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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
für ein Kraftfahrzeug
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein
funktionaler Kern derzeitiger Software für Motorsteuergeräte basiert
auf einer Momentstruktur, in welcher Drehmomentanforderungen einzeln über Funktionen
durch Zündwinkeleingriffe
und Beeinflussung einer Gemischbildung realisiert werden. Hierbei wird
ein koordiniertes Gesamtmoment, welches beispielsweise ein Fahrersollmoment,
ein Motorsollmoment, ein Getriebesollmoment, ein Bremssollmoment,
ein Klimakompressormoment usw. umfasst, von einer Antriebseinheit
direkt in Sollwerte zur Einstellung von Aktuatoren und Stellgliedern
umgesetzt, welche beispielsweise eine Luftmasse, einen Zündwinkel,
eine Einspritzmenge, einen Einspritzwinkel, eine Drallklappe usw.
einstellen bzw. verstellen. Das bedeutet, dass eine Momentführung stattfindet.
Um diese Momentführung
zu realisieren erfolgt im Momentpfad eine Rückrechnung des aktuellen Moments,
um einen Soll-Ist-Abgleich durchführen zu können.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
100 44 319 A1 werden ein elektronisches System für ein Fahrzeug und
eine Systemschicht für
Betriebsfunktionen beschrieben. Das beschriebene elektronische System umfasst
erste Komponenten zur Durchführung
von Steuerungsaufgaben bei Betriebsabläufen und zweite Komponenten,
welche ein Zusammenwirken der Komponenten zur Durchführung von
Steuerungsaufgaben koordinieren. Die ersten Komponenten führen die
Steuerungsaufgaben unter Verwendung von Betriebsfunktionen und Basisfunktionen
aus. Das elektronische System ist so aufgebaut, dass die Basisfunktionen
in einer Basisschicht zusammengefasst sind und eine Systemschicht
vorhanden ist, welche wenigstens zwei der zweiten Komponenten umfasst und
auf den Basisfunktionen aufsetzt, wobei wenigstens eine offene Schnittstelle
der Systemschicht zu den Betriebsfunktionen vorgesehen ist und die
Systemschicht die Basisfunktionen mit beliebigen Betriebsfunktionen
derart verbindet, dass die Betriebsfunktionen modular eingebunden
und/oder verwendet werden können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug
anzugeben, welche eine Aufteilung der komplexen Funktionsinhalte
und eine arbeitsteilige Entwicklung ermöglicht.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
für ein
Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug,
welche auf mehrere Teilsysteme verteilte Prozessführungsgrößen eines
Verbrennungsprozesses koordiniert, eine Optimierungseinheit, in
welcher Informationen zur Durchführung
des Verbrennungsprozesses gespeichert sind und welche die Prozessführungsgrößen des
Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit
von ermittelten Zustands- und Systemgrößen und mindestens einer Vorgabe einer
Antriebseinheit bestimmt und über
entsprechende definierte Schnittstelleneinheiten an die mehreren
Teilsysteme ausgibt. Die Aufteilung des Verbrennungsprozesses auf
die mehreren Teilsysteme erfolgt in Abhängigkeit von logischen und/oder
physikalischen Anforderungen. Die mehreren Teilsysteme ermöglichen
in vorteilhafter Weise eine Partitionierung der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
in abgeschlossene Einzeltechnologiebausteine, welche von der Optimierungseinheit
ganzheitlich über
die Schnittstelleneinheiten geführt
werden können.
Zudem ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorrichtung
in vorteilhafter Weise eine arbeitsteilige Entwicklung der Einzeltechnologiebausteine
unter Einbindung mehrerer Entwicklungspartner, ohne ungewollten
Know-how-Abfluss. Die entwickelten Einzeltechnologien können in
vorteilhafter Weise für
andere Projekte wieder verwendet werden. Zudem ergibt sich durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine hohe Transparenz der Einzelumfänge und eine übersichtliche
Führung
des Gesamtprozesses.
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In
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung umfassen die Teilsysteme
beispielsweise ein Kraftstoffzuteilungssystem, ein Zündungssystem, ein
Luftzuteilungssystem, ein Inertgaszuteilungssystem und/oder mindestens
ein Prozessführungssystem.
