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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Momenten, insbesondere von Delta-Momenten.
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Stand der Technik
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Heutige Fahrzeuge verwenden Steuergeräte für Verbrennungsmotoren, die eine Überwachung nach dem sog. "standardisierten E-Gas-Überwachungskonzept für Benzin und Diesel Motorsteuerungen" beinhalten. Die Überwachung soll ein ungewolltes Fahrzeugverhalten verhindern.
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Das Prinzip einer Funktionsüberwachung ist dabei wie folgt: Es wird ein zulässiges Moment berechnet, das viele Einflussgrößen berücksichtigt wie beispielsweise Fahrerwunsch, interne Reibmomente oder externe Verbraucher. Auf der anderen Seite wird aus aktuellen Motorgrößen ein Ist-Moment berechnet. Hierzu können u.a. der Drosselklappenwinkel, Saugrohrdruck, Einspritzzeiten, -druck und -winkel berücksichtigt werden.
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Ziel der Funktionsüberwachung ist es, das Ist-Moment unterhalb des zulässigen Moments zu halten, um eine ungewollte Beschleunigung zu verhindern. Es werden daher Anforderungen an ein Überwachungskonzept gestellt, u.a. die Einhaltung einer bestimmten Fehlerreaktionszeit, damit fehlerhafte Fahrzeugreaktionen, wie eine ungewollte Beschleunigung, beherrschbar bleiben. Das bedeutet, ein Fehler muss innerhalb einer bestimmten Zeit detektiert und entprellt werden. Nach einer eindeutigen Fehlererkennung muss das Fahrzeug dann in einen sicheren Zustand gebracht werden.
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Durch das Rücklesen von Ist-Werten benötigt die Motorsteuerung hierfür eine bestimmte Zeit: So muss sich beispielsweise das Ist-Moment erst aufbauen, danach können entsprechende Aktuator-Werte zurückgelesen werden. Für Otto- und Dieselmotoren beträgt diese erlaubte Fehlerreaktionszeit im Allgemeinen 500 ms. Für die Überwachung einer Fahrdynamik längs zur Fahrtrichtung ist diese Fehlerreaktionszeit im Allgemeinen ausreichend. Für Elektromotoren wurde das E-Gas-Überwachungskonzept entsprechend angepasst.
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Es werden zunehmend auch Hybridfahrzeuge gefertigt, die Verbrennungs- und Elektromotoren kombinieren. In Hybridfahrzeugen wird häufig die Motorsteuerung des Verbrennungsmotors genutzt, um eine Momentenverteilung zwischen Verbrennungs- und Elektromotor zu bestimmen. Soll- und Ist-Moment des Elektromotors müssen hier in die Funktionsüberwachung integriert werden. Dies geschieht nach dem gleichen Prinzip wie bei nur einem Verbrennungsmotor: Aus einem Gesamt-Soll-Moment berechnet die Motorsteuerung Soll-Moment und SteIlgrößen für den Verbrennungsmotor und Soll-Moment für den Elektromotor. Die Ist-Werte werden dann zurückgelesen, um das Ist-Moment zu berechnen. Hierbei berechnet die Steuerung für die E-Maschine aus ihren Aktuatorwerten das Ist-Moment der E-Maschine und sendet dies an die Motorsteuerung des Verbrennungsmotors.
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In letzter Zeit werden auch Fahrzeuge entwickelt, die Elektromotoren nutzen, um Einzelradantriebe zu realisieren, sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterachse. Stellen die Elektromotoren an einer Achse unterschiedliche Momente für das rechte und linke Rad, so entsteht ein Moment quer zur Fahrtrichtung. Momentenanforderungen hierfür können beispielsweise aus einem ESP-Steuergerät zur Regelung der Fahrzeugstabilität stammen und über die Motorsteuerung geroutet werden.
