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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung
eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen
Elektromotor umfassenden Hybridantrieb.
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Ein
Kraftfahrzeugsteuerungssystem verfügt über mehrere Funktionskomponenten,
so z. B. über eine
Verbrennungsmotor-Funktionskomponente, eine Getriebe-Funktionskomponente,
eine Bremse-Funktionskomponente und eine Batterie-Funktionskomponente,
wobei die einzelnen Funktionskomponenten im Zusammenspiel miteinander
den ordnungsgemäßen Betrieb
eines Kraftfahrzeugs gewährleisten.
Ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs
mit einem Hybridantrieb erfordert zusätzlich eine Hybrid-Funktionskomponente.
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Bei
aus der Praxis bekannten Kraftfahrzeugsteuerungssystemen tauschen
die einzelnen Funktionskomponenten über Datenbusse Informationen bzw.
Daten aus, wobei das Zusammenspiel der einzelnen Funktionskomponenten über eine
zentrale Koordinierungseinrichtung koordiniert wird. Hierdurch ergibt
sich eine hierarchische, baumartige Struktur für ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem,
wobei eine solche hierarchische, baumartige Struktur eine leistungsstarke
zentrale Koordinierungseinrichtung erfordert, über welche die gesamte Kommunikation
zwischen den einzelnen Funktionskomponenten gehandhabt wird.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde
ein neuartiges Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs
mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden
Hybridantrieb zu schaffen.
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Dieses
Problem wird durch ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem gemäß Anspruch
1 gelöst. Das
erfindungsgemäße Kraftfahrzeugsteuerungssystem
weist mehrere in mindestens drei Subkomponenten, nämlich in
eine Strategie-Subkomponente,
in eine Steuerungs-Subkomponente und in eine Steller-Subkomponente, unterteilte
Funktionskomponenten auf, nämlich
zumindest eine Verbrennungsmotor-Funktionskomponente zur Steuerung
des Verbrennungsmotors, eine Getriebe-Funktionskomponente zur Steuerung
eines Getriebes und eine Hybrid-Funktionskomponente zur Steuerung
des Elektromotors und einer zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor
geschalteten Kupplung, wobei die Strategie-Subkomponente der Hybrid-Funktionskomponente
ein Betriebszustandsvorgabemodul umfasst, welches einen Sollwert
für den
Betriebszustand des Hybridantriebs bestimmt und den Sollwert an
die Steuerungs-Subkomponente der Hybrid-Funktionskomponente übermittelt,
wobei die Steuerungs-Subkomponente aus dem von der Strategie-Subkomponente
bereitgestellten Sollwert einen Zielwert für einen Antriebsstrangzustand
des Hybridantriebs ermittelt und auf Basis des Zielwerts aus mehreren
operativen Funktionsmodulen der Steuerungs-Subkomponente mindestens
ein operatives Funktionsmodul zur Umsetzung des Zielwerts derart
anwählt,
dass zu jedem Zeitpunkt nur immer ein einziges operatives Funktionsmodul
aktiv ist.
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Bedingt
durch die Strukturierung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystems, insbesondere
der Steuerungs-Subkomponente der Hybrid-Funktionskomponente des
Kraftfahrzeugsteuerungssystems, wird gewährleistet, dass dasselbe leicht änderbar
und demnach an sich ändernde Konfigurationen
eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs anpassbar ist. So kann
dasselbe ohne großen
Aufwand um neue operative Funktionsmodule erweitert werden. Das
erfindungsgemäße Kraftfahrzeugsteuerungssystem
ist sozusagen im Sinne eines Baukastens bzw. einer Funktionsbibliothek
strukturiert, die eine maximale Wiederverwendbarkeit einzelner Funktionskomponenten,
Subkomponenten und Module gewährleistet.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden, ohne hierauf beschränkt
zu sein, an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 ein
schematisiertes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystems
zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor
und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb; und
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2 ein
Blockschaltbild eines Details des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystems.
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1 zeigt
ein schematisiertes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystems 1 zur
Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor
und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb.
