DE19709317A1

DE19709317A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19709317A1
Application number: DE19709317A
Authority: DE
Inventors: Peter Dominke; Holger Dr Bellmann; Jens-Olaf Dr Mueller; Torsten Dr Bertram; Asmus Volkart; Christian Grosse; Wolfgang Dr Hermsen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2017-03-08
Also published as: JP4824844B2; US5991669A; DE19709317B4; JPH10250416A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs.

Ein derartiges Steuerverfahren bzw. eine derartige Steuer vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-A-41 11 023 (US-Patent 5,351,776) bekannt. Dort wird eine Steuerung des Gesamtfahrzeugs, wenigstens bezüglich Antriebsstrang und Bremse, vorgeschlagen, welche eine hierarchische Auf tragsstruktur für die Steueraufgaben aufweist. Die dort be schriebe Steuerungsstruktur umfaßt Koordinationselemente, welche einen aus einer höheren Hierarchieebene ausgehenden Befehl in Befehle für Elemente einer nachgeordneten Hierar chieebene umsetzen. Die Inhalte der von oben nach unten in der Hierarchiestruktur weitergegebenen Befehle stellen phy sikalische Größen dar, die die Schnittstellen zwischen den einzelnen Hierarchieebenen bestimmen. Die beschriebenen Schnittstellen orientieren sich dabei an den physikalischen Gegebenheiten der Fahrzeugbewegung, insbesondere des An triebsstrangs und der Bremse. Eine darüber hinaus gehende Betrachtung einer Fahrzeugsteuerung beispielsweise unter Be rücksichtigung der Karosserieelektronik (z. B. Generator steuerung, Schiebedachantrieb, Fensterheber, usw.) wird nicht beschrieben. Aufgrund der zunehmenden Vernetzung von bisher eigenständigen Systemen in der Fahrzeugtechnik reicht die ausschließliche Betrachtung von Antriebsstrang und Brem se nicht mehr aus.

Vielmehr ist es erforderlich, eine Steue rungsstruktur des Gesamtfahrzeugs anzugeben, mit deren Hilfe auch außerhalb der Triebstrang- und Bremsensteuerung liegen de Systeme verknüpft werden können und deren Aufgaben koor diniert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa tentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung beschreibt die Verwaltung und Verteilung der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Ressourcen. Dabei wird unter Ressource eine Leistung verstanden, die von Komponen ten, sogenannten Quellen, anderen Komponenten, sogenannten Senken oder Verbrauchern, zum Verbrauch zur Verfügung ge stellt wird. Beispiele für derartige Ressourcen sind "mechanische Leistung", die vom Antriebsstrang (Motor, Kupp lung, Getriebe), vom Scheibenwischermotor, vom Schiebedach motor, usw. erzeugt wird, "elektrische Leistung", die vom Generator und der Batterie bereitgestellt wird, "thermische Leistung", die vom Motor und ggf. von einem Latentwärmespei cher erzeugt wird, usw.

Hier sind bei dem Beispiel "mechanische Leistung" die aufge führten Komponenten Antriebsstrang, Scheibenwischermotor und Schiebedachmotor Quellen voneinander unabhängige Ressourcen, die ebenso unabhängig voneinander verwaltet werden.

Durch die beschriebene Verwaltung und Verteilung der Res sourcen wird eine Steuerungsstruktur für das Gesamtfahrzeug bereitgestellt, die über Antriebsstrang und Bremse hinaus auch andere Komponenten, insbesondere Komponenten der Karos serieelektronik, berücksichtigen kann.

Besondere Vorteile ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Lösung, da der Ressourcenverwalter entscheidungsfähig bezüg lich der Ressourcenverteilung ist, ohne daß er spezifische Details über die einzelnen Verbraucherkomponenten kennen muß. Daher wird der Verwalter mit möglichst allgemeinen und eher abstrakten, aber dennoch aussagekräftigen Informationen über die einzelnen Komponenten im voraus versorgt.

Besonders vorteilhaft ist, daß die beschriebene Ressourcen verwaltung eine deutliche Vereinfachung der Analyse der Steuerungsstruktur im Rahmen des Entwicklungsprozesses er möglicht, da das Muster zur Ressourcenverwaltung eine Model lierungshilfe für die Anordnung der Ressourcen in den ein zelnen Ebenen während der Analyse der Steuerungsstruktur und die ablaufende Kommunikation bietet, ohne daß die Verbrau cher bezüglich des Verbrauchs von Ressourcen priorisiert werden müssen.

