diagnostic function should also be integrated into the control unit code.

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

Gemäß 1 umfasst die Struktur außerdem den Block i.), der in einer Bibliothek Klassen von Funktionen enthält, die zur Laufzeit aufgerufen werden. Es kann sich hierbei z. B. um einen Optimierer, einen rekursiven Schätzalgorithmus o. ä. handeln.According to 1 the structure also includes the block i.), which contains classes of functions in a library that are called at runtime. It can be, for. B. to be an optimizer, a recursive estimation algorithm or the like.

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

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

Abschließend umfasst die Struktur weiterhin den Block I.), der einer nicht weiter beschriebenen Überwachung des Steuergerätes bezüglich unzulässiger Beschleunigung eines zu Grunde liegenden Fahrzeugs dient.Finally, the structure also includes block I.), which is used to monitor the control device, which is not described further, with regard to impermissible acceleration of an underlying vehicle.

Die Architektur sieht die Gruppierung von Funktionen des Blockes h.) und des Blockes d.), soweit möglich auch der weiteren Blöcke, in physikalisch orientierte Module vor. Eine für die verschiedensten Verbrennungsmotoren gleichsam allgemeingültige Unterteilung in Module ist die folgende:

  1. 1. Luftsystem (Air System)
  2. 2. Kraftstoffsystem (Fuel System)
  3. 3. Verbrennungsprozess (Combustion)
  4. 4. Abgassystem (Exhaust System)
  5. 5. Antriebsstrang (Powertrain)
  6. 6. Kühlsystem (Thermal System)
  7. 7. Elektrisches System (Electrical System)
The architecture provides for the grouping of functions of block h.) And block d.), And as far as possible also of the other blocks, into physically oriented modules. A generally applicable subdivision into modules for the most varied of internal combustion engines is the following:
  1. 1. Air system
  2. 2. Fuel system
  3. 3. Combustion process
  4. 4. Exhaust system
  5. 5th powertrain
  6. 6. Cooling system (thermal system)
  7. 7. Electrical system

Im Zuge einer Erweiterung der jeweiligen Steuergerätesoftware für weitere Antriebskonzepte ist die obige Liste sinngemäß erweiterbar.In the course of expanding the respective control unit software for further 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 in addition to normal operation, e.g. B. the initialization and the follow-up. In the "Initialization" operating state, all control unit functions are initialized. In the "Run-on" operating state, any stationary adaptations are carried out, adaptation values are written to the non-volatile memory and so on. The more detailed definition of these and possible other operating states depends on the functions to be developed. Since the architecture essentially defines signal flows, this does not constitute a contradiction to any other operating states.

Ausdrücklich nicht Bestandteil der hier beschriebenen Architektur sind folgende Aspekte. Hinsichtlich der Steuergerätehardware ist die Softwarearchitektur unabhängig und soll sich auf verschiedensten Zielplattformen realisieren lassen. Betreffend die Motor- und Triebstranghardware soll die Softwarearchitektur ein breites Spektrum insbesondere von Fahrzeugkonzepten abdecken. Im Zusammenhang mit der Umsetzung der Funktionen kann und soll der Funktionsentwicklung nicht vorgegriffen werden. Die Architekturbeschreibung hat einen allgemeinen Charakter und sollte nicht von der Umsetzung der notwendigen Funktionen abhängig sein, sondern vielmehr alle technisch sinnvollen Realisierungen erlauben.The following aspects are expressly not part of the architecture described here. With regard to the ECU hardware, the software architecture is independent and should be able to be implemented on a wide variety of target platforms. With regard to the engine and drivetrain hardware, the software architecture should cover a broad spectrum, particularly of vehicle concepts. In connection with the implementation of the functions, the function development cannot and should not be anticipated. The architecture description has a general character and should not depend on the implementation of the necessary functions, but rather allow all technically meaningful implementations.

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

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

In der Hardware-Zugriffsschicht erfolgt die Ansteuerung von Hardwarebausteinen für die Signalerfassung (A/D-Wandler, Digital-I/Os). Die vom Hardware-Treiber gelieferten Spannungswerte werden von den in der Sensor-Umwandlungsschicht enthaltenen Umwandlungsfunktionen weiterverarbeitet. Dabei erfolgt die Umrechnung der elektrischen Signale in physikalische Größen wie Druck oder Temperatur. Die Sensorwerte werden von der Sensor-Schnittstelle in dem funktionsseitig erforderlichen kleinsten Zeitraster an den Beobachter, also an Block d.), weitergegeben. Zusätzliche Aufgabe der Sensor-Umwandlungsschicht ist die Durchführung hardwarenaher Grunddiagnosen und gegebenenfalls die Durchführung einer Signalplausibilisierung. Die Diagnose umfasst dabei einfache elektrische Diagnosen (Signal-Range-Check der eingehenden Sensorspannungen). Plausibilisierungen werden nur dann in der Sensor-Schnittstelle durchgeführt, wenn für einen Messwert redundante Sensorinformationen zur Verfügung stehen, wie z. B. für den Drosselklappenöffnungswinkel durch zwei Lagesensoren. Da diese Funktionen hardwarenah liegen, sollen sie als Hardware-Abstraktions-Schicht dienen. Wenn ein Sensor S der Firma ABC mit einem anderen Sensor S der Firma XYZ umgetauscht wird, dann soll nur die Sensor-Schnittstellen-Funktion S davon beeinflusst sein. Daher sollten zwischen Umwandlungsroutinen, die sich auf einer Ebene des Sensor-Interface befinden, keine Querkopplungen existieren.Hardware components for signal acquisition (A / D converter, digital I / Os) are controlled in the hardware access layer. The voltage values supplied by the hardware driver are processed further by the conversion functions contained in the sensor conversion layer. The electrical signals are converted into physical quantities such as pressure or temperature. The sensor values are passed on from the sensor interface to the observer, i.e. to block d.), In the smallest time frame required by the function. An additional task of the sensor conversion layer is to carry out hardware-related basic diagnoses and, if necessary, to carry out a signal plausibility check. The diagnosis includes simple electrical diagnoses (signal range check of the incoming sensor voltages). Plausibility checks are only carried out in the sensor interface if redundant sensor information is available for a measured value, e.g. B. for the throttle valve opening angle by two position sensors. Since these functions are close to the hardware, they should serve as a hardware abstraction layer. If a sensor S from ABC company is exchanged for another sensor S from XYZ, then only the sensor interface function S should be affected. Therefore, there should be no cross-coupling between conversion routines that are located on one level of the sensor interface.

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

Die Schnittstellen innerhalb des Blockes a.) sind wie folgt charakterisiert. Bei der Kommunikation der Schichten werden die Signale gruppiert und beispielsweise über Busse zwischen den Blöcken versendet, also eine Kommunikation zwischen den Schichten der Sensorschnittstelle erfolgt beispielsweise bei einer Implementierung in SIMULINK® über Busse, welche eine übersichtliche Signalgruppierung ermöglichen. Unbenommen bleibt hierbei die Möglichkeit, andere Implementierungswerkzeuge wie beispielsweise ASCET® zu verwenden. In diesem Fall kann die Signalgruppierung über die Verwendung entsprechender Bezeichner für die Signale erfolgen, die erforderlichenfalls als Messages zu deklarieren sind. Die vom Hardware-Treiber zur Verfügung gestellten Eingangssignale werden in Busse gruppiert und an die Umwandlungsschicht weitergegeben. So werden analoge Sensorsignale in einen Bus gruppiert. Auch digitale Sensorsignale, wie beispielsweise Bitgrößen, Tastverhältnisse, Frequenzen, Periodendauern werden in einen Bus gruppiert. Darüber hinaus werden winkelbezogene Sensoreingangssignale der Kurbel- und Nockenwelle in einen Bus gruppiert. Die Diagnoseergebnisse der Hardware-Zugriffsschicht werden zusammengefasst in einem Bus und an höhere Schichten weitergegeben.The interfaces within block a.) Are characterized as follows. When the layers are communicating, the signals are grouped and, for example, sent via buses between the blocks, i.e. communication between the layers of the sensor interface takes place, for example, when implemented in SIMULINK ® via buses, which enable clear signal grouping. This does not affect the option of using other implementation tools such as ASCET ®. In this case, the signals can be grouped by using appropriate identifiers for the signals, which, if necessary, have to be declared as messages. The input signals made available by the hardware driver are grouped in buses and passed on to the conversion layer. Analog sensor signals are grouped in a bus. Digital sensor signals, such as bit sizes, pulse duty factors, frequencies, and periods are also grouped in a bus. In addition, angle-related sensor input signals from the crankshaft and camshaft are grouped in a bus. The diagnostic results of the hardware access layer are summarized in a bus and passed on to higher layers.

