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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen einer gemeinsamen Betriebsart für eine Mehrzahl von kooperierenden, jeweils eine Mehrzahl von Betriebsarten unterstützenden Geräten sowie Geräte, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet sind.
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Wenn eine Mehrzahl von kooperierenden Geräten unterschiedliche Betriebsarten unterstützt, so ist es häufig erforderlich, dass für eine konsistente Kooperation gleiche Betriebsarten an allen Geräten eingestellt sind. Dies kann sowohl direkt miteinander, z. B. durch Kommunikation auf einem gemeinsamen Bus, interagierende Geräte betreffen, die beispielsweise, um sich verständigen zu können, zumindest als Betriebsart ein gemeinsames Kommunikationsprotokoll einstellen müssen, als auch Geräte, die nur indirekt miteinander kooperieren, indem sie gemeinsam eine gleiche Vorrichtung steuern.
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Ein Beispiel für Geräte des letzteren Typs sind Motorsteuergeräte, die an modernen Verbrennungsmotoren zum Steuern der Kraftstoffzufuhr, des Zündzeitpunkts und anderer Parameter des Motorbetriebs eingesetzt werden. Derartige Steuergeräte sind allgemein um einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller herum aufgebaut. Die von einem solchen Mikroprozessor oder Mikrocontroller geforderte Verarbeitungsleistung ist proportional zur Zahl der zu steuernden Zylinder und zur Motordrehzahl. Preiswerte Mikrocontroller bewältigen gegenwärtig bis zu 8 Zylinder bei Drehzahlen von bis zu 7000 min–1. Bei für höhere Zylinder- oder Drehzahlen geeigneten, leistungsfähigeren Controllern steigt der Preis überproportional zur Leistung an. Es ist daher vorgeschlagen worden, die Zylinder eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors in eine Mehrzahl von Gruppen aufzuteilen, von denen jede weitgehend unabhängig von den anderen durch ein eigenes Steuergerät gesteuert ist.
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Diese Steuergeräte unterstützen eine Mehrzahl von Betriebsarten, die sich voneinander im Wert des am Zylinder eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, durch die Verteilung des Kraftstoffs im Zylinder bzw. den Einspritzzeitpunkt bei Motoren mit Direkteinspritzung und andere Eigenschaften unterscheiden können. Es kann auch spezielle Betriebsarten geben, die jeweils mit der Prüfung der Funktionsfähigkeit oder der Diagnose von Störungen bestimmter Steueraufgaben der Motorsteuergeräte verknüpft sind.
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Um einen konsistenten, fehlerfreien Betrieb des Motors zu gewährleisten, müssen die mehreren Steuergeräte eines solchen Motors jederzeit auf die gleiche Betriebsart eingestellt sein. Auf den ersten Blick ist dies einfach machbar, indem dafür gesorgt wird, dass all diejenigen Betriebsparameter des Motors, die für die Wahl einer bestimmten Betriebsart ausschlaggebend sind, allen Steuergeräten in der gleichen Weise zur Verfügung stehen und alle Steuergeräte anhand dieser Parameter nach dem gleichen Algorithmus deterministisch eine Betriebsart auswählen. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass ein intensiver Datenaustausch zwischen den einzelnen Steuergeräten erforderlich ist, um zu gewährleisten, dass diese ihre Entscheidung über die einzustellende Betriebsart jederzeit anhand von identischen Sätzen von Parametern treffen. Dieser umfangreiche Datenverkehr beschneidet nicht nur für andere Steuerungsaufgaben zur Verfügung stehende Bandbreite einer Übertragungsleitung zwischen den Steuergeräten, er beeinträchtigt auch die zur Verfügung stehende Verarbeitungsleistung der einzelnen Steuergeräte, da jedes von ihnen den vollständigen Satz der für die Wahl der Betriebsart relevanten Parameter auswerten muss, um die Auswahl zu treffen. D. h., je rechenintensiver ein solcher Algorithmus ist, um so stärker belastet er ein einzelnes Steuergerät, und um so größer ist deshalb die Notwendigkeit, mehrere Steuergeräte vorzusehen, doch um so geringer ist gleichzeitig der mit der Vervielfachung der Steuergeräte einhergehende Zuwachs an verfügbarer Verarbeitungsleistung.