Das Luftzuteilungssystem führt
beispielsweise eine voll variable Ventilsteuerung aus, d.h., dass
die Ventile des Verbrennungsmotors jeweils einzeln nach Hub und
Phase geöffnet
und geschlossen werden können.
Ein erstes Prozessführungssystem
führt beispielsweise
eine innermotorische Schwerpunktlageregelung (SW-Regelung) und eine
innermotorische Mitteldruckregelung (PME-Regelung) aus. Ein zweites
Prozessführungssystem
führt beispielsweise einen
variablen Verdichtungsvorgang und/oder einen Hochaufladungsvorgang
aus.
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Die
physikalischen Anforderungen werden entweder in einem Logikmodul,
einem Mikroprozessorsystem oder in einzelnen Softwaremodulen umgesetzt,
die jeweils verteilt im System vorliegen und zusammenwirken. Die
oben genannten Funktionen werden bevorzugt in Algorithmen oder Funktionsmodellen
umgesetzt, die wiederum aus Differenzialgleichungen bestehen können. Dabei
können
Messgrößen verwendet
werden, die aus einem physikalischen Modell stammen, die dem realen
Fahrzeug nachgebildet sind. Diese Messgrößen werden dann zur Regelung
oder Steuerung des Systems verwendet.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
umfassen die Prozessführungsgrößen beispielsweise
eine Einstellung eines Wirkungsgrads, einer Verdichtung, eines Ladedrucks und
eine Verbrennungsregelung. Die Zustands- und Systemgrößen umfassen
beispielsweise eine Motordrehzahl, eine Kühlwassertemperatur, einen Umgebungsdruck
und eine Abgastemperatur. Die mindestens eine Vorgabe der Antriebseinheit
umfasst beispielsweise ein Fahrersollmoment, ein Motorsollmoment,
ein Getriebesollmoment und/oder ein Bremssollmoment. Die Optimierungseinheit
koordiniert die Prozessführungsgrößen in Abhängigkeit
von den Sollmomenten, welche von der Antriebseinheit aufbereitet
und zur Verfügung
gestellt werden, und von den Zustands- und Systemgrößen. Zudem
gibt die Optimierungseinheit für
jeden Zeitpunkt der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung die
Sollkonfiguration der Teilsysteme vor.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
umfasst die Definition der Schnittstelleneinheiten jeweils eine
elektrische Auslegung, d.h. eine Spezifikation des „physical
Layer", ein Kommunikationsprotokoll
und eine Spezifikation von zu übertragenden
Daten, z.B. Datenformat, Auflösung,
Datenrate usw. Durch die Schnittstellendefinition können an
den beschriebenen Schnittstellen unterschiedliche Systemeinheiten
mit der gleichen Funktionalität
betrieben werden, wodurch eine Austauschbarkeit ermöglicht wird,
ohne die Struktur des bestehenden Systems zu ändern.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
für ein
Kraftfahrzeug,
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2 ein
Blockdiagramm zur Darstellung der Funktionsweise einer in 1 dargestellten
Optimierungseinheit, und
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3 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
einer Vorrichtung zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug eine Antriebseinheit 10,
eine Optimierungseinheit 20 mit mehreren definierten Schnittstelleneinheiten 30, 31, 32, 33 und 34 und
mehrere Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54.