Die innerhalb des Blockes a.) zu realisierenden Funktionen lassen sich wie folgt charakterisieren. Die Sensor-Schnittstelle umfasst Umwandlungsroutinen für folgende Sensor-Signaltypen: für analoge Sensorsignale, wie beispielsweise von einem Temperatur- oder Drucksensor, für spezielle analoge Sensorsignale, wie beispielsweise von einem Klopfsensor oder einer Lambdasonde, für Schalter, wie zum Beispiel einen Türkontaktschalter, für Drehzahl-Sensorsignale, beispielsweise von einem Induktiv- oder Hallgeber, für pulsweitenmodulierte digitale Sensorsignale, wie zum Beispiel von einem HFM-Sensor, für spezielle digitale Sensorsignale, wie zum Beispiel von einem Ölfüllstands und -temperatursensor. Im Falle von Umwandlungsroutinen für analoge Sensorsignale und auch spezielle analoge Sensorsignale und periodische, digitale Sensorsignale wird eine Low-Level-Diagnose mit Überprüfung der Bereichsgrenzen des Sensorsignals durchgeführt. Bei Messgrößen, die von zwei Sensoren gleicher Art aufgenommen werden, beispielsweise Drosselklappenlagesensoren oder Fahrpedallagesensoren wird eine gegenseitige Plausibilisierung der Signale durchgeführt und eines der Signale im SensorBus zum Beobachter in Block d.) weitergeleitet. In der Hardwarezugriffs-Schicht sind hardwarespezifische Routinen und Treiber zum Zugriff auf Eingangsmodule der Hardware und das Auslesen von hardwarenahen Statusinformationen angesiedelt. Die Funktionen besitzen eine hohe Hardwareabhängigkeit. Sie ermöglichen den Zugriff auf analoge und digitale Eingangsmodule und spezielle Eingangsmodule, wie zum Beispiel zur Auswertung von Klopf- und Lambdasondensignalen. Die Auswertung eines Temperatursensors in der Sensor-Schnittstelle soll die Verarbeitung eines Sensorsignals beispielhaft verdeutlichen. Das analoge Spannungssignal des Sensors wird dabei von der Hardwarezugriffs-Schicht an die Umwandlungsroutine weitergegeben. Zusätzlich werden Statusinformationen über den Zustand des A/D-Wandlers und der Hardware weitergegeben. Die Berechnung eines Temperaturwertes erfolgt dann beispielsweise über ein Kennlinie aus dem ausgelesenen Spannungswert. In der Umwandlungsroutine erfolgt zusätzlich eine Abprüfung des Signalbereichs mit Rückgabe des Diagnoseergebnisses. Die Statusinformationen werden im SensorStatusBus und der gemessene Temperaturwert im SensorBus weitergegeben.The functions to be implemented within block a.) Can be characterized as follows. The sensor interface includes conversion routines for the following sensor signal types: for analog sensor signals, such as from a temperature or pressure sensor, for special analog sensor signals, such as from a knock sensor or a lambda probe, for switches, such as a door contact switch, for speed -Sensor signals, for example from an inductive or Hall sensor, for pulse-width-modulated digital sensor signals, such as from an HFM sensor, for special digital sensor signals, such as from an oil level and temperature sensor. In the case of conversion routines for analog sensor signals and also special analog sensor signals and periodic, digital sensor signals, a low-level diagnosis with checking of the range limits of the sensor signal is carried out. In the case of measured variables that are recorded by two sensors of the same type, for example throttle position sensors or accelerator pedal position sensors, a mutual plausibility check of the signals is carried out and one of the signals in the SensorBus is forwarded to the observer in block d.). Hardware-specific routines and drivers for accessing hardware input modules and reading hardware-related status information are located in the hardware access layer. The functions are highly hardware-dependent. They enable access to analog and digital input modules and special input modules, such as for evaluating knock and lambda sensor signals. The evaluation of a temperature sensor in the sensor interface is intended to illustrate the processing of a sensor signal by way of example. The analog voltage signal from the sensor is passed on from the hardware access layer to the conversion routine. In addition, status information about the state of the A / D converter and the hardware is passed on. A temperature value is then calculated, for example, using a characteristic curve from the voltage value read out. In the conversion routine, the signal range is also checked and the diagnostic result is returned. The status information is passed on in the SensorStatusBus and the measured temperature value in the SensorBus.

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

Die Signalaufbereitung wandelt die physikalischen Stellsignale gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weiterer Informationen in Eingangssignale für die Endstufen-Treiber um. Je nach angeschlossener Aktuatorik gibt es für jeden Steller eine Software-Komponente für die Signalumwandlung. Bei Austausch eines Aktuators A der Firma ABC gegen einen anderen der Firma XYZ sind entsprechend auch die Software-Komponente für die Signalaufbereitung sowie der dazugehörige Treiber für den zu ersetzenden Steller vom Austausch betroffen und anzupassen. Demzufolge sind Querverkopplungen unter den einzelnen Funktionen innerhalb der Signalaufbereitungs- bzw. der Treiberebene nicht zulässig, so dass beim Austausch/Wegfall von Aktuatoren die Schnittstellen anderer Software-Funktionen nicht angepasst werden müssen. Entfällt dagegen ein Aktuator xyz, so entfallen auch die dazugehörige Software-Komponente zur Umwandlung des physikalischen Stellsignals und der Endstufen-Treiber für diesen Aktuator xyz. In diesem Fall müssen die dazugehörigen Software-Funktionen in Block h.) und gegebenenfalls in Block d.) angepasst werden. Entsprechend verhält es sich, wenn ein Aktuator hinzukommt. Für die Ansteuerung des weiteren/neuen Aktuators müssen in der Aktuator-Schnittstelle eine entsprechende Software-Komponente für die Signalaufbereitung und eine Treiber-Komponente für die Ansteuerung der dazugehörigen Endstufe hinzugefügt werden. Der Block h.), also der Controller, ist dahingehend anzupassen, dass für diesen hinzugekommenen Aktuator auch eine entsprechende Stellgröße erzeugt wird.The signal processing converts the physical control signals, if necessary with the aid of additional information, into input signals for the output stage driver. Depending on the connected actuators, there is a software component for signal conversion for each actuator. When an actuator A from company ABC is exchanged for another from company XYZ, the software components for signal processing and the associated driver for the actuator to be replaced are also affected by the exchange and must be adapted accordingly. As a result, cross-couplings between the individual functions within the signal processing or driver level are not permitted, so that the interfaces of other software functions do not have to be adapted when actuators are replaced / omitted. If, on the other hand, an actuator xyz is omitted, the associated software component for converting the physical control signal and the output stage driver for this actuator xyz are also omitted. In this case, the associated software functions in block h.) And, if necessary, in block d.) Must be adapted. It behaves accordingly when an actuator is added. To control the additional / new actuator, a corresponding software component for signal processing and a driver component for controlling the associated output stage must be added to the actuator interface. The block h.), I.e. the controller, must be adapted so that a corresponding manipulated variable is also generated for this added actuator.

Die Schnittstellen innerhalb des Blockes b.) sind wie folgt charakterisiert. Sofern von den jeweiligen Software-Funktionen aus der Signalaufbereitungsebene nur einzelne Treibersignale an die dazugehörigen Treiber übergeben werden, dienen ausschließlich Signale als Schnittstellen. Vor einem Aufruf einer Software-Komponente zur Aufbereitung eines physikalischen Signals sind also zunächst das zu konvertierende Stellsignal aus dem ControlBus und die für die Umwandlung und gegebenenfalls einer weiteren Signalverarbeitung (Skalierung) benötigten Signale aus dem SystemBus zu selektieren. Das als Resultat der Signalaufbereitung zur Verfügung stehende Ausgangssignal wird dem entsprechenden Endstufen-Treiber aus der Treiber-Ebene unmittelbar zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Müssen dagegen mehrere Signale an einen Endstufen-Treiber übergeben werden, so sind diese Signale noch innerhalb der Signalaufbereitungsebene als Bus zusammenzufügen und dem Endstufen-Treiber als Bus zu übergeben. Somit ist auch eine konsistente Datenübergabe gewährleistet, selbst wenn die Signalaufbereitung und der Endstufen-Treiber in unterschiedlichen Tasks aufgerufen werden.The interfaces within block b.) Are characterized as follows. If only individual driver signals are transferred from the respective software functions from the signal processing level to the associated drivers, only signals are used as interfaces. Before calling up a software component to process a physical signal, the control signal to be converted from the ControlBus and the signals from the SystemBus that are required for conversion and, if necessary, further signal processing (scaling) must be selected. The output signal available as a result of the signal processing is made available directly to the corresponding output stage driver from the driver level for further processing. If, on the other hand, several signals have to be transferred to an output stage driver, these signals have to be combined as a bus within the signal processing level and transferred to the output stage driver as a bus. This also ensures consistent data transfer, even if the signal processing and the output stage driver are called in different tasks.