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Aus der
EP 1 107 538 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem Codierungsmodi für ein Gerät abhängig von einer Prioritätenlisten ausgewählt werden. Ein ähnliches Verfahren beschreibt auch die
US 2002/0105917 A1 .
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Die
DE 100 14 218 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Getriebes eines Fahrzeugs. Dabei wird das automatische Getriebe in Abhängigkeit davon gesteuert, ob die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs in einer ersten Betriebsart oder in einer zweiten Betriebsart betrieben wird.
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Ein Verfahren zur geteilten Nutzung von Anwendungsprogrammen in mehreren Computersystemen ist der
US 5,949,975 zu entnehmen.
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Vorteile der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, wird ein Verfahren zum Festlegen einer gemeinsamen Betriebsart für eine Mehrzahl von kooperierenden Geräten geschaffen, dessen Durchführung nur ein geringes Maß an Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten erfordert, und das infolge dessen anwendbar ist, ohne zu einer empfindlichen Beschränkung der auf einem Übertragungsmedium zwischen den mehreren Geräten für andere Aufgaben als die Wahl der Betriebsart zur Verfügung stehenden Übertragungsbandbreite zu führen.
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Dies wird erreicht, indem zunächst in jedem der Geräte anhand von Betriebsparametern des Geräts jeder Betriebsart ein Präferenzwert zugeordnet wird, der ein Maß für die Bevorzugung der betreffenden Betriebsart gegenüber den anderen Betriebsarten darstellt. Da sich die berücksichtigten Betriebsparameter von Gerät zu Gerät unterscheiden können, können die Präferenzen der Geräte für die eine oder andere Betriebsart unterschiedlich sein. Die Betriebsart mit dem höchsten Präferenzwert wird nicht, wie bei einem herkömmlichen Verfahren zum Festlegen einer Betriebsart für ein einzelnes Motorsteuergerät unmittelbar eingestellt, sondern zunächst nur vorgeschlagen. Unter den vorgeschlagenen Betriebsarten muss eine gemeinsame, für alle Geräte verbindliche Betriebsart festgelegt werden. Dies ist die Betriebsart mit der höchsten Akzeptanz, d. h. diejenige Betriebsart, für die das Minimum der dieser Betriebsart von den einzelnen Geräten zugeordneten Präferenzwerte den höchsten Wert unter allen vorgeschlagenen Betriebsarten aufweist.
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So ist es jedem Gerät möglich, eine für seine Bedürfnisse zweckmäßige Betriebsart auszuwählen, ohne dafür sämtliche, für die Auswahl einer gemeinsamen Betriebsart für alle Geräte relevanten Parameter kennen zu müssen. Diese brauchen daher nicht zwischen den einzelnen Geräten übertragen zu werden. Die einzigen Größen, die stattdessen gegebenenfalls übertragen werden müssen, um die gemeinsame Betriebsart zu finden, sind die Präferenzwerte.
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Einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens zufolge teilt jedes Gerät die von ihm den vorgeschlagenen Betriebsarten zugeordneten Präferenzwerte jedem anderen Gerät mit, und anschließend ermittelt jedes Endgerät anhand der ihm mitgeteilten Präferenzwerte die Betriebsart mit der höchsten Akzeptanz und stellt sie ein. Da dabei jedes Gerät auf den gleichen Satz von Präferenzwerten zurückgreift, ist das Ergebnis, die eingestellte Betriebsart, für alle beteiligten Geräte identisch.
