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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung von technischen
Vorgängen
bzw. einem Verfahren zur Erstellung von Daten zur Steuerung von
technischen Vorgängen
nach der Gattung der unabhängigen
Patentansprüche.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Steuerung von technischen Vorgängen bekannt,
bei dem anhand von Daten oder anhand von modellbasierten Funktionen
eine Steuerung erfolgt. Dabei sind die Daten als Kennstruktur abgespeichert.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Steuerung von technischen Vorgängen bzw. das Verfahren zur
Erstellung von Daten zur Steuerung von technischen Vorgängen haben
dem gegenüber
den Vorteil, dass die Daten flexibel als unterschiedlicher Typ gespeichert
werden können.
Es wird so der Speicherbedarf der Vorrichtung zur Steuerung von
technischen Vorgängen
verringert, ohne dass dadurch die Qualität der Steuerung der technischen
Vorgänge nennenswert
verschlechtert wird.
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Weiter
Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der
abhängigen
Patentansprüche.
Durch Speicherung als Kennstruktur oder als Funktionsparameter kann
der Speicherbedarf optimal gewählt
werden. Durch zusätzliche
Informationen kann wahlweise angegeben werden, um welchen Typ von
Funktion oder Kennstruktur es sich handelt. Dabei können als
Funktion Polynome verwendet werden und es kann die Ord nung des Polynoms
angegeben werden. Für
den Fall von Kennstrukturen können
zusätzlich
noch Informationen bzgl. der Anzahl der Eingangsdimensionen bzw.
der Anzahl der Stützstellen
angegeben werden. Weiterhin kann auch angegeben werden, ob es sich
um eine Mischform der Datenspeicherung handelt, bei der einzelne
Bereiche als Funktion und andere Bereiche als Kennstruktur gespeichert
werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird der Aufwand für
die Erstellung der Daten vereinfacht und es kann zielgerichtet der
Speicherbedarf der Vorrichtung zur Steuerung der technischen Vorgänge optimiert
werden. Besonders einfach wird dies, wenn in der Teststeuervorrichtung
eine Zeigervorrichtung bzw. Speicherverwaltung vorgesehen ist, die
den Zugriff auf die Datensätze
regelt.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen 1 eine Vorrichtung zur Steuerung
von technischen Vorgängen
und 2 eine Teststeuervorrichtung zur Steuerung von
technischen Vorgängen
und ein Applikationsgerät.
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Beschreibung
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In
der 1 wird schematisch eine Vorrichtung 1 zur
Steuerung von technischen Vorgängen
gezeigt, die im Folgenden als Steuergerät 1 bezeichnet wird.
Das Steuergerät 1 erzeugt
Steuersignale, die über
Ausgangsleitungen 2 einen technischen Vorgang bzw. eine
andere technische Vorrichtung steuern. Ein typisches Beispiel für eine derartige
technische Vorgang ist beispielsweise die Steuerung eines Motors
eines Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät 1 liest dabei durch
hier nicht dargestellte Eingangsleitungen eine Vielzahl von Signalen,
beispielsweise auch die Stellung eines von einem Fahrer betätigten Fahrpedals,
ein. In Abhängigkeit
von diesen Eingangsgrößen berechnet
das Steuergerät 1 entsprechende Steuersignale,
die über
die Ausgangsleitung 2 an beispielsweise eine Drosselklappe,
Einspritzventile, Kraftstoffpumpe, Zündkerze und dergleichen ausgegeben
werden, um die Brennkraftmaschine entsprechend anzusteuern. Für die Berechnung
ist in dem Steuergerät 1 ein
Rechner 3 vorgesehen, der über ein Bussystem 4 mit
einem Speicher 10 in Verbindung steht. In dem Speicher 10 sind
neben dem eigentlichen Programm zur Steuerung, welches in der 1 nicht
bildlich dargestellt ist, Datensätze 5, 6, 7 ge speichert,
die Steuerinformationen enthalten. Durch das Steuerprogramm werden
prinzipiell die Berechnungsmethoden vorgegeben, wie aus den Eingangsdaten
die Steuerdaten für
den technischen Vorgang erzeugt werden. Die Datensätze 5, 6, 7 dienen
dabei dazu das Steuerprogramm an die speziellen Gegebenheiten des
konkret zu steuernden technischen Vorgangs anzupassen.