Die innerhalb des Blockes b.) zu realisierenden Funktionen lassen sich wie folgt charakterisieren. Dazu ist in der 6 die Signalaufbereitung exemplarisch für den Aktuator xyz illustriert. Unmittelbar vor dem Aufruf der dazugehörigen Software-Komponente zur Signalaufbereitung wird zunächst das gewünschte Stellsignal und, sofern vorhanden, ein Enable-Bit zur Aktivierung der dazugehörigen Endstufe aus dem ControlBus selektiert. Sofern weitere Informationen, wie beispielsweise die Drehzahl oder die Batteriespannung, für die Aufbereitung notwendig sind, sind diese vom SystemBus zur Verfügung zu stellen. Die ausgewählten Signale werden daraufhin der jeweiligen Software-Komponente übergeben. Sofern die Ansteuerung über den Controller freigegeben wurde (Enable-Bit auf TRUE gesetzt), erfolgt unter Berücksichtigung der physikalischen Dimension die Signalaufbereitung durch eine im allgemeinen nichtlineare mathematische Verknüpfung der selektierten Signale. Das aufbereitete Signal wird anschließend auf seinen Wertebereich überprüft, wobei der minimal (ymin) und der maximal zulässige Wert (ymax) von der anzusteuernden Aktuatorik abhängen und beide Werte einstellbar sind. Im Fall einer Unter- bzw. Überschreitung des zulässigen Wertes wird ein Status-Bit gesetzt und das aufbereitete Signal entsprechend nach ymin beziehungsweise ymax begrenzt. Ist dagegen die Ansteuerung des Stellers nicht freigegeben worden, so ist abhängig vom Treiber eine Signalaufbereitung entweder nicht erforderlich oder das aufzubereitende Signal ist auf einen speziellen Wert zu setzen (z. B. Ladezeit der Zündspulen = 0s wenn nicht gezündet werden soll). Die Treibereingangssignale und das auf FALSE gesetzte Enable-Bit werden als Bus unmittelbar an den Endstufen-Treiber übergeben. Sofern es erforderlich ist, kann in jeder Software-Komponente zur Signalaufbereitung auch eine Umwandlung des Enable-Bits in ein vom Systemhersteller vorgegebenes Format durchgeführt werden beziehungsweise wird vom Systemhersteller keine Schnittstelle für die Aktivierung einzelner Leistungsendstufen bereitgestellt, so wird das Enable-Bit für diese Endstufen nicht an die Treiber-Ebene weitergeleitet. Anhand eines Beispiels wird nun die Signalaufbereitung demonstriert. Der Raildruckregler als Bestandteil des Blockes h.), also dem Controller, berechnet in Abhängigkeit der jeweils vorherrschenden Betriebsbedingung eine zu fördernde Kraftstoffmenge in beispielsweise Liter pro Stunde. Diese wird in der Aktuator-Schnittstelle unter Zunahme weiterer zum Teil Hardware-spezifischer Informationen, wie der Anzahl und Kontur der Nocken, der Induktivität von Spulen, der Batteriespannung, zunächst in einen Winkelbereich und unter Verwendung der Motordrehzahl in eine Zeitdauer umgerechnet. Beginn der Ansteuerung in Form eines Winkels und die Zeitdauer der Ansteuerung sind die aus der Aktuator-Schnittstelle kommenden Eingangsgrößen des Endstufen-Treibers, die damit das Timing für die Ansteuerung des Mengensteuerventils festlegen. Über- bzw. unterschreiten Winkel und Zeitdauer ihre jeweiligen minimal und maximal zulässigen Werte, so werden die entsprechenden Status-Bits gesetzt und die Werte entsprechend begrenzt. Das Signal zur Ansteuerung der Endstufe wird schließlich durch den Endstufen-Treiber als Teil des Complex Drivers aus der Treiber-Ebene generiert. Ändert sich beispielsweise im Laufe des Einsatzes die Ventilcharakteristik des Mengensteuerventils und kann diese unter Zuhilfenahme weiterer Größen aus dem SystemBus quantitativ beschrieben werden, so ist mit der vorliegenden Architektur im Rahmen der Signalaufbereitung der Aktuator-Schnittstelle ein korrigierender Eingriff möglich. Die gestrichelt gezeichneten Linien für die selektierten Signale aus dem ControlBus und SystemBus sollen andeuten, dass die Generierung der Eingangssignale für die einzelnen Endstufen-Treiber zum Teil auch ohne Informationen aus dem SystemBus beziehungsweise einzelne Treibereingänge ausschließlich aus Signalen aus dem SystemBus erzeugt werden können, wie beispielsweise die Ladezeit der Zündspulen.The functions to be implemented within block b.) Can be characterized as follows. This is in the 6th the signal processing exemplarily illustrated for the actuator xyz. Immediately before the associated software component for signal processing is called up, the desired control signal and, if available, an enable bit to activate the associated output stage is selected from the ControlBus. If further information, such as the speed or the battery voltage, is required for processing, this must be made available by the SystemBus. The selected signals are then transferred to the respective software component. If the control has been enabled via the controller (enable bit set to TRUE), takes place under Consideration of the physical dimension the signal processing through a generally non-linear mathematical link of the selected signals. The processed signal is then checked for its value range, the minimum (y min ) and the maximum permissible value (y max ) depending on the actuators to be controlled and both values being adjustable. If the permissible value is undershot or exceeded, a status bit is set and the processed signal is limited accordingly to y min or y max. If, on the other hand, the control of the actuator has not been enabled, depending on the driver, signal processing is either not necessary or the signal to be processed must be set to a special value (e.g. charging time of the ignition coils = 0s if it is not to be ignited). The driver input signals and the enable bit set to FALSE are transferred directly to the output stage driver as a bus. If necessary, the enable bit can also be converted into a format specified by the system manufacturer in each software component for signal processing, or if the system manufacturer does not provide an interface for activating individual power output stages, the enable bit is used for these output stages not forwarded to the driver level. The signal processing will now be demonstrated using an example. The rail pressure regulator as part of block h.), I.e. the controller, calculates a fuel quantity to be delivered in, for example, liters per hour, depending on the prevailing operating conditions. In the actuator interface, this is first converted into an angular range and, using the engine speed, into a period of time, with additional information, some of which is hardware-specific, such as the number and contour of the cams, the inductance of coils, the battery voltage. The start of the control in the form of an angle and the duration of the control are the input variables of the output stage driver coming from the actuator interface, which determine the timing for the control of the quantity control valve. If the angle and duration exceed or fall below their respective minimum and maximum permissible values, the corresponding status bits are set and the values are limited accordingly. The signal for controlling the output stage is finally generated by the output stage driver as part of the complex driver from the driver level. If, for example, the valve characteristic of the quantity control valve changes in the course of use and this can be quantitatively described with the aid of further variables from the SystemBus, corrective intervention is possible with the present architecture within the scope of the signal processing of the actuator interface. The dashed lines for the selected signals from the ControlBus and SystemBus are intended to indicate that the generation of the input signals for the individual output stage drivers can in part also be generated from signals from the SystemBus without information from the SystemBus or individual driver inputs, for example the charging time of the ignition coils.

Der Block d.), also der Beobachter/die Signalverarbeitung, wird an dieser Stelle im Detail beschrieben. Die Funktionen dieses Blocks haben die Aufgabe, den momentanen Ist-Zustand des zu steuernden und zu regelnden Systems, insbesondere einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, zu beobachten. Diese Beobachtung findet modellgestützt statt. Vereinfachte nichtlineare dynamische Modelle werden eingesetzt, um anhand der Stellsignale und der Umweltbedingungen die messbaren und nichtmessbaren Zustandsgrößen des Systems zu schätzen. Modellierte messbare Zustände werden mit Messsignalen verglichen und daraus Residuen generiert. Anhand dieser Residuen wird eine Beobachterrückführung realisiert, um die modellierten Zustandsgrößen zu korrigieren. Das Prinzip eines Zustandsbeobachters ist in der 7 dargestellt. Als Zustandsbeobachter realisiert der Beobachter/die Signalverarbeitung gemäß Block d.) folgende Funktionen. Auf der einen Seite ist das die Beobachtung der Systemzustände, wobei diese beobachteten Zustände einerseits verwendet werden können, um nicht messbare Größen zur Steuerung und Regelung einzusetzen. Auf der anderen Seite können im Fehlerfall die beobachteten Zustände als Ersatzwerte für die Messsignale verwendet werden. Die Beobachter-Funktionen sollen die Funktionen des Blockes h.), also des Controllers, und des Blockes g.), also der Diagnosefunktion, mit der Information über den aktuellen Systemzustand und mit Residuen versorgen. Soweit möglich, soll der Block d.), also der Beobachter, gewährleisten, dass die Funktionen des Blockes h.) unabhängig von der Sensorkonfiguration realisiert werden können. Außerdem soll der Beobachter/die Signalverarbeitung gemäß Block d.) modell- oder signalbasierte Sensoradaptionsverfahren realisieren, welche den Einfluss der Messgenauigkeit der Sensoren reduzieren.Block d.), I.e. the observer / signal processing, is described in detail at this point. The functions of this block have the task of observing the current actual state of the system to be controlled and regulated, in particular an internal combustion engine in a motor vehicle. This observation takes place with the help of a model. Simplified non-linear dynamic models are used to estimate the measurable and non-measurable state variables of the system based on the control signals and the environmental conditions. Modeled measurable states are compared with measurement signals and residuals are generated from them. On the basis of these residuals, an observer feedback is implemented in order to correct the modeled state variables. The principle of a state observer is in the 7th shown. As a status observer, the observer / signal processing according to block d.) Implements the following functions. On the one hand, there is the observation of the system states, whereby these observed states can be used on the one hand to use non-measurable variables for control and regulation. On the other hand, in the event of an error, the observed states can be used as substitute values for the measurement signals. The observer functions should supply the functions of block h.), I.e. the controller, and block g.), I.e. the diagnostic function, with information about the current system status and with residuals. As far as possible, block d.), I.e. the observer, should ensure that the functions of block h.) Can be implemented independently of the sensor configuration. In addition, the observer / the signal processing according to block d.) Should implement model- or signal-based sensor adaptation methods which reduce the influence of the measurement accuracy of the sensors.

Der Block d.) stellt also nicht nur einen Zustandsbeobachter dar, sondern enthält auch weitere Funktionen zur Signalverarbeitung. Besonders hervorzuheben ist an dieser Stelle die Sensoradaption, anhand derer der Einfluss der Sensorungenauigkeiten reduziert werden soll. Um eine Sensoradaption oder -korrektur durchführen zu können, werden Informationen von anderen Sensoren und Modellen benötigt. Da diese Informationen in Block d.) vorhanden sind, findet die Sensorkorrektur und -adaption auch dort statt.The block d.) Therefore not only represents a status observer, but also contains further functions for signal processing. Particularly noteworthy at this point is the sensor adaptation, which is used to reduce the influence of the sensor inaccuracies. In order to be able to carry out a sensor adaptation or correction, information from other sensors and models is required. Since this information is available in block d.), The sensor correction and adaptation also takes place there.