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Eine alternative Möglichkeit ist, dass jedes Gerät wenigstens diejenigen der von ihm zugeordneten Präferenzwerte, die vorgeschlagenen Betriebsarten entsprechen, einer Zentraleinheit mitteilt, und dass die Zentraleinheit stellvertretend für die einzelnen Geräte die Betriebsart mit der höchsten Akzeptanz auswählt und die Geräte veranlasst, diese einzustellen. Bei dieser Ausgestaltung ist die Menge der von und zu jedem Gerät zu übertragenden Daten zwar etwas vergrößert, dafür sind aber die einzelnen Geräte von der Aufgabe entbunden, den gemeinsamen Betriebsmodus festzulegen, so dass die Verarbeitungsleistung der Geräte knapper dimensioniert sein kann oder vorhandene, aber nicht nur zur Festlegung der Betriebsart genutzte Verarbeitungsleistung für andere Aufgaben zur Verfügung steht.
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Wenigstens eines, vorzugsweise alle Geräte verfügen über eine Mehrzahl von Funktionen, denen für ihre Ausführung jeweils unterschiedliche Prioritäten zugeordnet sind. Dann kann zum Festlegen des Präferenzwertes jeder Betriebsart geprüft werden, ob es eine Funktion gibt, die die betreffende Betriebsart verbietet, wobei dann der Präferenzwert der Betriebsart um so höher ist, je niedriger die Priorität der prioritätshöchsten unter den die Betriebsart verbietenden Funktionen ist.
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Dadurch setzt sich bei der Ermittlung der gemeinsamen Betriebsart für alle Geräte von mehreren von verschiedenen Geräten vorgeschlagenen Betriebsarten diejenige durch, die von der am niedrigsten priorisierten Funktion verboten worden ist, d. h. diejenige, die keine oder nur die am wenigsten wichtige Funktion stört.
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Um den Zeitaufwand für die Ermittlung der Präferenzwerte zu minimieren, wird vorzugsweise für jede Betriebsart in der Reihenfolge abnehmender Priorität der Funktionen geprüft, ob eine Funktion die betreffende Betriebsart verbietet, und die Prüfung beendet, sobald eine solche Funktion gefunden worden ist.
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Um eine Aktualisierung der Betriebsart bei möglichst geringen Übertragungsaufwand zwischen den Geräten zu realisieren, gibt vorzugsweise jedes Gerät zunächst nur die von ihm ausgewählte Betriebsart bekannt, und die Ermittlung der Betriebsart mit der höchsten Akzeptanz, die die Übertragung von Präferenzwerten erfordert, wird nur durchgeführt, wenn ein anderes Gerät eine andere Betriebsart ausgewählt und bekannt gegeben hat, d. h., wenn unterschiedliche Wünsche der einzelnen Geräte hinsichtlich der einzustellenden Betriebsart vorliegen. Wenn alle Geräte sich hinsichtlich der einzustellenden Betriebsart einig sind, so kann diese sofort eingestellt werden, ohne dass die Akzeptanzwerte der Betriebsarten ausgewertet werden müssten.
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Wenn sich herausstellt, dass die von den einzelnen Geräten ausgewählten und ausgegebenen Betriebsarten unterschiedlich sind, so bleibt eine zu Beginn des Verfahrens an allen Geräten eingestellte Betriebsart eingestellt, während eine Entscheidung über die Betriebsart mit der höchsten Akzeptanz getroffen wird.