Ferner ist vorteilhaft, daß die Ressourcenverwaltung über sichtlich ist und sich einfach in die Struktur des Ge samtfahrzeugs integrieren läßt. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer ganzheitlichen Architektur des Gesamtfahr zeugs mit einer frei optimierbaren Hardwaretopologie.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Ressourcenverwaltung und -verteilung eigenständig ausgelegt werden kann (Entwicklungssharing) und somit die Möglichkeit bietet, be reits getestete Softwaremodule mit standardisierten physika lischen Schnittstellen wiederzuverwenden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß eine Ressourcenverwaltung mit Koordinatoren auf gleicher Ebene wie die Quellen und Verbraucher sowie mit übergeordne ten Koordinatoren bei gekoppelten Ressourcen die Möglichkeit bietet, ein übersichtliches Gesamtleistungsmanagement mit wenigen Schnittstellen und voneinander weitestgehend unab hängigen Komponenten zu ermöglichen. Dadurch ergibt sich ei ne gute Austauschbarkeit der Komponenten, die aufgrund der wenigen, definierten Schnittstellen unabhängig voneinander entwickelt und getestet werden können (Entwicklungs-Sha ring).

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 an einem Beispiel eine Hardware-Konfiguration eines vernetzten Steuerungssystems für ein Fahrzeug. In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Ressourcenverwaltung und -verteilung in allgemeiner Form dargestellt. Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Verwaltung und Ver teilung mechanischer und elektrischer Leistung. In Fig. 4 ist am Beispiel eines Interaktionsdiagramms die Kommunikati on zwischen den Komponenten beim Anwendungsbeispiel aus Fig. 3 dargestellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist anhand eines Blockschaltbildes ein Beispiel für eine Hardware-Konfiguration eines Steuerungssystems für ein Fahrzeug dargestellt. Dabei ist mit 100 ein sogenannter Master-Controller bezeichnet, der unter anderem ein Inter face 102 (Gateway) umfaßt, an dem verschiedene BUS-Systeme angeschlossen sind. Die Aufteilung dieser BUS-Systeme ist dabei beispielhaft. Das erste BUS-System 104 stellt die Kom munikation zwischen dem Master 100 und den das Abtriebsmo ment steuernden Elementen her. Der BUS 104 verbindet den Ma ster 100 mit einem Steuergerät 106 zur Motorsteuerung und einem Steuergerät 108 zur Getriebesteuerung. Andererseits ist der BUS 104 über entsprechende Leitungen 114 bis 116 mit Meßeinrichtungen 110 bis 112 verbunden. Diese Meßeinrichtun gen erfassen die zur Steuerung des Abtriebsmoments auszuwer tenden Betriebsgrößen des Motors und/oder des Fahrzeugs, beispielsweise Fahrgeschwindigkeit, Motordrehzahl, zugeführ te Luftmenge bzw. -masse, Last, Abgaszusammensetzung, Motor temperatur, Getriebeübersetzung, Schaltzustand eines Wand lers, Klopfneigung, usw. Ein zweiter BUS 118 verbindet den Master-Controller 100 bzw. sein Interface 102 mit Elementen zur Bremsensteuerung 120, Lenkung 122 und/oder zur Fahrwer kregelung 124. Analog zum oben Gesagten werden von den Meßeinrichtungen 126 bis 128 über entsprechende Verbindungs leitungen 130 bis 132 dem BUS 118 Betriebsgrößen des Motors und/oder des Fahrzeugs wie Raddrehzahlen, Feder/Dämpfer- Wege, Bremskräfte, usw. zugeführt. Ferner sind noch weitere BUS-Systeme 134 und 136 vorgesehen, die vorzugsweise mit ei ner anderen Übertragungsrate als die Systeme 104 und 118 ar beiten. Diese BUS-Systeme verbinden den Master-Controller mit Geräten 138 der Karosserieelektronik (Generator, Licht, Sitzverstellung, Fensterheber, Schiebedachantrieb, usw.) am BUS 134 und ggf. mit Geräten 140 zur Telekommunikation am BUS 136. Die zur Beeinflussung von Motor, Bremsanlage, usw. notwendigen Stellelemente und Stellglieder sind entweder an die jeweilige Steuereinheit oder an den jeweiligen BUS ange schlossen.