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

Hinsichtlich des Funktionsprinzips eines Beobachters ist das Zusammenspiel aus vorwärtsgerichteten Prozessmodellen, die in der Ebene „Model Layer“ angeordnet sind und der Beobachterrückführung, welche sich in der Ebene „Observer Feedback Layer“ befindet, von essentieller Bedeutung. Die Rückführung sorgt dafür, dass die von den Modellen berechneten Prozesszustände, wie Drücke, Drehzahlen, Temperaturen, dynamisch mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen. Die Rückführung ist frei parametrierbar, insbesondere kann sie auch so strukturiert werden, dass Rückwirkungen, d. h. Korrekturen, auf bestimmte Teilsysteme beschränkt bleiben. Auf diese Weise kann das Problem des Entwurfs eines „großen“ Beobachters, der alle Informationen verwendet, auf das wesentlich leichter zu lösende Problem des Entwurfs kleinerer Beobachter für einzelne Teilmodelle reduziert werden. Anders formuliert, man kann die Rückführung so gestalten, dass beispielsweise der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zur Korrektur des Luftpfades der verwendeten Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, da beide über die Drehzahl gekoppelt sind, und umgekehrt. Alternativ kann man die Rückführung auch so parametrieren, dass der Luftpfad nur anhand der Informationen des Luftpfades und der Antriebsstrang nur anhand der Informationen des Antriebsstranges korrigiert wird, d. h. die Information bleibt lokal auf die Module beschränkt. In vielen Fällen ist es möglich, die Zustandsgrößen aus verschiedenen Messgrößen zu rekonstruieren, d. h. das System bleibt für verschiedene Sensorkonfigurationen beobachtbar. Fällt beispielsweise im laufenden Betrieb ein Sensor aus und wird dieses detektiert, so können trotzdem noch, unter Verwendung einer alternativen Beobachterrückführung, die Zustandsgrößen beobachtet werden. Eine zuvor gemessene Größe kann auf diese Weise durch eine rekonstruierte Größe ersetzt werden. Dieser Vorgang wird in der Ebene „Observer Feedback Layer“ durch die „Compare and Select“-(CnS-)Funktionen realisiert. Der Block d.) nimmt ferner Funktionen wahr, die über die Beobachtung des Systemzustandes hinausgehen. Die Ebene „Sensor Adaptation and Correction Layer“ enthält Funktionen zur Korrektur und Adaption der Sensoren, wie später beschrieben wird.With regard to the functional principle of an observer, the interaction of forward-looking process models, which are arranged in the “Model Layer” level, and the observer feedback, which is located in the “Observer Feedback Layer” level, is of essential importance. The feedback ensures that the process states calculated by the models, such as pressures, speeds, temperatures, dynamically match the actual values. The feedback can be freely parameterized; in particular, it can also be structured in such a way that repercussions, i. H. Corrections remain limited to certain subsystems. In this way, the problem of designing a “large” observer using all the information can be reduced to the much easier-to-solve problem of designing smaller observers for individual sub-models. In other words, the feedback can be designed in such a way that, for example, the drive train of a motor vehicle is used to correct the air path of the internal combustion engine used, since both are coupled via the speed, and vice versa. Alternatively, the feedback can also be parameterized in such a way that the air path is corrected only on the basis of the information from the air path and the drive train is corrected only on the basis of the information from the drive train, i. H. the information remains locally restricted to the modules. In many cases it is possible to reconstruct the state variables from different measured variables, i. H. the system remains observable for different sensor configurations. If, for example, a sensor fails during operation and this is detected, the state variables can still be observed using an alternative observer feedback. In this way, a previously measured variable can be replaced by a reconstructed variable. This process is implemented in the “Observer Feedback Layer” using the “Compare and Select” (CnS) functions. The block d.) Also performs functions that go beyond the observation of the system state. The “Sensor Adaptation and Correction Layer” contains functions for correcting and adapting the sensors, as described later.

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

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

Innerhalb des Blockes d.) sind folgende Funktionen zu realisieren. Die Modellebene enthält Prozessmodelle von Motor und Antriebsstrang. Diese Prozessmodelle sind in Module gruppiert, die wie folgt für eine modellhafte Beschreibung einer Verbrennungskraftmaschine in Verbindung mit 8 dargestellt werden. Das Modul „Air System Model“ (AirSysMdl) enthält ein Modell des ansaugseitigen Luftsystems einer Verbrennungskraftmaschine. Dazu zählt auch das als Füllungserfassung bekannte Ladungswechselmodell. Modelliert werden Größen wie Drücke, Temperaturen, Füllung (Frischluft und gegebenenfalls Restgas). Je nach Fahrzeug muss dieses Modell angepasst, also konfiguriert werden. Varianten hierbei sind beispielsweise eine freisaugende oder aufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit oder ohne externer Abgasrückführung.The following functions are to be implemented within block d.). The model level contains process models of the engine and drive train. These process models are grouped into modules that are used as follows for a model description of an internal combustion engine in connection with 8th being represented. The “Air System Model” (AirSysMdl) module contains a model of the intake-side air system of an internal combustion engine. This also includes the gas exchange model known as charge detection. Variables such as pressures, temperatures, filling (fresh air and possibly residual gas) are modeled. Depending on the vehicle, this model must be adapted, i.e. configured. Variants here are, for example, a naturally aspirated or charged internal combustion engine with or without external exhaust gas recirculation.

Das Modul Fuel System Model (FuSysMdl) enthält ein Modell des Kraftstoffsystems einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus Nieder- und Hochdruckseite. Es umfasst u. a. die Komponenten Tank, Kraftstoffförderpumpe, Aktivkohlebehälter (Tankentlüftung), Hochdruckpumpe, Rail und Einspritzventile. Modelliert werden dabei Größen wie Drücke, Temperaturen, Kraftstoffmassenstrom aus Tankentlüftung. Je nach Fahrzeug muss das Modell systemspezifisch angepasst werden. Varianten hierbei sind beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit Saugrohr- oder Direkteinspritzung oder der Typ der verwendeten Hochdruckkraftstoffpumpe.The Fuel System Model (FuSysMdl) module contains a model of the fuel system of an internal combustion engine, consisting of the low and high pressure sides. It includes, among other things. the components tank, fuel pump, activated charcoal canister (tank ventilation), high pressure pump, rail and injection valves. Quantities such as pressures, temperatures and fuel mass flow from the tank ventilation are modeled. Depending on the vehicle, the model must be adapted system-specifically. Variants here are, for example, an internal combustion engine with intake manifold or direct injection or the type of high-pressure fuel pump used.

Das Modul „Combustion Model“ (CmbMdl) enthält ein thermodynamisches Modell, welches die Energie im Brennraum bilanziert. Modelliert werden sollen die mechanische Energie beziehungsweise das Drehmoment, der Wärmefluss über die Zylinderwände beziehungsweise die Kopplung zum Kühlsystem, der Energiestrom in den Abgasstrang (gegebenenfalls die einzelnen Spezies), das Brennraumlambda, die Verbrennungsschwerpunktlage. Die Auswahl der zu modellierenden Größen hängt ebenfalls von dem Betriebsverfahren der zu Grunde liegenden Verbrennungskraftmaschine ab, also ob es sich beispielsweise um ein Otto-, Diesel- oder Otto-Selbstzündungs-Verfahren handelt.The “Combustion Model” (CmbMdl) module contains a thermodynamic model that balances the energy in the combustion chamber. The mechanical energy or torque, the heat flow through the cylinder walls or the coupling to the cooling system, the energy flow in the exhaust system (possibly the individual species), the combustion chamber lambda, and the combustion focus are to be modeled. The selection of the variables to be modeled also depends on the operating method of the underlying internal combustion engine, that is to say whether it is, for example, an Otto, Diesel or Otto self-ignition method.

Das Modul „Exhaust System Model“ (ExSysMdl) enthält ein Modell des Abgassystems einer Verbrennungskraftmaschine vom Auslassventil bis zum Auspuff. Es beschreibt die Dynamik von Druck und Temperatur sowie das Abgaslambda. Die Konfiguration des Modells erfolgt abhängig davon, ob es sich um eine Verbrennungskraftmaschine mit oder ohne Abgasturbolader handelt oder abhängig von der Anzahl und Art der Katalysatoren.The module "Exhaust System Model" (ExSysMdl) contains a model of the exhaust system of an internal combustion engine from the exhaust valve to the exhaust. It describes the dynamics of pressure and temperature as well as the exhaust gas lambda. The model is configured depending on whether it is an internal combustion engine with or without an exhaust gas turbocharger or depending on the number and type of catalytic converters.

Das Modul „Powertrain Model“ (PtMdl) enthält ein Antriebsstrangmodell, welches Größen liefert, wie beispielsweise Drehzahlen, Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Torsionswinkel, übertragbares Kupplungsmoment, Fahrwiderstände oder Steigungswinkel. Je nach Fahrzeug muss dieses Modell angepasst werden. Varianten sind hierbei, ob es sich beispielsweise um ein Antriebskonzept mit einem manuell betätigten Wechselgetriebe, einem automatischen Getriebe oder um einen Parallelhybrid, also eine Kombination aus Verbrennungskraftmaschine und elektrischer Maschine, handelt.The “Powertrain Model” (PtMdl) module contains a drive train model that provides parameters such as engine speed, longitudinal vehicle speed, longitudinal acceleration, torsion angle, transferable clutch torque, driving resistance or gradient angle. Depending on the vehicle, this model must be adapted. Variants are, for example, whether it is a drive concept with a manually operated change gearbox, an automatic gearbox or a parallel hybrid, i.e. a combination of an internal combustion engine and an electric machine.

Das Modul „Thermal System Model“ (ThSysMdl) enthält ein Modell des Kühlsystems. Es beschreibt die Temperaturen der verschiedenen Kühlkreisläufe und ist ebenfalls je nach Antriebskonzept zu konfigurieren.The module "Thermal System Model" (ThSysMdl) contains a model of the cooling system. It describes the temperatures of the various cooling circuits and must also be configured depending on the drive concept.

Das Modul „Electrical System Model“ (EISysMdl) enthält ein Modell des elektrischen Systems eines Antriebskonzeptes. Es kann sich hier beispielsweise um ein einfaches Batteriemodell handeln oder auch, im Falle eines Hybridantriebes, um ein komplexes Modell der Leistungselektronik und der elektrischen Antriebe.The module "Electrical System Model" (EISysMdl) contains a model of the electrical system of a drive concept. For example, it can be a simple battery model or, in the case of a hybrid drive, a complex model of the power electronics and the electric drives.