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Um in dem Fall, dass die Geräte unterschiedliche Betriebsarten für sich ausgewählt haben, den Konflikt zwischen den Geräten möglichst schnell aufzulösen, ist vorgesehen, dass, wenn auf einem Datenkanal, über den die Geräte kommunizieren, ein erstes periodisches Zeitfenster für die Übertragung der von den einzelnen Geräten für sich ausgewählten Betriebsarten genutzt wird, ein zweites, gegen das erste Zeitfenster phasenverschobenes Zeitfenster für die Übertragung der Präferenzwerte genutzt wird, so dass im Falle eines Konflikts zwischen den ausgewählten Betriebsarten der Konflikt möglichst schnell, insbesondere innerhalb einer Periode der Zeitfenster, aufgelöst wird.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gerät, insbesondere ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, das eine Mehrzahl von Betriebsarten unterstützt und eingerichtet ist, anhand von Betriebsparametern jeder Betriebsart einen Präferenzwert zuzuordnen und aus der Mehrzahl von Betriebsarten eine Auswahl zu treffen, das eine Schnittstelle zum Senden von Angaben über die den Betriebsarten zugeordneten Präferenzwerte und die von dem betreffenden Gerät ausgewählte Betriebsart und zum Empfangen wenigstens einer eine Betriebsart bezeichneten Angabe von wenigstens einem anderen Gerät aufweist, und das eingerichtet ist, anhand der empfangenen Angabe eine Betriebsart einzustellen. Die wenigstens eine Betriebsart bezeichnende Angabe kann dabei von einem zweiten, gleichartigen Gerät kommen und einen Präferenzwert für eine ausgewählte Betriebsart beinhalten, sie könnte aber auch von einer Zentraleinheit kommen, die anhand der von den Geräten gelieferten Angaben eine Betriebsart für alle Geräte verbindlich festlegt und eine diesbezügliche Angabe an die Gerte übermittelt.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Zentraleinheit zum Festlegen einer Betriebsart für eine Mehrzahl von Geräten der oben definierten Art, die eingerichtet ist, Angaben über Präferenzwerte ausgewählter Betriebsarten von den Geräten zu empfangen und eine Angabe, die die Betriebsart mit der höchsten Akzeptanz bezeichnet, an die Geräte zu senden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 schematisch einen mit zwei Steuergeräten gemäß der Erfindung ausgestatteten Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug; und
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2 ein Flussdiagramm eines in den zwei Steuergeräten der 1 ablaufenden Verfahrens zum Festlegen einer Betriebsart.
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1 zeigt stark schematisiert einen Verbrennungsmotor 1 mit acht Zylindern 2, die in zwei Gruppen von je vier Zylindern zusammengefasst sind. Jede Gruppe von Zylindern 2 ist durch ein eigenes Steuergerät 3, 4 gesteuert, das Zündzeitpunkt, Kraftstoffzufuhr und andere Betriebsgrößen der einzelnen Zylinder anhand von Betriebsparametern wie etwa einer von einem Drehzahlsensor 5 erfassten Kurbelwellendrehzahl, einer über ein Gaspedal eingegebenen Leistungsanforderung, der Temperatur eines Abgaskatalysators, festlegt. Die Steuergeräte 3, 4 unterstützen eine Mehrzahl von Betriebsarten, die sich hinsichtlich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (fett, stöchiometrisch, mager) oder des Einspritzzeitpunkts (früh, homogene Verteilung bzw. spät, um die Einspritzstelle an der Zündkerze konzentrierte Verteilung) unterscheiden.
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Die Steuergeräte 3, 4 sind untereinander und mit nicht dargestellten, die Auswahl einer Betriebsart durch die Steuergeräte beeinflussenden Sensoren durch einen CAN-Bus 6 verbunden.
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Jedes Steuergerät 3, 4 hat eine Mehrzahl von Funktionen, die Einfluss auf die Auswahl einer Betriebsart nehmen können. Dabei ist der Einfluss einer Funktion auf die ausgewählte Betriebsart um so größer, je höher die Funktion in einer vorgegebenen Hierarchiefolge der Funktionen steht.
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Die oberste Stufe der Hierarchiefolge bildet eine Überwachungsfunktion, deren Aufgabe es ist, sicherheitskritische Zustände des Fahrzeugs zu erkennen und gegebenenfalls zu korrigieren. Die Überwachungsfunktion kann beispielsweise dazu dienen, einen Zustand zu erkennen, bei dem das vom Motor 1 bereitgestellte Antriebsmoment größer ist, als einer Stellung des Fahrpedals entspricht, und in einem solchen Fall eine Betriebsart mit geringer Drehmomententwicklung wie etwa Schichtbetrieb vorschreiben, bei der die Kraftstoffkonzentration nur in einem Teil des Zylinders 2 über der Zündschwelle liegt.