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Dieses Quermoment kann dazu genutzt werden, die Lenkung zu unterstützen, das Fahrzeug verhält sich somit in Kurven agiler. Allerdings können nun fehlerhaft gestellte Momente zu einer ungewollten Querdynamik, also zu ungewollter Richtungsänderung bis hin zum Schleudern führen. Zum einen wird dies als gefährlicher eingestuft als eine ungewollte Längsdynamik, zum anderen müssen Fehler im Bereich der Querdynamik schneller erkannt werden, da Fahrversuche gezeigt haben, dass derartige Fehler schon nach Zeiten unterhalb von beispielsweise 100 ms zum Schleudern führen können.
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Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit anzugeben, eine Fehlerreaktionszeit für Vorgaben, die die Querdynamik eines Fahrzeugs betreffen, gegenüber dem Stand der Technik zu reduzieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung von Momenten empfängt eine erste Recheneinheit, insbesondere ein Steuergerät, ein Delta-Moment. Anschließend werden in einem ersten Rechenprozess ein erstes und ein zweites Soll-Moment aus dem Delta-Moment berechnet. In einem zweiten Rechenprozess wird überprüft, ob eine Differenz aus dem ersten und dem zweiten Soll-Moment kleiner oder gleich dem Delta-Moment ist, wobei der zweite Rechenprozess unabhängig von dem ersten Rechenprozess durchgeführt wird. Sofern die Differenz kleiner oder gleich dem Delta-Moment ist, werden das erste und das zweite Soll-Moment ausgegeben. Dadurch wird eine Berechnung von Soll-Momenten anhand eines vorgegebenen Delta-Moments mittels einer zweiten, unabhängigen Berechnung überprüft, d.h. es findet eine Überwachung der ersten Berechnung statt, mittels derer Fehler erkannt werden können. Da die Überwachung in der gleichen Recheneinheit ausgeführt wird wie die Berechnung, sind keine Übertragungszeiten zwischen mehreren Recheneinheiten oder ein Rücklesen von Werten zu berücksichtigen und es wird eine kurze Überwachungszeit, also eine kurze Fehlertoleranzzeit erreicht.
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Diese vorteilhafte Art der Funktionsüberwachung kann insbesondere für Deltamomente in Querrichtung eines Fahrzeugs, d.h. für die Querdynamik, eingesetzt werden, wodurch eine schnellere Überwachung als beispielsweise für die Längsdynamik erzielt wird.
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Vorzugsweise werden das erste und das zweite Soll-Moment aus dem Delta-Moment und einem dritten Soll-Moment berechnet, wobei das dritte Soll-Moment aus Anforderungswerten berechnet wird. Dies ist nützlich, wenn, wie in der Praxis häufig üblich, das Delta-Moment mit einem anderen vorgegebenen Moment verrechnet werden soll. Beispielsweise können für zwei elektrische Maschinen in Längsrichtung gleiche Momente vorgegeben sein, die jedoch für ein Quermoment voneinander abweichen sollen. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Elektromotor auf der linken Seite und einen auf der rechten Seite eines Fahrzeugs handeln, wobei für den rechten Elektromotor ein größeres Moment vorgesehen ist, um ein Quermoment nach links zu erzielen. Damit kann eine Kurvenfahrt unterstützt werden.
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Vorteilhafterweise werden bei dem zweiten Rechenprozess beim Überprüfen Vorzeichen des Deltamoments, des ersten und/oder des zweiten Sollmoments berücksichtigt. Damit kann noch genauer auf Fehler überwacht werden, da, je nach Fahrsituation, Momente in verschiedene Richtungen unterschiedlich kritische Auswirkungen haben können.
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Es ist von Vorteil, wenn das erste und das zweite Soll-Moment an eine zweite Recheneinheit ausgegeben werden, wobei in der zweiten Recheneinheit eine Umsetzung des ersten und des zweiten Soll-Moments anhand der daraus erzielten Ist-Momente überprüft wird. Dies geschieht, indem die Ist-Momente nach der Umsetzung der Sollmomente zurückgelesen und mit den Sollmomenten verglichen werden. Üblicherweise handelt es sich bei der zweiten Recheneinheit um ein Steuergerät für elektrische Maschinen. Eventuelle Korrekturen können hier schnell erreicht werden, da sich ein elektrisches Soll-Moment im Vergleich zu Soll-Momenten für Brennkraftmaschinen schneller regeln lässt.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn das Delta-Moment von einer dritten Recheneinheit vorgegeben wird. Ein Delta-Moment wird häufig für fahrdynamische Regelungen benötigt, sodass quer zur Fahrtrichtung als Unterstützung der Lenkung ein Moment wirkt. Es ist daher sinnvoll, dass das Delta-Moment von einem anderen Steuergerät, das für fahrdynamische Regelungen vorgesehen ist, vorgegeben wird.