In der Optimierungseinheit 20 sind Informationen zur Durchführung eines
Verbrennungsprozesses gespeichert. Die Optimierungseinheit 20 bestimmt
Prozessführungsgrößen des
Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit
von mindestens einer Vorgabe der Antriebseinheit 10 und
von ermittelten Zustands- und Systemgrößen und gibt die Prozessführungsgrößen über die
entsprechend definierten Schnittstelleneinheiten 30, 31, 32, 33 und 34 an die
mehreren Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 aus. Die
Aufteilung des Verbrennungsprozesses auf die mehreren Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 erfolgt
in Abhängigkeit
physikalischen Anforderungen. Wie weiter aus 1 ersichtlich
ist, umfassen die dargestellten Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 beispielhaft ein
Kraftstoffzuteilungssystem 51, ein Zündungssystem 53, ein
Luftzuteilungssystem 52, ein Inertgaszuteilungssystem 50 und
ein Prozessführungssystem 54.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, koordiniert die Optimierungseinheit 20 die
Prozessführungsgrößen, beispielsweise
zur Einstellung von Wirkungsgrad (η), Verdichtung (ε), Ladedruck
und zur Verbrennungsregelung, welche zur Aktivierung, Ausführung und/oder Steuerung
von Funktionen verwendet werden. Die Funktionen umfassen beispielsweise
eine innere Verbrennungsregelung 60, ein Raumzündungsverfahren 61,
eine variable Ventilsteuerung (EHVS) 62, eine variable
Verdichtung (NAMI) 63, eine Schwerpunktlageregelung (SW-Regelung) 64,
eine Mitteldruckregelung (PME-Regelung) 65, eine Hochaufladung 66,
eine modellbasierte Getriebesteuerung 67 und eine Leistungsverzweigung 68 für einen
elektrischen Zusatzantrieb oder einen Hybridantrieb. Die Optimierungseinheit 20 gibt
die Prozessführungsgrößen in Abhängigkeit
von mindestens einer Vorgabe der Antriebseinheit 10 und
von ermittelten Zustands- und
Systemgrößen an die
Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 aus.
Die mindestens eine Vorgabe der Antriebseinheit 10 umfasst
beispielsweise ein Fahrersollmoment 12, ein Motorsollmoment 14,
ein Getriebesollmoment 16 und ein Bremssollmoment 18,
welche von der Antriebseinheit 10 vor der Ausgabe an die
Optimierungseinheit 20 aufbereitet und zusammengefasst
werden können.
Zur Aufteilung bzw. Partitionierung der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
wertet die Optimierungseinheit 20 die Zustands- und Systemgrößen, wie
z.B. Motordrehzahl, Motoröltemperatur,
Kühlwassertemperatur,
Umgebungsdruck, Abgastemperatur usw. aus und gibt für jeden
Zeitpunkt die Sollkonfiguration für die Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 vor.
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Es
kann je nach Anforderungen eine unterschiedliche Anzahl von Teilsystemen 50, 51, 52, 53 und 54 eingebunden
werden. Die Einbindung der Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 erfolgt über eine exakte
Schnittstellendefinition, welche neben dem Übertragungsmedium und seinen
Spezifikationen (ETK, RS232, CAN usw.) auch die Beschreibung der Soll-
und Istwerte betrifft, welche Datenformat, Auflösung, Datenrate usw. umfasst.
Durch die Schnittstellendefinition können an den beschriebenen Schnittstelleneinheiten 30, 31, 32, 33 und 34 unterschiedliche
Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 mit
der gleichen Funktionalität
betrieben werden, wodurch eine Austauschbarkeit ermöglicht wird,
ohne die Struktur des bestehenden Systems zu ändern. Zudem werden durch diesen
Aufbau die einzelnen Teilsysteme 50, 51, 52, 53 und 54 voneinander
abgegrenzt.
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Wie
auf 3 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug eine Antriebseinheit 10,
eine Optimierungseinheit 20' mit mehreren
definierten Schnittstelleneinheiten 31, 32, 33, 34, 35, 36 un 37 und
mehrere Teilsysteme 51, 52, 53, 54, 55, 56 und 57.