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Im
Fall einer Brennkraftmaschine bedeutet dies, dass durch das Programm
eine bestimmte prinzipielle Abhängigkeit
zwischen den Eingangsgrößen und
den Ausgangsgrößen vorgegeben
wird. Durch die Datensätze 5, 6, 7 wird
das Steuerprogramm für eine
konkrete Brennkraftmaschine angepasst. Die Datensätze 5, 6, 7 werden
vorzugsweise als so genannte Kennstrukturen gespeichert, welche
bestimmten Eingangsdaten bestimmte Ausgangsdaten zuordnen.
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Ein
einfacher Fall einer derartigen Kennstruktur ist eine Kennlinie,
d. h. einem Wert einer Eingangsgröße wird eine Ausgangsgröße zugeordnet. Dabei
wird an so genannten Stützstellen
einem punktförmigen
Wert für
die Eingangsgröße ein punktförmiger Wert
für die
Ausgangsgröße zugeordnet. Wenn
die reale Eingangsgröße einen
Wert zwischen zwei Stützstellen
annimmt, so wird durch Interpolation ein Wert für die Ausgangsgröße zwischen
diesen beiden Stützstellen
interpoliert. Ein weiteres Beispiel für eine derartige Kennstruktur
ist ein so genanntes Kennfeld, bei dem zwei Eingangsgrößen eine
Ausgangsgröße zugeordnet
wird. An den Stützstellen wird
jeweils einem Paar von Werten der beiden Eingangsgrößen ein
Wert für
die Ausgangsgröße zugeordnet.
Bei Eingangswerten, die zwischen den Stützstellen liegen, werden die
Ausgangsgrößen wieder durch
Interpolation aus den Ausgangswerten der umgebenden Stützstellen
ermittelt. Weitere Kennstrukturen sind Kennräume, bei den drei Eingangsgrößen einer
Ausgangsgröße zugeordnet
wird. Die Stützstellen
bestehen dabei aus drei Werten für
Eingangsgrößen, denen
ein Wert für
eine Ausgangsgröße zugeordnet
wird. Kennlinien, Kennfelder und Kennräume werden auch als Kennstrukturen
mit einer, zwei oder drei Dimensionen bezeichnet.
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Die
Kennstrukturen bestehen somit aus Datensätzen, bei denen einem oder
mehreren Eingangsgrößen eine
Ausgangsgröße zugeordnet
wird. Je nach dem, wie fein die Abstände zwischen den Stützstellen
ausgelegt sind bzw. nach der Anzahl der Eingangsdimensionen, können entsprechende Kennstrukturen
einen erheblichen Speicherbedarf aufweisen. Zumindest für die Anwendung
bei Brennkraftmaschinen hat sich jedoch heraus gestellt, dass bei
der Anpassung des Steuergeräts 1 an
die konkret zu steuernde Brennkraftmaschine immer wieder die Situation
auftritt, dass einzelne Kennstrukturen relativ einfach aufgebaut
sind und daher den großen Speicherbedarf
nicht rechtfertigen. Derartige Kennstrukturen ließen sich
dann sehr viel einfacher durch eine einfache mathematische Funktion
oder durch Kennstrukturen geringerer Dimension darstellen.
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Erfindungsgemäß wird nun
vorgeschlagen, sich diesen Umstand zunutze zu machen und eine Anpassung
der Datensätze
an den jeweiligen Sachverhalt vorzunehmen. Erfindungsgemäß wird daher jedem
Datensatz 5, 6, 7 ein Typschalter zugeordnet, durch
den angegeben wird, in welcher Form in dem Datensatz 5, 6, 7 die
Daten gespeichert sind.
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Anstelle
einer Speicherung als Kennstruktur kommt dabei insbesondere die
Speicherung von Parametern einer einfachen Funktion in Frage. Der
Zusammenhang der Ausgangsgröße A und
einer Eingangsgröße E kann
beispielsweise durch A = c + b·E oder A = c + b·E
+ d·E2 oder A = c + b·E + d·E0,5 oder anders angegeben werden.
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Durch
den Typzeiger kann somit angegeben werden, um welche Art von Funktion
es sich handelt und im Datensatz 5, 6, 7 werden
dann die Werte für die
die Funktionsparameter d.h. die Konstanten b, c, d usw. angegeben.
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Weiterhin
können
die Funktionen auch als Polynome in der Form A
= c + Eb + Ed +
...angegeben werden. In den Datensätzen sind dann Werte für die Koeffizienten
b, c, d, ... angegeben.
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Entsprechend
können
auch mehrdimensionale Funktionen angegeben werden, die Eingangswerten
E1 und E2 einen Ausgangswert A in der Form A
= c + b·E1
+ d·E2
zuordnen.