In der Beobachterrückführungsebene/Rückführebene existiert zu jeder Hardwarekomponente ein Modul, in dem zwei Funktionen untergebracht sind. Diese realisieren die Berechnung der Beobachterrückführung (Ofb-Funktionen) und die Berechnung der Residuen inklusive der Auswahl der in den SystemBus geschriebenen Signale (CnS-Funktionen). Die Beobachterrückführung bestimmt aus den Residuen einen Korrekturwert. Es wird der gesamte Residuen-Bus verwendet, d. h. prinzipiell können alle Residuen aller Modelle für die Berechnung des Korrekturwertes herangezogen werden.In the observer feedback level / feedback level, there is a module for each hardware component in which two functions are accommodated. These implement the calculation of the observer feedback (Ofb functions) and the calculation of the residuals including the selection of the signals written in the SystemBus (CnS functions). The observer feedback determines a correction value from the residuals. The entire residual bus is used; H. In principle, all residuals of all models can be used to calculate the correction value.

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

In der Sensorkorrektur- und Adaptionsebene (Sensor Correction and Adaptation Layer) werden Funktionen realisiert, die beispielsweise auf der Grundlage eines stationären, von Null verschiedenen Residuums eine Sensorkorrektur vornehmen. Ein Beispiel hierfür könnte die Adaption eines Drucksensors sein, wobei durch einen Adaptionsalgorithmus ein Druckoffset ermittelt wird, welcher dann im nichtflüchtigen Speicher abgelegt wird. Das Verrechnen des Sensorwertes mit diesem Adaptionswert wird dann als Sensorkorrektur bezeichnet.In the sensor correction and adaptation layer, functions are implemented which, for example, carry out a sensor correction on the basis of a stationary, non-zero residual. An example of this could be the adaptation of a pressure sensor, a pressure offset being determined by an adaptation algorithm, which is then stored in the non-volatile memory. The calculation of the sensor value with this adaptation value is then referred to as sensor correction.

Gemäß 11 ist der Umfang des Blockes e.), also des Diagnose-Managers, dargestellt. Der Diagnose-Manager ist ein zentrales Verwaltungsorgan der zu dem jeweiligen Antriebskonzept zu Grunde liegenden Vorrichtung zur Steuerung und Regelung beziehungsweise des jeweiligen Steuergerätes. Der Block e.) beinhaltet alle Module und in deren Obhut alle Funktionen, die zur zentralen Organisation und Koordination der Systemabläufe erforderlich sind oder zur zentralen Erfassung und Abbildung des Systemzustandes dienen. Seine Aufgaben bestehen in der zentralen Erfassung, Verwaltung und Steuerung interner Abläufe im Steuergerät sowie der Bereitstellung von Informationen für die Kommunikations-Schnittstelle. Der Block e.) besteht aus den Modulen „Diagnostic Manager“ (einschließlich Fehlerspeicher), „Coordination Manager“, „Symptom Manager“, „Statistic-Tools“, „Production/End of Line/Garage“ und „System Manager“.According to 11 the scope of block e.), i.e. the diagnosis manager, is shown. The diagnosis manager is a central administrative organ of the device for the control and regulation or the respective control device on which the respective drive concept is based. The block e.) Contains all modules and in their care all functions that are required for the central organization and coordination of the system processes or for the central recording and mapping of the system status. Its tasks consist of the central recording, administration and control of internal processes in the control unit as well as the provision of information for the communication interface. The block e.) Consists of the modules “Diagnostic Manager” (including fault memory), “Coordination Manager”, “Symptom Manager”, “Statistic Tools”, “Production / End of Line / Garage” and “System Manager”.

Im Diagnose-Manager werden alle Informationen über den Betriebsablauf und den Systemzustand zentral zusammengetragen, analysiert und abgebildet. Die Auswertung dieser Informationen findet zentral statt und wird zur Planung der weiteren Systemabläufe herangezogen. In diesem Zusammenhang kommt dem Modul „Coordination Manager“ als Koordinator der internen Systemabläufe eine zentrale Bedeutung zu. Für die Erfüllung der gesetzlichen Bestimmungen und insbesondere der Anforderungen aus dem Bereich der On-Board Diagnose (OBD) spielen die Module „Symptom Manager“, „Diagnostic Manager“ und „Statistic-Tools“ eine wichtige Rolle. Zur Bedienung von Forderungen aus den Bereichen Produktion, Bandende und Werkstatt ist ein separater Platzhalter („Production / End of Line / Garage“) vorgesehen. Das Modul „System Manager“ dient als Container für alle anderen, auch systemübergreifenden Funktionalitäten, die einen Bezug zum Motorsteuergerät haben oder benötigen.In the diagnosis manager, all information about the operating sequence and the system status is collected, analyzed and mapped centrally. The evaluation of this information takes place centrally and is used to plan further system processes. In this context, the “Coordination Manager” module is of central importance as the coordinator of the internal system processes. The “Symptom Manager”, “Diagnostic Manager” and “Statistic Tools” modules play an important role in fulfilling the legal requirements and, in particular, the requirements in the area of on-board diagnostics (OBD). A separate placeholder ("Production / End of Line / Garage") is provided for handling requirements from the areas of production, end of line and workshop. The “System Manager” module serves as a container for all other, also cross-system, functionalities that are related to or need to be related to the engine control unit.

Die interne Kommunikation und der wesentliche Signalfluss innerhalb des Diagnose-Managers sind in 12 dargestellt. Als zentrales Element mit Bezug zu allen Abläufen im Diagnose-Manager ist das Modul „Coordination Manager“ von entscheidender Bedeutung für die Systemabläufe. Die Planung der Systemabläufe hängt von den Ergebnissen der Diagnosen („Diagnostic Manager“) sowie den Anforderungen aus den Blöcken „Statistic-Tools“, „System Manager“ und „Production / End of Line / Garage“ ab. Als Kommunikationsschnittstellen zu den anderen Blöcken der Architektur dienen der SysCoordBus und der xxxStatusBus, wobei „xxx“ Platzhalter für Synonyme der Blocknamen, also stellvertretend für beispielsweise „Diagnosefunktion“ steht. Die Generierung eines eindeutigen Diagnoseergebnisses (Pinpointing) ist Aufgabe des Moduls „Symptom Manager“, der die Auswertung (einschließlich Vorentprellung), der Informationen von dem Block a.), also der Sensorschnittstelle (SensorStatusBus), und Block b.), also der Aktuator-Schnittstelle (ActuatorStatusBus, also für „xxx“ steht hier „Actuator“), und dem Block g.), also der Diagnosefunktion (DiagnosisBus), übernimmt. The internal communication and the essential signal flow within the diagnostic manager are in 12th shown. As a central element relating to all processes in the Diagnostic Manager, the “Coordination Manager” module is of decisive importance for the system processes. The planning of the system processes depends on the results of the diagnoses ("Diagnostic Manager") and the requirements from the "Statistic Tools", "System Manager" and "Production / End of Line / Garage" blocks. The SysCoordBus and the xxxStatusBus are used as communication interfaces to the other blocks of the architecture, whereby "xxx" stands for synonyms of the block names, thus representing, for example, "diagnostic function". The generation of a clear diagnosis result (pinpointing) is the task of the "Symptom Manager" module, which evaluates (including pre-debouncing) the information from block a.), I.e. the sensor interface (SensorStatusBus), and block b.), I.e. the actuator Interface (ActuatorStatusBus, so for "xxx" stands for "Actuator"), and the block g.), Ie the diagnostic function (DiagnosisBus), takes over.

Sein Ergebnis kommuniziert er an das Modul „Diagnostic Manager“ und über den DiagResultBus. Das Modul „Diagnostic Manager“ realisiert die Fehlerspeichereinträge, deren Verwaltung und Übermittlung an den Block c.), also der Kommunikations-Schnittstelle über die (ComlnBus/ ComOutBus). Das Modul „Statistic-Tools“ greift auf Ergebnisse des „Diagnostic Manager“ sowie weitere Systeminformationen aus verschiedenen Bussen zu. Im Rahmen z. B. der IUMPR greift er auch auf den „Coordination Manager“ zu, wobei „IUMPR“ für „In use monitor performance ratio“ steht und sich auf die Laufhäufigkeit ausgewählter nicht-kontinuierlicher Diagnosen bezieht, wobei eine genaue Definition den „Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2“ zu entnehmen ist, als die für Zertifizierungen in Kalifornien maßgebliche Richtlinie. Die externe Kommunikation erfolgt über die Busse ComlnBus und ComOutBus. In den Modulen „System Manager“ und „Production / End of Line / Garage“ können Funktionalitäten über das Modul „Coordination Manager“ aufgerufen und ausgeführt werden (z. B. Kurztrips, Stellgliedtests). Die Kommunikation über die Kommunikationsschnittstelle, also Block c.), über die Busse ComlnBus / ComOutBus ermöglicht den Austausch von Daten mit der Peripherie. Benötigte Systeminformationen werden aus dem SystemBus entnommen. Zur Unterstützung der Wartung können im Modul „Production / End of Line / Garage“ Informationen aus dem DiagnosisBus, dem „Symptom Manager“ und dem „Diagnostic Manager“ verwendet werden. System intern werden die Anforderungen an den „Coordination Manager“ zur Koordinierung weitergeleitet.It communicates its result to the “Diagnostic Manager” module and via the DiagResultBus. The “Diagnostic Manager” module implements the error memory entries, their management and transmission to block c.), I.e. the communication interface via the (ComlnBus / ComOutBus). The “Statistic Tools” module accesses the results of the “Diagnostic Manager” and other system information from various buses. In the context of z. B. the IUMPR he also accesses the "Coordination Manager", where "IUMPR" stands for "In use monitor performance ratio" and refers to the frequency of selected discontinuous diagnoses, with a precise definition of "Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2 "as the governing guideline for certification in California. External communication takes place via the ComlnBus and ComOutBus buses. In the “System Manager” and “Production / End of Line / Garage” modules, functionalities can be called up and executed via the “Coordination Manager” module (e.g. short trips, actuator tests). Communication via the communication interface, i.e. block c.), Via the ComlnBus / ComOutBus buses enables data to be exchanged with the periphery. The system information required is taken from the SystemBus. To support maintenance, information from the DiagnosisBus, the “Symptom Manager” and the “Diagnostic Manager” can be used in the “Production / End of Line / Garage” module. Internally, the requirements are forwarded to the "Coordination Manager" for coordination.