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Vorzugsweise wird in der ersten Recheneinheit ein viertes Soll-Moment aus den Anforderungswerten berechnet und aus dem vierten Soll-Moment werden Vorgabewerte für Aktoren, mittels welchen das vierte Soll-Moment umgesetzt werden soll, berechnet und ausgegeben. Neben Soll-Momenten für elektrische Maschinen werden meist auch Soll-Momente für eine Brennkraftmaschine gefordert bzw. berechnet, die dann als Vorgabewerte an die Brennkraftmaschine bzw. zugeordnete Aktoren ausgegeben werden. Die Berechnung aller geforderten Soll-Momente kann somit in einer Recheneinheit vorgenommen werden.
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Hierbei ist es auch vorteilhaft, wenn Ist-Werte, die aus einer Umsetzung der Vorgabewerte resultieren und/oder ein Ist-Moment, das aus einer Umsetzung des ersten und zweiten Soll-Moments resultiert, von der ersten Recheneinheit empfangen werden und mit einem aus den Anforderungswerten berechneten zulässigen Moment verglichen werden. Dies ermöglicht eine zusätzliche Überprüfung der weiteren Soll-Momente und trägt zur Sicherheit bei. Dies wird insbesondere für Momente in Längsrichtung, d.h. für die Längsdynamik, verwendet.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung für ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine schematische Darstellung für ein weiteres Verfahren gemäß dem Stand der Technik.
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3 zeigt eine schematische Darstellung für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausgestaltung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist schematisch ein Verfahren einer Funktionsüberwachung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
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Hierbei empfängt eine Recheneinheit 100, üblicherweise ein Motorsteuergerät, Anforderungswerte 140. Solche Anforderungswerte können beispielsweise von einem Fahrpedal, durch das ein Fahrer ein gewünschtes Moment vorgibt, stammen. Auch sind weitere Momentenanforderungen von anderen Recheneinheiten, wie etwa Regelsystemen für einen sicheren Fahrbetrieb oder zum Schutz von Bauteilen, denkbar.
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Auf einer Funktionsebene wird in der Recheneinheit 100 aus den Anforderungswerten 140 in einem Rechenschritt 10 ein Sollmoment 114 für die Brennkraftmaschine berechnet. Anschließend werden innerhalb der Funktionsebene in einem Rechenschritt 20 aus dem Sollmoment 114 Ausgabewerte 150 berechnet, die für Aktoren 30 vorgesehen sind, die für die Regelung der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Einspritzung, vorgesehen sind. Die Ausgabewerte 150 werden von der Recheneinheit 100 ausgegeben und an die entsprechenden Aktoren 30, wie beispielsweise Injektoren, Zündkerzen usw. geleitet.
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Auf einer Funktionsüberwachungsebene wird in der Recheneinheit 100 außerdem aus den empfangenen Anforderungswerten 140 in einem Rechenschritt 40 ein zulässiges Moment 118 berechnet. Das zulässige Moment 118 stellt einen Grenzwert dar, der aufgrund von beispielsweise Sicherheitsvorgaben vom Sollmoment 114 nicht überschritten werden darf. Die Funktionsüberwachungsebene führt Berechnungen unabhängig von der Funktionsebene durch.
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Weiter werden Ist-Werte 161, d.h. tatsächliche Werte, die die Aktoren 30 bei der Umsetzung der Vorgabewerte 150 erzielen, von der Recheneinheit 100 über eine Schnittstelle 70 zurückgelesen. Eine Messung der Ist-Werte 161 kann durch geeignete Sensoren erfolgen.