In der Optimierungseinheit 20' sind Informationen zur Durchführung des
Verbrennungsprozesses gespeichert. Über eine Schnittstelleneinheit 31 kommuniziert
die Optimierungseinheit 20' mit
einem Kraftstoffzuteilungssystem 51, welches beispielsweise
die Funktion „innere
Verbrennungsregelung" 60 ausführt. Über eine
Schnittstelleneinheit 32 kommuniziert die Optimierungseinheit 20' mit einem gestrichelt
dargestellten Luftzuteilungssystem 52, welches zur Ausführung der
Funktion „variable Ventilsteuerung" 62 im dargestellten
Ausführungsbeispiel
zwei Steuergeräte 71, 72 umfasst. Über eine Schnittstelleneinheit 33 kommuniziert
die Optimierungseinheit 20' mit
einem Zündungssystem 53,
welches beispielsweise die Funktion „Raumzündungsverfahren" 61 ausführt. Über eine
Schnittstelleneinheit 34 kommuniziert die Optimierungseinheit 20' mit einem gestrichelt
dargestellten Prozessführungssystem 54,
welches zur Ausführung
der Funktion „Getriebesteuerung" 67 im dargestellten
Ausführungsbeispiel
zwei Steuergeräte 73, 74 umfasst. Über eine Schnittstelleneinheit 35 kommuniziert
die Optimierungseinheit 20' mit
einem gestrichelt dargestellten weiteren Prozessführungssystem 55,
welches zur Ausführung
der Funktionen „variable
Verdichtung" 63 und „Hochaufladung" 66 im dargestellten
Ausführungsbeispiel
zwei Steuergeräte 75, 76 umfasst. Über eine
Schnittstelleneinheit 35 kommuniziert die Optimierungseinheit 20' mit einem gestrichelt
dargestellten weiteren Prozessführungssystem 56,
welches zur Ausführung
der Funktion „Leistungsverzweigung" 68 im dargestellten
Ausführungsbeispiel zwei
Steuergeräte 77, 78 umfasst. Über eine
Schnittstelleneinheit 37 kommuniziert die Optimierungseinheit 20' mit einem weiteren
Prozessführungssystem 57,
welches beispielsweise die Funktionen innermotorische „Schwerpunktlageregelung" 64 und
innermotorische „Mitteldruckregelung" 65 ausführt. Analog zu
den Ausführungen
im Zusammenhang mit 1, bestimmt die Optimierungseinheit 20' die Prozessführungsgrößen des
Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit
von mindestens einer Vorgabe der Antriebseinheit 10 und
von ermittelten Zustands- und Systemgrößen und
gibt die Prozessführungsgrößen über die
entsprechend definierten Schnittstelleneinheiten 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 und 37 an
die Teilsysteme 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56 und 57 aus.
Zusätzlich
zu den beschriebenen Funktionen führen die beschriebenen Teilsysteme 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56 und 57 Grundfunktionen
wie Auslesen von Sensorsignalen, Ansteuern und Einstellen von Stellgliedern und/oder
Aktuatoren bzw. Abfragen von aktuellen Stellungen der Stellglieder
und/oder Aktuatoren aus.
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Die
Teilsysteme 51, 52, 53, 54, 55, 56 und 57 und
die Steuergeräte 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 und 78 der
Teilsysteme 52, 54, 56 und 57 können beispielsweise
für einen
Serieneinsatz in einem Kraftfahrzeug fertig entwickelte Einheiten
oder so genannte Rapid-System-Prototyping-Steuergeräte betreffen, welche bei der
Entwicklung und/oder Optimierung der Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
im Kraftfahrzeug eingesetzt werden können. Das bedeutet, dass die
erfindungsgemäße Vorrichtung
sowohl in einem Serienkraftfahrzeug als auch zur Entwicklung bzw.
Optimierung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Zudem können verschiedene Kombinationen
auftreten. So kann es sich beispielsweise bei den Teilsystemen 51, 53, 55,
und 56 um fertig entwickelte Serieneinheiten handeln und
die Teilsysteme 52, 54 und 57 können noch
nicht fertig entwickelte Einheiten betreffen. Innerhalb der Teilsysteme 52 und 54 können die
Steuergeräte, 72 und 73 bereits
fertig entwickelte oder geringfügig
modifizierte Serieneinheiten betreffen und die Steuergeräte 71 und 74 können Rapid-System-Prototyping-Steuergeräte sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Verbrennungsmotor-/Antriebsstrangsteuerung
ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine Partitionierung in abgeschlossene Einzeltechnologiebausteine
und eine ganzheitliche Prozessführung über definierte
Schnittstelleneinheiten. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine arbeitsteilige Entwicklung der Einzeltechnologiebausteine (simultaneous
engeneering) und eine Einbindung von mehreren Entwicklungspartnern
ohne einen ungewollten Know-how-Abfluss. Die Optimierungseinheit
kann beispielsweise als Softwaremodul in einem Steuergerät implementiert
werden und bietet daher die Möglichkeit
eigene Verbrennungsstrategien in einem Motorsteuergerät abzulegen.