Das Modul „Diagnostic Manager“ beinhaltet die Erfassung und Verwaltung der Diagnoseergebnisse. Dazu zählen auch die Realisierungen von Funktionalitäten, wie Entprellung und Heilung im Rahmen der On-Board-Diagnose. Zusätzlich werden hier Mechanismen zum Umgang mit FreezeFrames und die Ansteuerung von beispielsweise MIL (Malfunktion Indicator Lamp, Anzeige von Fehlern im Rahmen der OBD), EPCL (Electronic Power Control Lamp, EGAS-Überwachung) bereitgestellt.The "Diagnostic Manager" module contains the acquisition and management of the diagnostic results. This also includes the implementation of functionalities such as debouncing and healing as part of the on-board diagnosis. In addition, mechanisms for dealing with FreezeFrames and the control of, for example, MIL (Malfunction Indicator Lamp, display of errors in the context of OBD), EPCL (Electronic Power Control Lamp, EGAS monitoring) are provided.

Der „Coordination Manager“ beinhaltet die Verriegelung und Priorisierung von Funktionen auf Basis von Diagnoseergebnissen und Systemanforderungen. Ausgaben des Moduls sind Funktionsaufrufe. Dies geschieht im Wesentlichen durch eine Priorisierung der Anforderungen und damit der Funktionsabläufe, eine entsprechende Freigabe oder Sperrung von Funktionen in Abhängigkeit von Systemzustand und Diagnoseergebnissen (über SysCoordBus) und die Überwachung der Funktionsabläufe (über xxxStatusBus).The "Coordination Manager" includes the locking and prioritization of functions on the basis of diagnostic results and system requirements. The module outputs are function calls. This is essentially done by prioritizing the requirements and thus the functional processes, a corresponding release or blocking of functions depending on the system status and diagnostic results (via SysCoordBus) and the monitoring of the functional processes (via xxxStatusBus).

Dem „Symptom Manager“ obliegt die Verarbeitung der Diagnoseergebnisse aus den Blöcken a.), b.) und g.), also der Sensor-Schnittstelle, der Aktuator-Schnittstelle und der Diagnosefunktion. Zur Sicherstellung des Pinpointings ist eine entsprechende Querverriegelungsmatrix zu generieren. Zur Vermeidung von Fehlalarmen (irrtümliche Anzeige eines Fehlers) sind Vorentprellungen (z. B. zeitlich oder ereignisorientiert) innerhalb des Modules „Symptom Manager“ vorzusehen.The "Symptom Manager" is responsible for processing the diagnostic results from blocks a.), B.) And g.), I.e. the sensor interface, the Actuator interface and the diagnostic function. A corresponding cross-locking matrix must be generated to ensure pinpointing. To avoid false alarms (erroneous display of an error), pre-debouncing (e.g. time or event-oriented) must be provided within the "Symptom Manager" module.

Das Modul „Statistik-Tools“ umfasst u. a. Funktionen zur Berechnung der IUMPR im Rahmen der OBD. Optional können hier auch weitere statistische Auswertefunktionen und kundenspezifische Systemanalysefunktionen hinterlegt werden.The “Statistics Tools” module includes, among other things. Functions for calculating the IUMPR as part of the OBD. Optionally, further statistical evaluation functions and customer-specific system analysis functions can also be stored here.

Im Rahmen des Moduls „Production / End of Line / Garage“ werden Funktionalitäten aus den Bereichen Produktion, Bandende und Werkstatt vorgehalten. Als Beispiele seien hier die Einleitung von Kurztrips und Stellgliedtests sowie die Realisierung von Anpassungskanälen und die Durchführung der Steuergerätecodierung genannt.As part of the “Production / End of Line / Garage” module, functionalities from the areas of production, end of line and workshop are provided. Examples include the initiation of short trips and actuator tests as well as the implementation of adaptation channels and the implementation of the control unit coding.

Im Modul „System Manager“ werden Funktionen, wie z. B. WIV (Wartungsintervallverlängerung) und WFS (Wegfahrsperre) hinterlegt.In the “System Manager” module, functions such as B. WIV (maintenance interval extension) and WFS (immobilizer) stored.

Weiterhin wird der Block h.), also der Controller, im Detail dargestellt. Der Block h.), also der Controller, generiert aus den vom Block d.), also dem Beobachter/der Signalverarbeitung, vom Block f.), also dem Rekonfigurator, vom Block e.), also dem Diagnose-Manager, vom Block c.), also der Kommunikations-Schnittstelle und vom Block g.), also der Diagnosefunktion, zur Verfügung gestellten Signalen Ansteuerungen der Aktuatoren, d. h. der Controller enthält sämtliche Funktionen zur Steuerung und Regelung von Motor und Antriebsstrang. Die zu einer bestimmten Hardwarekomponente gehörende Steuerungs-/Regelungsfunktion lässt sich somit als entsprechendes Modul identifizieren. Der Block h.) umfasst die Module „PtCtl“ (Powertrain Control; Antriebsstrangkoordination), „ExCtl“ (Exhaust System Control; Steuerung/Regelung Abgassystem), „EffCoord“ (Efficiency Coordination; Wirkungsgradkoordination), „TqCtl“ (Torque Control; Momenten-Steuerung/Regelung), „AirCtl“ (Air System Control; Steuerung/Regelung Luftsystem), „CmbCtl“ (Combustion Control; Steuerung/Regelung Verbrennung), „FuCtl“ (Fuel System Control; Steuerung/Regelung Kraftstoffsystem), „ThCtl“ (Thermal System Control; Steuerung/Regelung Kühlsystem) und „ActCtl“ (Actuator Control; Steuerung/Regelung Aktuatoren). Der prinzipielle Signalfluss innerhalb des Blockes h.) ist in 13 dargestellt. Von links nach rechts lassen sich vier Kaskaden ausmachen, beginnend von der eher prozessfernen Fahrerwunschinterpretation im Modul „PtCtl“ über die Momentensteuerung/-regelung im Modul „TqCtl“, die Prozessregler des Moduls „AirSysCtl“ bis hin zum Drosselklappenlageregelkreis im Modul „ActCtl“. Insgesamt lässt sich das Zusammenspiel der Module wie folgt beschreiben. Im Modul „PtCtl“, dem Antriebsstrangmanagement, wird aus der Fahrpedalstellung und weiteren Größen ein Sollmoment berechnet. Das Modul „ExSysCtl“ erzeugt Wirkungsgradanforderungen zum Aufheizen und Abkühlen von Komponenten des Abgasstranges. Der Momentenwunsch dient als Sollwert für die Funktionen des Moduls „TqCtl“, das von zentraler Bedeutung ist. Es dient zur Kapselung des Verbrennungsmotors als Momentenstellglied und enthält hierzu ein inverses Momentenmodell, das den Momentensollwert und die koordinierten Wirkungsgradanforderungen aus „ExSysCtl“ in entsprechende Sollwerte für Prozessgrößen, wie Füllung und Raildruck, sowie in weitere motorische Sollwerte abbildet. Das Modul „AirSysCtl“ wandelt Füllungs- und/oder Drucksollwerte in eine entsprechende Waste-Gate-Ansteuerung und einen Drosselklappensollwinkel um. Das Modul „CmbCtl“ enthält u. a. die Zündwinkelberechnung und die Gemischsteuerung und -regelung. Das Modul „FuSysCtl“ steuert und regelt vor allem die Kraftstoffdrücke. Das Modul „ThSysCtl“ steuert und regelt die Kühlmitteltemperatur. Das Modul „ActCtl“ enthält Funktionen zur Regelung unterlagerter Aktuatoren, wie z. B. die Drosselklappe. Sämtliche Stellgrößen inklusive etwaiger binärer Größen zur Freigabe/Deaktivierung von Endstufen werden in einem Signalbus, dem ControlBus, zusammengefasst. Eine Ausnahme bilden hierbei Stellsignale, die über den CAN verschickt werden sollen, z. B. an eine E-Maschine. Diese werden in einem gesonderten Signalbus, dem ComControlBus, zusammengefasst.Block h.), I.e. the controller, is also shown in detail. The block h.), I.e. the controller, generates from the block d.), I.e. the observer / signal processing, from block f.), I.e. the reconfigurator, from block e.), I.e. the diagnosis manager, from the block c.), ie the communication interface and from the block g.), ie the diagnostic function, signals provided controls the actuators, ie the controller contains all functions for controlling and regulating the engine and drive train. The control / regulation function belonging to a specific hardware component can thus be identified as a corresponding module. The block h.) Comprises the modules "PtCtl" (Powertrain Control; drive train coordination), "ExCtl" (Exhaust System Control; exhaust system control / regulation), "EffCoord" (Efficiency Coordination), "TqCtl" (Torque Control; moments Control / regulation), "AirCtl" (Air System Control; control / regulation air system), "CmbCtl" (Combustion Control; control / regulation combustion), "FuCtl" (Fuel System Control; control / regulation fuel system), "ThCtl" (Thermal System Control; control / regulation of the cooling system) and "ActCtl" (Actuator Control; control / regulation of actuators). The basic signal flow within the block h.) Is in 13th shown. From left to right, four cascades can be made out, starting with the more process-remote interpretation of the driver's request in the "PtCtl" module, through the torque control / regulation in the "TqCtl" module, the process controllers of the "AirSysCtl" module, through to the throttle position control loop in the "ActCtl" module. Overall, the interaction of the modules can be described as follows. In the "PtCtl" module, the drive train management, a target torque is calculated from the accelerator pedal position and other variables. The "ExSysCtl" module generates efficiency requirements for heating and cooling components of the exhaust gas line. The desired torque serves as a setpoint for the functions of the "TqCtl" module, which is of central importance. It is used to encapsulate the internal combustion engine as a torque actuator and contains an inverse torque model that maps the torque setpoint and the coordinated efficiency requirements from "ExSysCtl" into corresponding setpoints for process variables such as filling and rail pressure, as well as other engine setpoints. The “AirSysCtl” module converts filling and / or pressure target values into a corresponding waste gate control and a target throttle valve angle. The module "CmbCtl" contains, among other things, the ignition angle calculation and the mixture control and regulation. The “FuSysCtl” module controls and regulates primarily the fuel pressures. The “ThSysCtl” module controls and regulates the coolant temperature. The “ActCtl” module contains functions for controlling subordinate actuators, such as B. the throttle valve. All manipulated variables, including any binary variables for enabling / disabling output stages, are combined in a signal bus, the ControlBus. Control signals that are to be sent via the CAN are an exception here, e.g. B. to an electric machine. These are combined in a separate signal bus, the ComControlBus.