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Weiterhin
kann der Typschalter dazu genutzt werden, anzugeben, wie die Kennstruktur
aussieht, insbesondere, ob es sich um eine eindimensionale, zweidimensionale,
dreidimensionale oder eventuell sogar höherdimensionale Kennstruktur
handelt. Weiterhin kann durch den Typschalter angegeben werden welche
der Eingangsdimensionen ver wendet werden. Beispielsweise kann eine
Kennstruktur prinzipiell drei Dimensionen nämlich Temperatur, Motordrehzahl
und Last als Eingangsdimensionen aufweisen. Durch den Typschalter
kann dann angegeben werden das nur die Temperatur und die Drehzahl
verwendet werden. Weiterhin kann der Typschalter die Anzahl der
Stützstellen
angeben.
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Die
einzige Festlegung, die bei diesem Verfahren von vorneherein notwendig
ist, ist von welchen/r Eingangsgröße(n) die Ausgangsgröße abhängig sein
kann. So könnte
z.B. die einzuspritzende Kraftstoffmenge von der Motordrehzahl,
der Fahrpedalstellung und der Kraftstofftemperatur abhängig sein.
Es ist jedoch möglich, über den
Typschalter eine Kennstruktur auszuwählen, die nicht von allen diesen
Größen tatsächlich abhängig ist,
oder einzelne Parameter der gewählten
Funktion zu null zu setzen und so eine Abhängigkeit von einzelnen Eingangsgrößen auszuschalten.
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Weiterhin
kann auch noch vorgesehen sein, dass durch den Typschalter Mischformen
angegeben werden, d. h. für
einen bestimmten Datenbereich werden die Informationen als Funktion
und für
einen weiteren Datenbereich in der Form einer Kennstruktur angegeben.
Beispielsweise kann die Steuerung einer Luftmenge eines Motor bis
zu einer Drehzahl von 1500 als Kennstruktur und bei einer höheren Drehzahl
als Funktion angegeben sein. Eine weitere Mischform liegt vor wenn
die Berechnung prinzipiell eine Funktion ist aber Teile der Zusammenhänge durch
eine Kennstruktur angegeben werden. Ein Beispiel wäre hier
dass ein Ausgangswert von der Temperatur und der Drehzahl abhängt und
die Abhängigkeit
von der Temperatur als Polynom und die Abhängigkeit von der Drehzahl als
Kennlinie abgespeichert ist.
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Für die Erstellung
der in der 1 gezeigten Vorrichtung zur
Steuerung von technischen Vorgängen
ist ein besonderes Werkzeug notwendig, welches es erlaubt, testweise
durch unterschiedliche Typschalter Datensätze als Kennstruktur oder Funktionen
dem Rechner 3 zur Verfügung
zu stellen. Eine derartige Teststeuervorrichtung 21 wird
in der 2 schematisch dargestellt. In der 2 wird
schematisch das Teststeuergerät 21 gezeigt,
welches ebenso wie das Steuergerät 1 in
der 1, einen Rechner 3, ein Bussystem 4,
ein Speicher 10 und eine Ausgangsleitung 2 aufweist.
Der Rechner 3 ist mit dem Bussystem 4 jedoch nicht
unmittelbar mit dem Speicher 10 verbunden, sondern das
Bussystem 4 greift zunächst
auf eine Zeigervorrichtung 22 zu, die ihrerseits über einen
Bus 23 auf den Speicher 10 zugreift. Weiterhin
steht die Zeigervorrichtung 22 über einen weiteren Bus 24 mit
einer Schnittstelle 25 in Verbindung. Die Schnittstelle 25 steht über einen
weiteren Bus 26 mit einer außerhalb des Teststeuergeräts 21 angeordneten
Applikationsgerät 27 in
Verbindung.