Die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration stellt ein Bei spiel dar, welches in anderen Ausführungsbeispielen bei spielsweise unter Verzicht auf den Master-Controller 100 an ders gestaltet sein kann. Wesentlich ist, daß die erfin dungsgemäße Ressourcenverwaltung und -verteilung, die nach folgend beschrieben ist, unabhängig von der konkreten Ausge staltung des Steuerungssystems auf Hardwareebene ist und ei ne nach Platz-, Störungsanfälligkeitsgründen oder derglei chen optimierte Konfiguration der einzelnen Elemente des Steuerungssystems erlaubt. Umgekehrt erlaubt die erfindungs gemäße Vorgehensweise aber auch eine an die Ressourcenver waltung und -verteilung angepaßte Hardwarekonfiguration, wenn beispielsweise im konkreten Anwendungsfall die Quellen mechanischer Leistung und elektrischer Leistung durch je weils eine Steuerungseinheit gesteuert werden, während der zuständige übergeordnete Koordinator im Ma ster-Controller 100 plaziert wird.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Ressourcenverwaltung und -verteilung in allgemeiner Form. Der in Fig. 2 dargestellte Grundgedanke der Ressourcenverwaltung und -verteilung erfor dert bezüglich einer Ressource, daß Quelle und Verbraucher innerhalb einer Ebene der Struktur anzuordnen sind. Er wird auch angewendet bei gekoppelten Ressourcen, d. h. bei Res sourcen, die von Verbrauchern (auch in verschiedenen Ebenen) genutzt werden und die voneinander abhängig sind. Der Ge samtkoordinator ist dann den Einzelressourcenkoordinatoren übergeordnet anzuordnen, d. h. mindestens in der höchsten der beteiligten Ebenen.

Fig. 2 zeigt eine Quelle sowie zwei Verbraucher (Verbraucher 1 und Verbraucher 2) und einem der Quelle und den Verbrauchern zugeordneten Koordinator, der die Ressour cenverwaltung und -verteilung übernimmt. Im nachfolgenden wird angenommen, daß Quelle, Verbraucher und Koordinator sich in einer Ebene (Detaillierungsebene x) befinden, da die von der Quelle bereitgestellte Ressource nur innerhalb die ser Ebene nur von den beiden Verbrauchern verbraucht wird. Der in Fig. 2 dargestellte Grundgedanke wird jedoch auch dann angewendet, wenn die von der Quelle erzeugte Ressource von verschiedenen Verbrauchern in unterschiedlichen Ebenen verbraucht wird, und/oder wenn von den Verbrauchern 1 und 2 der dargestellten Detaillierungsebene x weitere Ressourcen aus einer anderen Ebene verbraucht werden.

Der Koordinator der in Fig. 2 dargestellten Detaillie rungsebene koordiniert die Bereitstellung und den Verbrauch der Ressource. Jede Komponente der entsprechenden Detaillie rungsebene besitzt für jede Ressource (beispielsweise mecha nische, elektrische, thermische, hydraulische, pneumatische Leistung, usw.) einen eigenen Sammler, der den speziellen Ressourcenbedarf der Verbraucher dieser Komponente und ggf. auch der Quelle der Ressource ermittelt. Mit dem Begriff Komponente ist dabei nicht zwingend ein Bauteil (Hardware) gemeint. Vielmehr wird unter Komponente im Rahmen der allge meinen Definition ein Bestandteil eines Ganzen verstanden. So werden unter einer Komponente Hardware- und/oder Soft waremodule zusammengefaßt. Die Sammler bestimmen in den ein zelnen Verbrauchern und ggf. in der Quelle, die jeweils aus verschiedenen Teilkomponenten bestehen können, den jeweili gen Bedarf an der von der Quelle erzeugten Ressource (beispielsweise mechanische Leistung). Der Ressourcenbedarf der einzelnen Komponenten wird in mehreren, unterschiedlich priorisierten Teilmengen ermittelt, so daß für jede Einzel komponente des entsprechenden Verbrauchers oder der Quelle der jeweilige Ressourcenbedarf vorliegt. Diese einzelnen Teilmengen sind je nach ihrer Wichtigkeit unterschiedlich priorisiert und werden zur Bestimmung des Ressourcenbedarfs der Komponente aufsummiert.