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Das
Kraftfahrzeugsteuerungssystem 1 umfasst mehrere in drei
Subkomponenten unterteilte Funktionskomponenten 2, 3, 4, 5, 6 und 7,
wobei jede dieser Funktionskomponenten 2 bis 7 in
eine Strategie-Subkomponente 8, eine Steuerungs-Subkomponente 9 und
eine Steller-Subkomponente 10 unterteilt ist. Bei diesen
in mindesteris drei Subkomponenten 8, 9 und 10 unterteilten
Funktionskomponenten handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel
der 1 um eine Verbrennungsmotor-Funktionskomponente 2 zur
Steuerung des Verbrennungsmotors, um eine Getriebe-Funktionskomponente 3 zur
Steuerung eines Getriebes, um eine Hybrid-Funktionskomponente 4 zur
Steuerung des Elektromotors und einer zwischen den Verbrennungsmotor
und den Elektromotor geschalteten Kupplung, um eine Batterie-Funktionskomponente 5 zur
Steuerung einer Batterie, um eine Bremse-Funktionskomponente 6 zur Steuerung
einer Bremse und um eine Retarder-Funktionskomponente 7 zur
Steuerung eines Retarders.
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Sämtliche
Funktionskomponenten 2 bis 7 sind in drei Subkomponenten 8, 9 und 10 unterteilt, wobei
die Steller-Subkomponente 10 der Hybrid-Funktionskomponente 4 in zwei
Teilsubkomponenten untergliedert ist, nämlich in eine Teilsubkomponente 11 für den Elektromotor
und eine Teilsubkomponente 12 für die zwischen den Elektromotor und
den Verbrennungsmotor des Hybridantriebs geschaltete Kupplung.
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Den
Subkomponenten 8 bis 10 der Funktionskomponenten 2 bis 7 sind
definierte Aufgaben bzw. Funktionalitäten zugeordnet.
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So
dient die Strategie-Subkomponente 8 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 zumindest
der Bestimmung mindestens eines Sollwerts für die jeweilige Funktionskomponente 2 bis 7,
nämlich
für die Steuerungs-Subkomponente 9 der
jeweiligen Funktionskomponente 2 bis 7. Weiterhin
dient die Strategie-Subkomponente 8 jeder
Funktionskomponente 2 bis 7 der Bestimmung von
Daten zur Beeinflussung der Strategie-Subkomponente 8 mindestens
einer anderen Funktionskomponente und der Steuerungs-Subkomponente 9 mindestens
einer anderen Funktionskomponente.
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Die
Steuerungs-Subkomponente 9 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 dient
der Überprüfung des
oder jedes von der Strategie-Subkomponente 8 der jeweiligen
Funktionskomponente 2 bis 7 bereitgestellten Sollwerts
und damit der Bestimmung mindestens eines Zielwerts für die jeweilige
Funktionskomponente 2 bis 7. Weiterhin dient die
Steuerungs-Subkomponente 9 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 der
Bestimmung von Daten zur Beeinflussung der Strategie-Subkomponente 8 und/oder
der Steuerungs-Subkomponente 9 mindestens einer anderen
Funktionskomponente. Ferner dient die Steuerungs-Subkomponente 9 vorzugsweise
der Rückmeldung
mindestens eines Istwerts an die Strategie-Subkomponente 8 der
jeweiligen Funktionskomponente.
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Die
Steller-Subkomponente 10 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 dient
zumindest der Umsetzung des oder jedes Zielwerts und der Rückmeldung mindestens
eines Istwerts an die Steuerungs-Subkomponente 9 der jeweiligen
Funktionskomponente 2 bis 7.
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Zusätzlich zu
den in drei Subkomponenten unterteilten Funktionskomponenten 2 bis 7 umfasst das
Kraftfahrzeugsteuerungssystem 1 der 1 mehrere
Funktionskomponenten 13, 14, 15 und 16, die
eine Umgebung der Funktionskomponenten 2 bis 7 bilden.
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Bei
den die Umgebung der Funktionselemente 2 bis 7 bildenden
Funktionskomponenten 13 bis 16 handelt es sich
in 1 um eine Fahrerwunscherkennungs-Funktionskomponente 13,
die einen Momentwunsch und/oder einen Sportlichkeitswunsch auf Basis
einer Fahrpedalbetätigung und/oder
Bremspedalbetätigung
ableitet, eine Fahrsituationserkennungs-Funktionskomponente 14,
die eine Kurvenfahrt und/oder Steigungsfahrt auf Basis von Querbeschleunigungssensoren
und Neigungssensoren des Kraftfahrzeugs ableitet, eine Bedienfelder-Funktionseinheit 15,
die Wählhebel
und Bedienelemente eines Getriebes und/oder eines Retarders abfragt,
und eine Assistenzsystem-Funktionskomponente 16,
die eine Momentvorgabe und/oder Geschwindigkeitsvorgabe bereitstellt.