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Auf einer zweiten Stufe ist eine Bauteilschutzfunktion angesiedelt, die dazu dient, Situationen zu erkennen, die eine Gefährdung einzelner Bauteile des Fahrzeugs darstellen können, wie etwa eine Überhitzung des Katalysators, und einer solchen Situation entgegenzuwirken.
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Die nächst niedrigere Ebene bildet eine Notlauffunktion, die nach dem Eingreifen einer der zwei genannten Schutzfunktionen eine weitere Fortbewegung des Fahrzeugs unter Vermeidung der Gefährdungssituation ermöglicht.
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Die hierarchisch nächst niedrigere Funktion dient der Überprüfung, welche der verfügbaren Betriebsarten überhaupt für einen aktuellen vom Fahrer angeforderten Drehmomentwert geeignet ist.
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Weitere Funktionen dienen der Regeneration des Katalysators, steuern den Motor in einer Start- oder Warmlaufphase oder dienen der Erkennung von Fehlerzuständen.
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2 erläutert das Verfahren zum Festlegen einer gemeinsamen Betriebsart für die zwei Steuergeräte 3, 4. Die unterstützten Betriebsarten werden mit Buchstaben a bis e bezeichnet. Ausgehend von einem für die zwei Steuergeräte mit S1 bzw. S'1 bezeichneten Ausgangszustand beginnt die Auswahl einer Betriebsart durch eines der Steuergeräte 3, 4 damit, dass das betreffende Steuergerät für alle von dem Steuergerät unterstützten Betriebsarten prüft, ob sie von der Überwachungsfunktion verboten werden oder nicht. Der Satz der nicht verbotenen Betriebsarten wird dann sukzessive von der in der Hierarchie nächst niedrigeren Funktion geprüft, und unter den denjenigen Betriebsarten, die von keiner der genannten Funktionen ausgeschlossen worden ist, wählt schließlich die in der Hierarchie zu unterst stehende Funktion diejenige mit den günstigsten Verbrauchswerten aus. Auf diese Weise wird in jedem Steuergerät 3, 4 für jede Betriebsart bis auf die ausgewählte eine Hierarchiestufe derjenigen Funktion erhalten, durch die die Betriebsart ausgeschlossen worden ist. In dem Flussdiagramm der 2 ist dieses Stadium für die zwei Steuergeräte 3, 4 jeweils mit S2 bzw. S'2 bezeichnet. Es ist in der Figur symbolisiert durch eine Tabelle mit fünf Spalten, entsprechend den Betriebsarten a, b, ..., e und einer gleichen Anzahl von Zahlenwerten, die für jede der Bewegungsarten jeweils die Hierarchiestufe einer Funktion angeben, die die betreffenden Betriebsart ausschließt. So ist in dem in 2 dargestellten Beispiel etwa die Betriebsart d durch eine Funktion der zweiten Hierarchiestufe, die Betriebsarten a, e durch eine Funktion der dritten Stufe, usw. ausgeschlossen, bis hin zur Betriebsart c, welcher der Zahlenwert 9 zugeordnet ist. Dieser Zahlenwert ist um 1 größer als die hier gleich 8 angenommene Zahl der Hierarchiestufen und bedeutet hier, dass keine Funktion der Hierarchie diesen Betriebszustand ausgeschlossen hat. Die Zahlenwerte stellen gleichzeitig einen Präferenzwert dar, der die Bevorzugung einer Betriebsart gegenüber anderen beschreibt. Der höchste Wert 9 entspricht dem höchsten Maß an Bevorzugung, während Betriebsarten mit niedrigem Zahlenwert nach Möglichkeit nicht eingestellt werden sollten.
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In der Praxis werden die Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen, solange der Motor störungsfrei läuft, keinen Betriebszustand ausschließen, genau so wenig wie die Funktionen zur Katalysatorregenerierung, solange kein Regenerierungsvorgang läuft, und erst auf der letzten Hierarchiestufe werden alle Betriebsarten bis auf die ökonomischste ausgeschlossen.