Der Koordinator fragt jede Komponente (Verbraucher und Quel le) der Detaillierungsebene nach ihrem Ressourcenbedarf bzw. erhält diese Werte von den Komponenten (Bedarfsabfrage oder Anforderungsbeziehung). Der Koordinator fragt ferner die Quellen der Ressource nach dem verfügbaren Potential, d. h. der Maximalmenge der Ressource, die von der Quelle erzeugt werden kann, bzw. erhält entsprechende Werte von der Quelle (Potentialabfrage). Dabei wird in einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel unter verfügbarem Potential nicht ein einzel ner Wert verstanden, sondern mehrere Werte. Diese Werte wer den mit Gütemerkmalen versehen. Die Gütemerkmale geben dem Koordinator weitere Informationen für die Entscheidung über die Verteilung der Ressource, da sie etwas über den Charak ter der Bereitstellung aussagen. Mögliche Gütemerkmale sind beispielsweise "optimal", "akzeptabel" oder "maximal". So kann beispielsweise der Verbrennungsmotor ein verfügbares Potential mit der Güte "optimal" bei verbrauchsoptimaler Steuerung ermitteln oder ein verfügbares Potential mit der Güte "maximal" bei einer Steuerung auf maximale Leistung.

Der Koordinator verteilt das verfügbare Potential der Quel len entsprechend dem nach Wichtigkeit des Verbrauchers und/oder der Bedarfsart priorisierten Ressourcenbedarf der einzelnen Komponenten. Ein Konfliktfall liegt vor, wenn der aufsummierte Ressourcenbedarf der Verbraucher (und ggf. der Quelle) das Potential der Quellen übersteigt. In diesem Fall beschränkt der Koordinator entsprechend der Prioritäten und einer in der Spezifikation festgelegten Strategie die von jeder Komponente der Ebene x zum Verbrauch verfügbaren Res sourcenbeträge. Die Entscheidungsstrategie ist im Koordina tor abgelegt und kann situationsabhängig oder fahrertypab hängig variiert werden.

Der Koordinator teilt den Komponenten der Detaillierungsebe ne x einen ggf. eingeschränkten Verbrauch der Ressource zu (Bedarfszuteilung) und beauftragt die Quellen der Ressource, die Summe der zugeteilten Ressourcen bereitzustellen (Gesamtbedarfsbereitstellung). Jede Komponente verteilt ent sprechend der Prioritäten und der in der Spezifikation vor gegebenen Strategie die vom Koordinator zugeteilten Ressour cen auf ihre Einzelkomponenten.

Die Sammlung und Zuteilung der Ressource einer nur lokal in nerhalb einer Komponente verfügbaren Ressource kann sich mit gleicher Vorgehensweise in verschiedenen Detaillierungsebe nen bei Verfeinerung einer Komponente wiederholen.

Das Muster für die Verwaltung und Verteilung einer Ressource ist unabhängig von der Art der Ressource. Jede Ressource er fordert einen eigenen Koordinator, der Aufträge im Rahmen der Ressourcenverwaltung und -verteilung an die Quellen und Verbraucher erteilt.

Für die Verwaltung von gekoppelten Ressourcen ist ein über geordneter Koordinator notwendig. Der übergeordnete Koordi nator greift dabei nur auf die Koordinatoren der jeweiligen Ressourcen über Aufträge zu und realisiert in ihm abgelegte Strategien. Für die Abläufe zur koordinierten Verwaltung ge koppelter Ressourcen ist jeweils von deren gegenseitigen physikalischen Abhängigkeiten auszugehen. An der prinzipiel len Strategie zur Ressourcenverwaltung wird nichts geändert. Allerdings wird die logisch ablaufende Kommunikation zur Ressourcenverwaltung an verschiedenen Stellen, die sich an den physikalischen Abhängigkeiten orientieren, aufgebrochen und entsprechend geschachtelt weitergeführt. So kann bei spielsweise in einem Fall nach der Bedarfs- und Potentialab frage eines Koordinators die Bedarfszuteilung erst dann er folgen, wenn von der höheren Ebene eine Bedarfszuteilung er folgt ist. Damit ergibt sich eine flexible Anpaßbarkeit der Ressourcenverwaltung und -verteilung an die jeweilige System ausprägung bei gleichzeitig klar eingegrenztem Änderungs aufwand. Gekoppelte Ressourcen sind Ressourcen, die nicht unabhängig voneinander verwaltet werden können. Als Beispiel ist hier die Kopplung zwischen der Ressource mechanische Leistung, die durch die Quelle Motor, Kupplung und Getriebe zur Verfügung gestellt wird, und einer Ressource elektrische Leistung zu nennen, die von dem Generator und der Batterie des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Der Generator benötigt zur Bereitstellung der elektrischen Leistung eine mechani sche Leistung, die vom Motor produziert wird. Bezüglich der Bedarfs- und Potentialabfrage sowie der Bedarfszuteilung hat der Koordinator der Quelle für die mechanische Leistung die Aufträge vom übergeordneten Koordinator, der die Bedürfnisse der Quelle für die elektrische Leistung sammelt, zu berück sichtigen.