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

Weiterhin wird der Block g.), also die Diagnosefunktion, im Detail dargestellt. Steigende gesetzliche und technische Anforderungen an moderne Motormanagementsysteme machen die ständige Prüfung und Überwachung des Gesamtsystems einschließlich seiner Sensoren, Aktuatoren, Komponenten und Teilsysteme notwendig. Das minimale Ziel besteht dabei in der Erfüllung der gesetzlichen Auflagen im Rahmen der OBD. Darüber hinaus soll die geführte Störungs- und Fehlersuche in Service und Werkstatt unterstützt sowie die Umsetzung kundenspezifischer Wünsche ermöglicht werden. Ziel ist es, Störungen und Fehler frühzeitig zu erkennen, zu lokalisieren und zu identifizieren, um Folgeschäden an Motor und Fahrzeug vermeiden zu können. Der Block g.) beinhaltet alle Systemdiagnosen, die nicht in den Bereich der Low-Level-Diagnosen im Block a.), b) oder c.) fallen oder zum E-Gas-Monitoring im Block l.) gehören.Block g.), I.e. the diagnostic function, is also shown in detail. Increasing legal and technical requirements for modern engine management systems make constant testing and monitoring of the entire system, including its sensors, actuators, components and subsystems necessary. The minimum goal is to meet the legal requirements within the framework of the OBD. In addition, the guided troubleshooting and troubleshooting in service and workshop should be supported and the implementation of customer-specific requests made possible. The aim is to detect, localize and identify malfunctions and errors at an early stage in order to avoid consequential damage to the engine and vehicle. The block g.) Contains all system diagnoses that do not fall into the range of the low-level diagnoses in block a.), B) or c.) Or belong to the e-gas monitoring in block l.).

Die Strukturierung des Blockes g.) erfolgt in Anlehnung an die Struktur in den Blöcken d.) und h.), also dem Beobachter und dem Controller. Der Aufbau von Block g.) ist in 14 dargestellt.The structuring of block g.) Is based on the structure in blocks d.) And h.), I.e. the observer and the controller. The structure of block g.) Is in 14th shown.

Zur Abbildung der gesetzlichen Anforderungen wird im Block g.) eine weitere ModulEbene eingeführt. Hintergrund ist die in der Gesetzgebung verankerte höhere Auflösung der Komponenten in Hinblick auf abgasrelevante Bauteile. Die zusätzliche Modulebene wird in 15 für die Umsetzung der in Kalifornien maßgeblichen Richtlinie „Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2“ vorgestellt.To map the legal requirements, a further module level is introduced in block g.). The background to this is the higher resolution of the components anchored in the legislation with regard to components relevant to exhaust emissions. The additional module level is shown in 15th for the implementation of the relevant directive in California "Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2".

Die Kommunikation innerhalb des Blockes g.) verläuft in vertikaler Richtung von oben nach unten. Als Eingangsgrößen werden die Residuen (ResidueBus), Modell- und Sensorgrößen (ModelBus bzw. SensorBus) sowie Freigaben (über SysCoordBus) verarbeitet. Ausgaben des Blockes sind, neben den Diagnoseergebnissen selbst (DiagnosisBus), der Status einzelner Diagnosen (DiagnosisStatusBus) und, falls eine aktive Diagnose erforderlich ist, Anforderungen an den Controller (DiagnosisControlBus). Die Struktur ist in 16 gezeigt.Communication within block g.) Runs vertically from top to bottom. The residuals (ResidueBus), model and sensor variables (ModelBus or SensorBus) and releases (via SysCoordBus) are processed as input variables. In addition to the diagnosis results themselves (DiagnosisBus), the outputs of the block include the status of individual diagnoses (DiagnosisStatusBus) and, if an active diagnosis is required, requirements for the controller (DiagnosisControlBus). The structure is in 16 shown.

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

Weiterhin wird der Block f.), also der Rekonfigurator, im Detail dargestellt. Die Rekonfiguration (Umgestaltung, Neuordnung) des Systems ist als Werkzeug zur Realisierung von fehlertoleranten Systemen zu verstehen. Die Rekonfiguration greift dabei auf Ressourcen im System zurück, um den Betrieb auch im Fehlerfall sicherzustellen. Der weitere Betrieb kann dabei möglicherweise nur zum Teil, mit reduzierter Performanz und/oder für eine begrenzte Zeit erfolgen. Grundlage eines fehlertoleranten Systems und damit für die Durchführung einer Rekonfiguration ist eine leistungsfähige Diagnose, die ein präzises Pinpointing ermöglicht. Aufgabe des Blockes f.) ist es, den Systembetrieb und die Systemperformanz trotz eines auftretenden Fehlers im System aufrecht zu erhalten, mindestens jedoch einen „Limp Home“ Mode zu realisieren (Vermeidung von Liegenbleibern). Der Block f.) dient zur Anpassung und Umschaltung des Systems im Fehlerfall. Im Rahmen dieses Blockes sollen Funktionen und Rückfallebenen hinterlegt werden, die im Sinne eines fehlertoleranten Systems einen sicheren Betrieb des Motors über den Zeitpunkt eines Fehlerauftrittes hinaus gewährleisten. Die grundsätzliche Struktur des Blockes f.) ist in 17 skizziert. Analog zu Block d.) und Block h.) erfolgt die Gliederung der Komponenten/Module. Damit können die zu einer bestimmten Systemkomponente gehörenden Rekonfigurationsstrategien einem Modul zugeordnet werden.Furthermore, block f.), I.e. the reconfigurator, is shown in detail. The reconfiguration (reorganization, reorganization) of the system is to be understood as a tool for the implementation of fault-tolerant systems. The reconfiguration uses resources in the system to ensure operation even in the event of an error. The further operation can possibly only take place partially, with reduced performance and / or for a limited time. A high-performance diagnosis that enables precise pinpointing is the basis of a fault-tolerant system and thus for carrying out a reconfiguration. The task of block f.) Is to maintain system operation and system performance in spite of an error occurring in the system, but at least to implement a "limp home" mode (avoidance of getting stuck). The block f.) Is used to adapt and switch the system in the event of an error. In the context of this block, functions and fall-back levels are to be stored which, in the sense of a fault-tolerant system, guarantee safe operation of the motor beyond the point in time when a fault occurs. The basic structure of block f.) Is in 17th outlined. The components / modules are structured analogously to block d.) And block h.). In this way, the reconfiguration strategies belonging to a specific system component can be assigned to a module.

Der Block f.) umfasst die den einzelnen Modulen zugeordneten Rekonfigurationsstrategien, die sich in Ausprägung und Umfang unterscheiden. Dabei ist anzumerken, dass der Block f.) nur dann aktiv ist, wenn ein Fehler im System aufgetreten ist, diagnostiziert wurde und vom Diagnose-Manager in Block e.) eine entsprechende Rekonfigurationsanforderung an den Block f.) gestellt wurde.Block f.) Comprises the reconfiguration strategies assigned to the individual modules, which differ in terms of form and scope. It should be noted that block f.) Is only active when an error has occurred in the system, has been diagnosed and a corresponding reconfiguration request has been made to block f.) By the diagnosis manager in block e.).