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Die
Vorrichtung nach 2 weist einen erheblich größeren Speicher 10 auf
als dies für
das Steuergerät 1 vorgesehen
ist. Es können
so in dem Speicher 10 verschiedene Versionen der Datensätze 5, 6, 7 mit
unterschiedlichen Typschaltern 11 gespeichert sein. Es
kann somit ein bestimmter Daten einmal als Funktion und einmal als
eindimensionale Kennstruktur (Kennlinie) oder als zweidimensionale Kennstruktur
(Kennfeld) gespeichert sein. Der Zugriff des Rechners 3 bei
der Abarbeitung des eigentlichen Steuerprogramms erfolgt ganz normal über die Schnittstelle 4 auf
die Zeigervorrichtung 22. Gegenüber dem Rechner 3 verhält sich
die Zeigervorrichtung 22 ebenso wie ein normaler Speicher,
sodass aus der Sicht des normalen Anwendungsprogramms kein Unterschied
bemerkbar ist. In Abhängigkeit
von zuvor in die Zeigervorrichtung 22 über das Applikationsgerät 27 und
die Schnittstelle 25 eingespeicherten Informationen erfolgt
jedoch über
die Zeigervorrichtung 22 ein Zugriff auf den Speicher 10,
bei dem die entsprechende zuvor von einem Applikationsingenieur ausgewählte Version
des Datensatzes. D. h. es kann testweise mal die eine oder andere
Version des Datensatzes ausprobiert werden und es kann so getestet
werde, inwieweit sich durch unterschiedliche Versionen des Datensatzes
Unterschiede bei der Steuerung der technischen Vorgänge, beispielsweise
der Brennkraftmaschine, ergeben. Bei der Applikation wird dabei
von einer bestimmten Größe des Speichers
im Steuergerät,
welches hinterher tatsächlich zur
Steuerung verwendet wird, ausgegangen. Es werden verschiedene Versionen
der Datensätze
in dem Speicher 10 der Teststeuervorrichtung 21 eingespeist,
die sich hinsichtlich ihres Speicherumfangs unterscheiden. Außer diesen
verschiedenen Versionen der verschiedenen Datensätze werden dann unterschiedliche
Kombinationen von Datensätzen
zusammengestellt, die jeweils in Summe nicht größer sein dürfen als der zur Verfügung stehende
Speicherplatz des später
für die
Steuerung verwendeten Steuergeräts.
In der Applikationsphase wird dann untersucht, welche Kombinationen
der unterschiedlichen Versionen der Datensätze eine möglichst gute Steuerung der
technischen Vorgänge
ermöglichen
und dabei den zur Verfügung
stehenden Speicherplatz nicht überschreiten.
Durch entsprechende Einstellungen, die von Applikationsgerät 27 an
der Zeigervorrichtung 22 vorgenommen werden, wird bei einem Zugriffs
des Rechners 3 auf einen bestimmten Datensatz einer der
verschiedenen Versionen des Datensatzes ausgewählt.
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Alternativ
ist auch möglich
den Speicher 10 des Teststeuergeräts 21 in der gleichen
Größe vorzusehen
wie das Steuergerät 1.
Verschiedenen Versionen der Datensätze sind dann gleichzeitig
nur in dem Applikationsgerät
vorgesehen. Von dem Applikationsgerät 27 wird dann jeweils
für einen
Test ein kompletter Satz von Datensätzen zusammengestellt und für den jeweiligen
Test in das Teststeuergerät 21 übertragen.
Die Datensätze
werden in den Speicher 10 eingeschrieben und die Zeigervorrichtung 22 entsprechend
angepasst. Verschiedene Versionen von Datensätzen 5, 6, 7 werden
somit nacheinander testweise in das Teststeuergerät 21 eingespeist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auch vollständig
auf einem Rechner simuliert werden. Das Teststeuergerät und die
Brennkraftmaschine sind dabei als Simulationsdaten in dem Rechner
vorgesehen und es wird die Datenzusammenstellung im Teststeuergerät anhand
des Modells der Brennkraftmaschine untersucht.
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Schließlich ist
es auch möglich,
das Steuergerät 1 so
auszuführen,
dass es, ähnlich
wie für
das Teststeuergerät 21 beschrieben, über spezielle
Vorrichtungen zur dynamischen Verwaltung des Speichers verfügt. Damit
ist es dann zwar nach wie vor notwendig, für das endgültige Steuergerät eine bestimmte
Zusammenstellung von Datensätzen 5, 6, 7 auszuwählen, die
insbesondere nicht mehr als den zur Verfügung stehenden Speicher benötigen. Jedoch
wird auf diese Datensätze
nicht über
feste Speicheradressen zugegriffen, sondern über die auch im Teststeuergerät verwendete
dynamische Adressierung. Dies hat den Vorteil, dass die im Teststeuergerät erprobte
Software ohne Änderungen
und somit ohne die Notwendigkeit einer erneuten Erprobung ins endgültige Steuergerät 1 übernommen
werden kann. Für
die Verwendung einer dynamischen Adressierung im Steuergerät 1 ist
es notwendig, dieses entweder mit einem speziell hierfür angepassten
Rechner 3 zu versehen, der diese Art der Adressierung unmittelbar
unterstützt,
oder aber das auf diesem Rechner laufende Programm mit einer Überwachungsfunktionalität zu ergänzen, die
sicherstellt, dass keine fehlerhaften Speicherzugriffe entstehen
können.