Die beschriebene Ressourcenverwaltung und -verteilung er füllt die anwachsenden Forderungen des Automobilmarktes nach stark anwachsender Funktionalität, niedrigen Entwicklungsko sten und kurzen Innovationszyklen. Die stark anwachsende Funktionalität schlägt sich in immer komplexeren Koppelfunk tionen nieder, bei denen bisher autarke Komponenten integra tiv genutzt werden. Als Beispiele sind hier die folgenden Koppelfunktionen zu nennen:

Tabelle 1 Kopplungsfunktionen und zu koordinierende Komponenten

Koppelfunktion
zu koordinierende Komponenten
Fahrdynamikregelung	Bremse, Motor, Getriebe, Differential, Fahrwerk, Lenkung
Abstandsregelung	Motor, Getriebe, Bremse
Triebstrangregelung	Motor, Kupplung, Getriebe
Bordnetzmanagement	Motor, Generator, Batterie
Innenraumklimatisierung	Klimaanlage, Motor, Latentwärmespeicher, Umluftklappe
Wegfahrsperre	Motor, Getriebe, Lenkung
Leuchtweitenregelung	Scheinwerfer, Lenkung, Fahrwerk
Pre-crash-Sensierung usw.	Abstandsregelung, Gurtstraffer, Airbag, Überrollbügel

Zur Realisierung der Koppelfunktionen werden die Komponenten zu Funktionsgruppen kombiniert und in hierarchischen Ebenen organisiert, wie am Beispiel des Antriebsstrangs und der Bremse im eingangs genannten Stand der Technik geschehen. Die Anordnung der Komponenten innerhalb der Hierarchie ist von entscheidender Bedeutung für die Übersichtlichkeit der Struktur des Gesamtfahrzeugs.

Im Kraftfahrzeug sind verschiedene Ressourcen verfügbar, die von unterschiedlichen Quellen erzeugt werden. Beispiele sind in der folgenden Tabelle genannt.

Tabelle 2 Beispiele für Ressourcen und Quellen

Ressource
Quelle
mechanische Leistung 1	Motor, Kupplung, Getriebe
mechanische Leistung 2	Scheibenwischermotor
mechanische Leistung 3	Schiebedachmotor
elektrische Leistung 1	Generator, Batterie
elektrische Leistung 2	Batterie, Zündschlüssel
thermische Leistung 1	Motor, Latentwärmespeicher
thermische Leistung 2	Standheizung
hydraulische Leistung	Hydraulikspeicher, -pumpe
pneumatische Leistung	Druckluftspeicher, Kompressor
chemische Leistung	Kraftstofftank
usw.

Die Quelle einer Ressource und ihre Verbraucher werden in der Hierarchie immer nur so hoch wie nötig und dabei so tief wie möglich modelliert (d. h. im Rahmen einer ggf. ebenfalls hierarchischen Struktur dargestellt). Diese Notwendigkeit ergibt sich aus den Aufgaben der Komponenten. Die möglichst tiefe Anordnung der Komponenten in der Hierarchie gewährt eine gute Austauschbarkeit der Komponenten.

Greifen mehrere Komponenten als Verbraucher auf eine oder mehrere Quellen einer Ressource zu, dann sind die Quellen in der Detaillierungsebene zu modellieren, in der die Aufträge, welche zum Ressourcenverbrauch führen, koordiniert werden. Ein Koordinator zur Verwaltung und Verteilung der Ressource ist ebenfalls in dieser Ebene zu modellieren. Die Quellen können dann weiter in tieferen Detaillierungsebenen verfei nert werden. Der Koordinator hat für den Fall, daß zur Be reitstellung der Ressource mehrere Quellen zur Verfügung stehen, neben der Koordination der Verbraucher auch die Auf gabe, die Quellen hinsichtlich eines gemeinsamen Potentials der Ressource zu verwalten.