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

Claims (6)

Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, die einen Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode in mehrere Blöcke strukturiert ist, wobei die Blöcke Funktionen zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems als abgrenzbare Bestandteile des Computerprogrammcodes umfassen, wobei die Vorrichtung mindestens eine hardwarespezifische Sensor-Schnittstelle umfasst, wobei der Sensor-Schnittstelle Funktionen zur Grundverarbeitung der an die Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems von Sensoren gesendeten Sensorrohsignale zugeordnet sind, wobei die Sensor-Schnittstelle durch zwei Schichten strukturiert ist, wobei sich auf der untersten Ebene eine Hardware-Zugriffsschicht befindet, wobei sich über der Hardware-Zugriffsschicht eine Sensorsignal-Umwandlungsschicht befindet, wobei die Hardware-Zugriffsschicht und die Sensorsignal-Umwandlungsschicht durch eine Laufzeitumgebung voneinander getrennt sind, wobei die Hardware-Zugriffsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Ansteuerung von Hardwarebausteinen für die Erfassung elektrischer Signale umfasst, wobei die Sensorsignal-Umwandlungsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Umwandlung der elektrischen Signale in physikalische Größen umfasst, wobei die Sensor-Schnittstelle mit einem Beobachter zur Korrektur/Adaption der mit der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems verbundenen Sensoren zusammenwirkt, wobei dem Beobachter Funktionen zugeordnet sind, die in Abhängigkeit der Signale anderer Sensoren und/oder Modelle eine Korrektur/Adaption der Signale der Sensoren vornehmen, wobei die Sensor-Schnittstelle neben dem Beobachter mit einem Diagnose-Manager, mit einer Diagnosefunktion und einem Rekonfigurator zusammenwirkt, wobei die Ergebnisse der Hardware-Diagnose und der elektrischen Diagnosen der Sensor-Schnittstelle an den Diagnose-Manager weitergegeben werden, wobei der Diagnose-Manager weiterhin Ergebnisse der Diagnosefunktion erhält, wobei die Ergebnisse der Diagnosefunktion aus Residuen, die mittels des Beobachters ermittelt wurden, berechnet werden, wobei mittels einer Entscheidungsstrategie über den Rekonfigurator gegebenenfalls eine Umschaltung auf einen Ersatz- oder Modellwert im Beobachter durchgeführt wird.A device for controlling and regulating a drive system, which comprises a computer program code, the computer program code being structured in several blocks, the blocks including functions for controlling and regulating the drive system as delimitable components of the computer program code, the device comprising at least one hardware-specific sensor interface, The sensor interface is assigned functions for basic processing of the raw sensor signals sent to the device for controlling and regulating the drive system of sensors, the sensor interface being structured by two layers, with a hardware access layer being located on the lowest level a sensor signal conversion layer is located above the hardware access layer, the hardware access layer and the sensor signal conversion layer being separated from one another by a runtime environment, the hardware access layer for each includes individual sensor functions for controlling hardware modules for the acquisition of electrical signals, the sensor signal conversion layer for each individual sensor including functions for converting the electrical signals into physical quantities, the sensor interface with an observer for correcting / adapting the with the device for the control and regulation of the drive system connected sensors interacts, the observer being assigned functions that Correct / adapt the signals from the sensors as a function of the signals from other sensors and / or models, the sensor interface interacting with the observer with a diagnosis manager, a diagnosis function and a reconfigurator, the results of the hardware diagnosis and the electrical diagnoses of the sensor interface are passed on to the diagnosis manager, the diagnosis manager still receiving results of the diagnosis function, the results of the diagnosis function being calculated from residuals determined by the observer, using a decision strategy via the If necessary, a switchover to a substitute or model value in the observer is carried out in the reconfigurator. Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems, die einen Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode in mehrere Blöcke strukturiert ist, wobei die Blöcke Funktionen zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems als abgrenzbare Bestandteile des Computerprogrammcodes umfassen, wobei die Vorrichtung mindestens eine hardwarespezifische Sensor-Schnittstelle umfasst, wobei der Sensor-Schnittstelle Funktionen zur Grundverarbeitung der an die Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems von Sensoren gesendeten Sensorrohsignale zugeordnet sind, wobei die Sensor-Schnittstelle durch zwei Schichten strukturiert ist, wobei sich auf der untersten Ebene eine Hardware-Zugriffsschicht befindet, wobei sich über der Hardware-Zugriffsschicht eine Sensorsignal-Umwandlungsschicht befindet, wobei die Hardware-Zugriffsschicht und die Sensorsignal-Umwandlungsschicht durch eine Laufzeitumgebung voneinander getrennt sind, wobei die Hardware-Zugriffsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Ansteuerung von Hardwarebausteinen für die Erfassung elektrische Signale umfasst, wobei die Sensorsignal-Umwandlungsschicht für jeden einzelnen Sensor Funktionen zur Umwandlung der elektrischen Signale in physikalische Größen umfasst, wobei sowohl zwischen den einzelnen Funktionen der Hardware-Zugriffsschicht keine Querkopplungen als auch zwischen den einzelnen Funktionen der Sensorsignal-Umwandlungsschicht keine Querkopplungen bestehen, wobei die Sensor-Schnittstelle mit einem Beobachter zur Korrektur/Adaption der mit der Vorrichtung zur Steuerung und Regelung des Antriebssystems verbundenen Sensoren zusammenwirkt, wobei dem Beobachter Funktionen zugeordnet sind, die in Abhängigkeit der Signale anderer Sensoren und/oder Modelle eine Korrektur/Adaption der Signale der Sensoren vornehmen, wobei die Sensor-Schnittstelle neben dem Beobachter mit einem Diagnose-Manager, mit einer Diagnosefunktion und einem Rekonfigurator zusammenwirkt, wobei die Ergebnisse der Hardware-Diagnose und der elektrischen Diagnosen der Sensor-Schnittstelle an den Diagnose-Manager weitergegeben werden, wobei der Diagnose-Manager weiterhin Ergebnisse der Diagnosefunktion erhält, wobei die Ergebnisse der Diagnosefunktion aus Residuen, die mittels des Beobachters ermittelt wurden, berechnet werden, wobei mittels einer Entscheidungsstrategie über den Rekonfigurator gegebenenfalls eine Umschaltung auf einen Ersatz- oder Modellwert im Beobachter durchgeführt wird.A device for controlling and regulating a drive system, which comprises a computer program code, the computer program code being structured in several blocks, the blocks including functions for controlling and regulating the drive system as delimitable components of the computer program code, the device comprising at least one hardware-specific sensor interface, The sensor interface is assigned functions for basic processing of the raw sensor signals sent to the device for controlling and regulating the drive system of sensors, the sensor interface being structured by two layers, with a hardware access layer being located on the lowest level a sensor signal conversion layer is located above the hardware access layer, the hardware access layer and the sensor signal conversion layer being separated from one another by a runtime environment, the hardware access layer for each individual sensor functions for controlling hardware modules for the acquisition of electrical signals, the sensor signal conversion layer for each individual sensor including functions for converting the electrical signals into physical quantities, with no cross-coupling between the individual functions of the hardware access layer and between the individual functions of the sensor signal conversion layer are no cross-coupling, the sensor interface interacts with an observer to correct / adapt the sensors connected to the device for controlling and regulating the drive system, the observer being assigned functions that depend on the signals from other sensors and / or models correct / adapt the signals from the sensors, the sensor interface interacting with the observer, a diagnosis manager, a diagnosis function and a reconfigurator, the results the hardware diagnosis and the electrical diagnosis of the sensor interface are passed on to the diagnosis manager, the diagnosis manager still receiving results of the diagnosis function, the results of the diagnosis function being calculated from residuals determined by the observer, with a switch to a substitute or model value in the observer is carried out if necessary by means of a decision strategy via the reconfigurator. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, wobei die der Hardware-Zugriffsschicht zugeordneten Funktionen je Sensor hardwarespezifische Treiber zum Auslesen der Eingangsschnittstellen und je Sensor Funktionen zur Diagnose des Zustandes der jeweiligen angeschlossenen Sensoren umfassen.Device according to one of the Claims 1 or 2 , wherein the functions assigned to the hardware access layer include hardware-specific drivers for each sensor for reading out the input interfaces and each sensor functions for diagnosing the state of the respective connected sensors. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Sensorsignal-Umwandlungsschicht Funktionen zur Durchführung elektrischer Diagnosen zugeordnet sind.Device according to one of the Claims 1 , 2 or 3 , the sensor signal conversion layer being assigned functions for carrying out electrical diagnoses. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 2, 3 oder 4, wobei, wenn für einen Messwert redundante Sensorinformationen zur Verfügung stehen, mittels den der Sensorsignal-Umwandlungsschicht zugeordneten Funktionen zur Durchführung elektrischer Diagnosen gegenseitige Plausibilisierungen der Sensorsignale durchgeführt werden, um dann einen einzigen physikalischen Wert bereitzustellen.Device according to one of the Claims 2 , 3 or 4th If redundant sensor information is available for a measured value, mutual plausibility checks of the sensor signals are carried out by means of the functions assigned to the sensor signal conversion layer for performing electrical diagnoses, in order then to provide a single physical value. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei die Sensor-Schnittstelle Bestandteil einer modularen Struktur eines Computerprogrammcodes zur Steuerung und Regelung eines Antriebssystems aus mehreren Blöcken ist, wobei jeweils mindestens ein Block für a.) eine Sensor-Schnittstelle, b.) eine Aktuator-Schnittstelle, c.) eine Kommunikations-Schnittstelle, d.) einen Beobachter/eine Signalverarbeitung, e.) einen Diagnose-Manager, f.) einen Rekonfigurator, g.) eine Diagnosefunktion, h.) einen Controller, vorgesehen ist, wobei die Blöcke a.) bis h.) zum Austausch von Daten/Informationen miteinander verbunden sind, wobei den Blöcken a.) bis h.) Funktionen zugeordnet werden, wobei in Abhängigkeit des Antriebskonzeptes des zu Grunde liegenden Antriebssystems und/oder der Anzahl/Eigenschaften der verwendeten Sensoren oder Aktoren die den Blöcken a.) bis h.) zugeordneten Funktionen festgelegt werden.Device according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the sensor interface is part of a modular structure of a computer program code for controlling and regulating a drive system from several blocks, with at least one block for a.) a sensor interface, b.) an actuator interface, c.) a communication -Interface, d.) An observer / signal processing, e.) A diagnosis manager, f.) A reconfigurator, g.) A diagnosis function, h.) A controller, is provided, with the blocks a.) To h. ) are connected to each other for the exchange of data / information, whereby the blocks a.) to h.) are assigned functions, depending on the drive concept of the underlying drive system and / or the number / properties of the sensors or actuators used that affect the blocks a.) to h.) assigned functions can be specified.
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