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Die
Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4 verfügt zumindest über ein
Momentvorgabemodul und ein Betriebszustandsvorgabemodul. Das Momentvorgabemodul
dient der Bestimmung eines Sollwerts für eine Momentverteilung eines
Fahrerwunschmoments auf den Verbrennungsmotor und den Elektromotor
des Hybridantriebs. Das Betriebszustandsvorgabemodul dient der Bestimmung
eines Sollwerts für
den Betriebszustand des Hybrisantriebs.
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Die
von der Strategie-Subkomponente der Hybrid-Funktionskomponente 4 bereitgestellten
Sollwerte sind abstrakte, von einer konkreten Konfiguration eines
Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs losgelöste Sollwerte. So ist z. B.
der vom Betriebszustandvorgabemodul der Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4 bereitgestellte
Sollwert für
den Betriebszustand des Hybridantriebs bzw. Kraftfahrzeugs von der
Antriebstrangkonfiguration desselben unabhängig. Erst in der Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4 wird
der noch abstrakte Sollwert für
den Betriebszustand des Hybridantriebs konkretisiert und mit der konkreten
Antriebstrangkonfiguration verknüpft.
Dies wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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So
zeigt 2 Details der Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4, welche
die schrittweise Konkretisierung des von der Strategie-Subkomponente 8 bereitgestellten
Sollwerts 17 für
den Betriebszustand des Hybridantriebs betreffen. In einem ersten
Modul 18 der Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4 wird aus dem bereitgestellten
Sollwert 17 für
den Betriebszustand des Hybridantriebs ein Zielwert 19 für einen
Antriebstrangzustand des Hybridantriebs erzeugt, wobei die Erzeugung
des Zielwerts 19 für
den Antriebstrangzustand des Hybridantriebs neben dem Sollwert 17 für den Betriebszustand
weiterhin von einem Istwert 20 des Antriebstrangzustands
abhängig
ist.
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Das
erste Modul 18 erzeugt als Zielwert 19 für den Antriebstrangzustand
des Hybridantriebs vorzugsweise eine Abfolge von Antriebstrangzuständen, die
von der konkreten Konfiguration des Antriebstrangs abhängig sind,
um ausgehend vom Istwert 20 des Antriebstrangzustands den
Zielwert 19 für
den Antriebstrangzustand und damit den Sollwert 17 für den Betriebzustand
des Hybridantriebs zu erreichen. Gemäß 2 übermittelt
das erste Modul 18 einen Istwert 21 des Betriebszustands
an die Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4.
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Weiterhin
kann das erste Modul 18 der Generierung mindestens eines
Zielwerts 22 für
eine andere Funktionskomponente des Kraftfahrzeugsteuerungssystems
dienen, so z. B. der Generierung eines Zielwerts für die Getriebe-Funktionskomponente 3 und/oder
der Generierung eines Zielwerts für die Verbrennungsmotor-Funktionskomponente 2.
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Der
vom ersten Modul 18 bereitgestellte Zielwert für den Antriebstrangzustand,
der vorzugsweise eine Abfolge von Antriebstrangzuständen umfasst, wird
in einem zweiten Modul 23 verwendet, um mindestens ein
operatives Funktionsmodul 24 auszuwählen, welches steuerungsseitige
Abläufe
zur Umsetzung des Zielwerts 19 für den Antriebstrangzustand
beinhaltet. Das zweite Modul 23 wählt auf Basis der vom ersten
Modul 18 bereitgestellten Abfolge von Antriebstrangzuständen eine
Abfolge von operativen Funktionsmodulen 24 aus, um letztendlich
den Zielwert für
den Antriebstrangzustand umzusetzen.
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Auf
Basis der ausgewählten
operativen Funktionsmodule 24 und der steuerungsseitigen
Abläufe
derselben werden in einem Modul 25 der Steuerungs-Subkomponente
der Hybrid-Funktionskomponente eine Abfolge von Steilsignale für die Steller-Subkomponente
bereitgehalten, nämlich
einerseits Steilsignale 26 für die Teilsubkomponente 11 sowie
Steilsignale 27 für
die Teilsubkomponente 12 der Steller-Subkomponente 10.