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Auf Funktionsüberwachungsebene wird aus den empfangenen Ist-Werten 161 in einem Rechenschritt 60 ein Ist-Moment 162 berechnet, das tatsächlich von der Brennkraftmaschine erzielt wird. Anschließend wird das Ist-Moment 162 mit dem zulässigen Moment 118 in einem Überprüfungsschritt 50 verglichen und überprüft, ob das Ist-Moment 162 innerhalb des geforderten Grenzwerts liegt. Falls das Ist-Moment 162 jenseits des zulässigen Moments 118 liegt, können geeignete Gegenmaßnahmen, wie ein Zurückregeln des Moments der Brennkraftmaschine, getroffen werden.
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Für diese Überprüfung ist jedoch durch die Ausgabe und das erneute Rücklesen der Ist-Werte 161 eine lange Fehlerreaktionszeit (ca. 500 ms) vorhanden.
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In 2 ist schematisch ein Verfahren einer Funktionsüberwachung für eine Brennkraftmaschine und eine zusätzliche elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
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Der Unterschied zu dem in 1 gezeigten Verfahren besteht darin, dass auf der Funktionsebene in einem Rechenschritt 10' zusätzlich zu dem Sollmoment 114 für die Brennkraftmaschine auch ein Sollmoment 113 für eine elektrische Maschine berechnet wird. Dieses Sollmoment 113 wird von der Recheneinheit 100 ohne weitere Berechnungen ausgegeben und von einer weiteren Recheneinheit 200, die für eine Steuerung der elektrischen Maschine vorgesehen ist, empfangen. Nötige weitere Berechnungen bzgl. des Sollmoments 113 für die elektrische Maschine und dessen Umsetzung werden von der weiteren Recheneinheit 200 durchgeführt.
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Ein von der elektrischen Maschine erzieltes elektrisches Ist-Moment 160 wird, nachdem es durch geeignete Mittel erfasst wurde, von der Recheneinheit 100 über eine geeignete Schnittstelle zurückgelesen und auf Funktionsüberwachungsebene mit dem Ist-Moment der Brennkraftmaschine in einem Rechenschritt 60' zu einem gesamten Ist-Moment 163 verrechnet. Anschließend erfolgt wiederum, wie auch zu 1 beschrieben, im Überprüfungsschritt 50 der Vergleich des, in diesem Falle gesamten, Ist-Moments 163 mit dem zulässigen Moment 118.
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Auch hier ist für die Überprüfung durch die Ausgabe und das erneute Rücklesen der Ist-Werte 161 und zusätzlich des elektrischen Ist-Moments 160 eine lange Fehlerreaktionszeit (ca. 500 ms) vorhanden.
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In 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren für eine Überwachung von Momenten in einer bevorzugten Ausgestaltung dargestellt.
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Wie auch im Stand der Technik werden von der ersten Recheneinheit 100 Anforderungswerte 140 empfangen, woraus auf einer Funktionsebene in dem Rechenschritt 10' ein viertes Sollmoment 114 für eine Brennkraftmaschine sowie ein drittes Sollmoment 113 für elektrische Maschinen berechnet werden.
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Aus dem vierten Sollmoment 114 werden wiederum Ausgabewerte 150 für die Aktoren 30 berechnet und ausgegeben.
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Zusätzlich empfängt die erste Recheneinheit 100 ein Delta-Moment 110 von einer dritten Recheneinheit 300. Während die Anforderungswerte 140 für eine Berechnung von Momenten in Längsrichtung, also zur Regelung der Längsdynamik, vorgesehen sind, ist das Deltamoment 110 zur Regelung der Querdynamik vorgesehen.
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Das dritte Steuergerät 300, üblicherweise ein Fahrdynamiksteuergerät wie ein ESP-Steuergerät, gibt hierzu ein Deltamoment vor, d.h. es sollen für die linke und die rechte Fahrzeugseite unterschiedliche Längsmomente vorgegeben werden, die sich genau um das Deltamoment unterscheiden. So wird ein Quermoment erzeugt. Damit kann, wie eingangs bereits erwähnt, beispielsweise eine stabilere und/oder agilere Kurvenfahrt erreicht werden. Möglich ist eine solche unterschiedliche Vorgabe von Längsmomenten beispielsweise dann, wenn auf beiden Fahrzeugseiten jeweils eine elektrische Maschine für den Antrieb vorgesehen ist.