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Die somit als einzige nicht ausgeschlossene Betriebsart übrig gebliebene Betriebsart wird in Schritt S3 bzw. S'3 als Betriebsart OP bzw. OP' des Steuergeräts 3 bzw. 4 ausgewählt und über den CAN-Bus 6 dem jeweils anderen Steuergerät 4 bzw. 3 gemeldet.
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Beide Steuergeräte 3 und 4 vergleichen nun die selbst ausgewählte Betriebsart mit der vom anderen Steuergerät gemeldeten Betriebsart OP bzw. OP'. Im Fall der Übereinstimmung wird die ausgewählte Betriebsart in Schritt S5, S'5 eingestellt; im Fall der Nichtübereinstimmung meldet jedes Steuergerät 3 bzw. 4 an das jeweils andere den Präferenzwert V(OP) bzw. V(OP'), den es der vom jeweils anderen Steuergerät ausgewählten Betriebsart OP bzw. OP' in Schritt S2 bzw. S'2 zugeordnet hat. Wenn man beispielsweise annimmt, dass eine Störung in dem vom Steuergerät 3 gesteuerten Teil des Verbrennungsmotors 1 die Bauteilschutzfunktion veranlasst hat, die Betriebsart c zu verbieten, so steht auf der untersten Hierarchiestufe nur noch die Betriebsart b zur Auswahl, so dass auf dieser Hierarchiestufe keine Betriebsart mehr ausgeschlossen werden kann und als den einzelnen Betriebsarten zugeordnete Hierarchiewerte abweichend von der Darstellung in Schritt S2 von 2 a = 3, b = 9, c = 2, d = 2, e = 3 erhalten werden. In diesem Fall wäre die in Schritt S3 für das Steuergerät 3 gewählte Betriebsart OP die Betriebsart b. Dann stimmen in Schritt S4, S4' die Betriebsarten OP = b, OP' = c nicht überein. Jedes Steuergerät 3, 4 meldet daraufhin über den CAN-Bus 6 an das jeweils andere Steuergerät seinen Präferenzwert V(OP') bzw. V' (OP) für die von dem jeweils anderen Steuergerät ausgewählte Betriebsart OP, OP', d. h. die Hierarchieebene V(OP') bzw. V'(OP), auf der die von dem jeweils anderen Steuergerät ausgewählte Betriebsart bei ihm selbst ausgeschlossen worden ist. So liefert beim hier betrachteten Beispiel das Steuergerät 3 V(c) = 2 an das Steuergerät 4 und das Steuergerät 4 liefert V'(b) = 8 an das Steuergerät 3. Beide Steuergeräte kennen nun die Hierarchieebenen V'(OP) (hier gleich 8) und V(OP') (hier gleich 2) und vergleichen diese in Schritt S7, S'7. Je nach Ergebnis des Vergleichs wird in Schritt S8, S'8 die selbst ausgewählte oder die vom anderen Steuergerät ausgewählte Betriebsart eingestellt. Im vorliegenden Fall mit V'(b) = 8, V(c) = 2 wird von beiden Steuergeräten die von der niedriger rangigen Funktion ausgeschlossene Betriebsart b eingestellt (S8, S'8).
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Das Verfahren ist auf mehr als zwei Steuergeräte erweiterbar. In einem Verfahren zum Festlegen einer gemeinsamen Betriebsart für n Steuergeräte sind die Schritte S1 bis S3 für jedes Steuergerät die gleichen wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben. Schritt S4 beinhaltet den paarweisen Vergleich aller ausgewählten Betriebsarten. Nur wenn diese sämtlich identisch sind, wird die ausgewählte Betriebsart in S5 unmittelbar eingestellt. Anderenfalls empfängt in Schritt S6 jedes Steuergerät von allen anderen die den einzelnen vorgeschlagenen Betriebsarten zugeordneten Präferenzwerte, entscheidet über diejenige mit der höchsten Akzeptanz und stellt sie ein.