Istwerte 28 und 29 der Teilsubkomponenten 11, 12 werden
von denselben der Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4 zur Verfügung gestellt.
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Wie 2 entnommen
werden kann, erfolgt die Auswahl der operativen Funktionselemente 24 nicht
nur auf Basis des Zielwerts 19 für den Antriebsstrangzustand,
vielmehr können
hierbei weitere Zielwerte 30 anderer Funktionskomponenten,
so z. B. mindestens ein Zielwert der Verbrennungsmotor-Funktionskomponente 2 und/oder
mindestens ein Zielwert der Getriebe-Funktionskomponente 3 berücksichtigt
werden.
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Ferner
kann das zweite Modul 23 der Hybrid-Funktionskomponente 9 Steuersignale 31 für andere
Funktionskomponenten des Kraftfahrzeugsteuerungssystems ausgeben.
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Die
Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4 übermittelt
demnach einen strategischen, von der konkreten Antriebstrangkonfiguration
des Kraftfahrzeugs unabhängigen
Sollwert 17 für
einen Betriebszustand des Hybridantriebs an die Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4,
wobei das erste Modul 18 aus diesem strategischen Sollwert 17 einen
steuerungsseitigen, von der konkreten Antriebsstrangkonfiguration
abhängigen
Zielwert 19 für
einen Antriebsstrangzustand generiert. Bei diesem Zielwert 19 handelt
es sich vorzugsweise um eine Abfolge von Antriebsstrangzuständen, mit
Hilfe derer der Zielwert 19 für den Antriebsstrangzustand
abhängig
vom Istwert 20 des Antriebsstrangzustands erreicht werden kann.
Das erste Modul 18 stellt demnach als Ausgangsgröße zumindest
den Zielwert 19 des Antriebsstrangzustands bereit. Ferner
kann dasselbe weitere Zielwerte 22 für andere Funktionsmodule des
Kraftfahrzeugsteuerungssystems ausgeben. Im zweiten Modul 23 wird
auf Basis des Zielwerts des Antriebsstrangzustands mindestens ein
operatives Funktionsmodul 24 ausgewählt, welches die notwendigen steuerungsseitigen
Abläufe
zur Bereitstellung des Zielwerts für den Antriebsstrangzustand
beinhaltet. Auch das zweite Modul der Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4 kann mit anderen Funktionskomponenten
des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystems
Daten austauschen.
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Wie
bereits ausgeführt,
verfügt
die Steuerungs-Subkomponente 9 der Hybrid-Funktionskomponente 4 über mehrere
operative Funktionsmodule 24, wobei jedes operative Funktionsmodul 24 steuerungsseitige
Abläufe
zur Umsetzung des Zielwerts für
den Antriebsstrangzustand des Hybridantriebs beinhaltet und entsprechende
Ausgangsdaten für
die Steller-Subkomponente 10 der Hybrid-Funktionskomponente 4 dem
Modul 25 übermittelt.
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Bei
den Funktionsmodulen 24 der Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4 handelt es sich beispielsweise
um ein operatives Funktionsmodul 24 für einen Direktstart des Verbrennungsmotors,
ein operatives Funktionsmodul 24 für einen Schwungstart des Verbrennungsmotors, ein
operatives Funktionsmodul 24 für einen Schleppstart des Verbrennungsmotors,
ein operatives Funktionsmodul 24 zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors
an den Abtrieb, ein operatives Funktionsmodul 24 zum Abkoppeln
des Verbrennungsmotors vom Abtrieb, ein operatives Funktionsmodul 24 für eine Elektrische
Fahrt, ein operatives Funktionsmodul 24 für eine Hybridfahrt,
ein operatives Funktionsmodul 24 zum Laden einer Batterie über den
Elektromotor im sogenannten Rekuperationsbetrieb des Elektromotors
sowie ein operatives Funktionsmodul 24 zum Ausschalten
des Verbrennungsmotors.
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Die
Steuerungs-Subkomponente 9 der Hybrid-Funktionskomponente 4 ermittelt
aus dem von der Strategie-Subkomponente 8 derselben bereitgestellten
Sollwert für
den Betriebszustand des Hybridantriebs einen Zielwert für einen
Antriebsstrangzustand desselben und wählt auf Basis des Zielwerts aus
den operativen Funktionsmodulen 24 der Steuerungs-Subkomponente 9 mindestens
ein operatives Funktionsmodul zur Umsetzung des Zielwerts derart aus,
dass zu jedem Zeitpunkt immer nur ein einziges operatives Funktionsmodul 24 aktiv
ist.