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Auf Funktionsebene werden nun in einem ersten Rechenprozess 120 aus dem dritten Sollmoment 113 für die elektrischen Maschinen und dem Deltamoment 110 ein erstes Sollmoment 111 und ein zweites Sollmoment 112 berechnet. Dabei ist beispielsweise das erste Sollmoment 111 für eine elektrische Maschine für einen Antrieb der linken Fahrzeugseite und das zweite Sollmoment 112 für eine elektrische Maschine für einen Antrieb der rechten Fahrzeugseite vorgesehen.
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Das erste und zweite Sollmoment 111, 112 werden nun noch nicht von der Recheneinheit 100 ausgegeben, sondern zunächst an die Funktionsüberwachungsebene übergeben. Dort wird in einem zweiten Rechenprozess 130 die Differenz von erstem Sollmoment 111 und zweitem Sollmoment 112 berechnet. Anschließend wird überprüft, ob diese Differenz kleiner oder gleich dem empfangenen Deltamoment 110 ist oder ob diese Differenz größer als das empfangene Deltamoment 110 ist. Bei der Überprüfung werden auch Vorzeichen bei Deltamoment sowie erstem und zweitem Sollmoment berücksichtigt.
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Das erste und zweite Sollmoment 111, 112 werden anschließend nur dann von der Recheneinheit 110 ausgegeben und an eine zweite Recheneinheit 200 zur Steuerung der elektrischen Maschinen geleitet, wenn die Überprüfung positiv verlaufen ist, d.h. wenn die Differenz kleiner oder gleich dem empfangenen Deltamoment 110 ist. Damit wird gewährleistet, dass keine größeren Quermomente erzeugt werden als vorgesehen, da das Fahrzeug sonst ins Schleudern geraten könnte.
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Diese Art der Überprüfung ermöglicht eine erheblich kürzere Fehlertoleranzzeit (ca. 100 ms) als die für die Längsdynamik übliche Überprüfung gemäß dem Stand der Technik, da keine Werte zunächst ausgegeben und dann wieder rückgelesen werden müssen. Trotzdem wird durch die beiden unabhängig voneinander durchgeführten Rechenprozesse 120, 130 auf Funktionsebene bzw. Funktionsüberwachungsebene eine nötige Sicherheit der Sollmomente gewährleistet.
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Zusätzlich kann in der zweiten Recheneinheit 200 eine Überwachung des ersten und zweiten Sollmoments 111, 112 stattfinden, was eine zusätzliche Sicherheit gewährleistet. D.h. die von den elektrischen Maschinen erzielten Ist-Momente, die bei der Umsetzung von erstem und zweitem Sollmoment 111, 112 erzielt werden, werden beispielsweise mit geeigneten Mitteln erfasst, wieder von der zweiten Recheneinheit 200 zurückgelesen und dort mit den vorgegebenen ersten und zweiten Sollmomenten 111, 112 verglichen. Eine eventuelle Abweichung könnte auch hier korrigiert werden, da eine Regelung der elektrischen Maschinen relativ schnell durchgeführt werden kann.
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Wie auch im Stand der Technik werden die Ist-Werte 161 sowie das elektrische Ist-Moment 160 von der ersten Recheneinheit 100 über die Schnittstelle 70 zurückgelesen und auf Funktionsüberwachungsebene in einem Rechenschritt 60' ein gesamtes Ist-Moment 163 berechnet und mit einem zulässigen Moment 118 verglichen, womit eine Überwachung der Längsdynamik gewährleistet wird.
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Für die Längsdynamik ist, im Gegensatz zur Querdynamik, eine längere Fehlertoleranzzeit von ca. 500 ms zulässig, da hier keine gefährlichen Situationen wie Schleudern des Fahrzeugs, die nicht mehr kontrollierbar wären, entstehen können.