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Dann,
wenn der Zielwert für
den Antriebsstrangzustand eine Abfolge von Antriebsstrangzuständen umfasst,
wird vorzugsweise eine Abfolge von operativen Funktionsmodulen 24 ausgewählt, die
nacheinander aktiviert werden, sodass zu jedem Zeitpunkt immer nur
ein operatives Funktionsmodul 24 aktiv ist.
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Jedes
operative Funktionsmodul 24 stellt für das Modul 25 und
damit für
die Steller-Subkomponente 10 die Hybrid-Funktionskomponente 4 denselben
Ausgangsdatensatz bereit.
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Die
Eingangsdatensätze
der einzelnen operativen Funktionsmodule 24 können sich
selbstverständlich
voneinander unterscheiden, wobei der Eingangsdatensatz für ein operatives
Funktionsmodul 24 von der konkreten steuerungstechnischen
Aufgabe desselben abhängig
ist.
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Jedes
operative Funktionsmodul 24 der Steuerungs-Subkomponente 9 der
Hybrid-Funktionskomponente 4 des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystems
ist in eine gleiche Anzahl von Submodulen unterteilt, sodass jedes
operative Funktionsmodul 24 denselben Ausgangsdatensatz bereitstellt.
So umfasst jedes operative Funktionsmodul 24 ein erstes
Submodul zur Erzeugung von Ansteuersignalen für den Elektromotor des Hybridantriebs,
ein zweites Submodul zur Erzeugung von Ansteuersignalen für den Verbrennungsmotor
des Hybridantriebs, ein drittes Submodul zur Erzeugung von Ansteuersignalen
für eine
zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor geschaltete
Kupplung, und in dem Fall, in dem zwischen dem Elektromotor und
dem Getriebe eine weitere Kupplung positioniert ist, ein viertes
Submodul zur Erzeugung von Ansteuersignalen für die zwischen den Elektromotor und
das Getriebe geschaltete Kupplung.
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Jedes
der Submodule der operativen Funktionsmodule 24 bestimmt
Ansteuersignale jeweils nur für
die dem entsprechenden Submodul zugeordnete Baugruppe, also entweder
für den
Elektromotor oder den Verbrennungsmotor oder die zwischen den Elektromotor
und dem Verbrennungsmotor geschaltete Kupplung oder die zwischen
den Elektromotor und das Getriebe geschaltete Kupplung. Es existiert
keine übergeordnete
Koordination, vielmehr erfolgt die Koordination über von Aktuatoren bereitgestellte
Signale, die dem jeweiligen Ist-Zustand des Aktuators entsprechen.
Durch den Wegfall einer übergeordneten
Koordination wird eine verteilte Funktionsstrukturierung bereitgestellt,
die einen erforderlichen Datenaustausch zwischen einzelnen Funktionskomponenten,
Subkomponenten, Funktionsmodulen und Submodulen minimiert.
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- 1
- Kraftfahrzeugsteuerungssystem
- 2
- Verbrennungsmotor-Funktionskomponente
- 3
- Getriebe-Funktionskomponente
- 4
- Hybrid-Funktionskomponente
- 5
- Batterie-Funktionskomponente
- 6
- Bremse-Funktionskomponente
- 7
- Retarder-Funktionskomponente
- 8
- Strategie-Subkomponente
- 9
- Steuerungs-Subkomponente
- 10
- Steller-Subkomponente
- 11
- Teilsubkomponente
- 12
- Teilsubkomponente
- 13
- Fahrerwunscherkennungs-Funktionskomponente
- 14
- Fahrsituationserkennungs-Funktionskomponente
- 15
- Bedienfelder-Funktionseinheit
- 16
- Assistenzsystem-Funktionskomponente
- 17
- Sollwert
des Betriebszustands
- 18
- erstes
Modul
- 19
- Zielwert
des Antriebstrangzustands
- 20
- Istwert
des Antriebstrangzustands
- 21
- Istwert
des Betriebszustands
- 22
- Zielwert
- 23
- zweites
Modul
- 24
- operatives
Funktionsmodul
- 25
- Modul
- 26
- Steuersignal
- 27
- Steuersignal
- 28
- Istwert
- 29
- Istwert
- 30
- Zielwert
- 31
- Stellsignal