Die Auswahl einer Detaillierungsebene richtet sich nach Ge sichtspunkten wie der Anordnung des Auftraggebers für die Komponente in der Hierarchie, ob die Komponente ihre Aufga ben autark erfüllen kann oder externe Koordinatoren benö tigt, welche Informationen für die Vergabe von Aufträgen be nötigt werden, wo die Aufträge der Komponente koordiniert werden, usw.

Ein Beispiel für die Verwaltung und Verteilung gekoppelter Ressourcen ist eine Optimierung über die Ressource mechani sche (Motor, Kupplung, Getriebe) und elektrische Leistung (Generator, Batterie). Zur Verdeutlichung dieser Optimierung soll das folgende Szenario betrachtet werden. Es liegt ein Konflikt vor, bei dem die Verbraucher der mechanischen Lei stung 100% der maximalen Leistung fordern. Der Generator als Verbraucher einer mechanischen Leistung generiert entspre chend seinem Wirkungsgrad eine elektrische Leistung, die er den Verbrauchern der elektrischen Leistung zur Verfügung stellt. Nun soll ein weiterer Verbraucher für elektrische Leistung zugeschaltet werden. Die für diesen Verbraucher be nötigte elektrische Leistung kann nicht aus der Batterie entnommen werden. Im Rahmen einer übergeordneten Optimierung werden also entweder andere elektrische Verbraucher oder aber auch Verbraucher einer mechanischen Leistung abgeschal tet. Für den Fall, daß Verbraucher einer mechanischen Lei stung abgeschaltet werden, steht dem Generator eine höhere mechanische Leistung zur Erzeugung einer höheren elektri schen Leistung zur Verfügung.

In den Fig. 3 und 4 ist die erfindungsgemäße Verwaltung und Verteilung von gekoppelten Ressourcen an einem konkreten Ausführungsbeispiel beschrieben. Fig. 3 zeigt dabei die Struktur, während in Fig. 4 die logische Reihenfolge der ablaufenden Kommunikation verdeutlicht ist.

Fig. 3 zeigt in einer oberen Detaillierungsebene einen Ko ordinator Gesamtfahrzeug, in einer unteren Ebene die Quelle mechanische Leistung RmL und die Quelle elektrische Lei stung ReL. Ferner sind nicht weiter strukturiert Komponenten und Verbraucher der Fahrzeugbewegung sowie von Karosserie und Innenraum dargestellt. Der Koordinator Gesamtfahrzeug, der in einer hohen Detaillierungsebene dargestellt ist, um faßt je einen Koordinator für die mechanische und für die elektrische Leistung, denen ein weiterer Koordinator zur Ko ordination der beiden Ressourcen übergeordnet ist. Entspre chend weist die Quelle mechanische Leistung RmL einen Koor dinator RmL für die Quelle mechanische Leistung sowie Samm ler für die elektrische und mechanische Leistung auf. Im ge zeigten Beispiel besteht die Quelle mechanische Leistung aus Motor, Wandler und Getriebe. Entsprechend ist die Quelle elektrische Leistung ReL mit einem Koordinator ReL sowie mit Sammlern für die elektrische und mechanische Leistung ausge stattet. Die Quelle elektrische Leistung besteht im gezeig ten Ausführungsbeispiel aus Generator und Batterie. In wei teren, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten De taillierungsebenen können die Quellen und Komponenten weiter strukturiert werden unter Beachtung der oben dargestellten Grundprinzipien. Zwischen den einzelnen Elementen werden In formationen und Aufträge ausgetauscht. Dabei sind die Infor mationskanäle mit gestrichelten Linien und einem Fragezei chen versehen dargestellt, während mit durchgezogenen Pfei len und mit Ausrufezeichen versehenen die Auftragskanäle dargestellt sind.

In Fig. 4 ist der zeitliche Zusammenhang der Informations- und Auftragsübermittlung dargestellt. Dabei ist von oben nach unten die Zeit aufgetragen, während waagrecht die je weilige Aktion dargestellt ist. Die Aktionen werden nachein ander durchgeführt.

Die Wirkungsweise der Ressourcenverwaltung und -verteilung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nachfolgend an hand der Fig. 3 und 4 beschrieben.

Jede Komponente sammelt mit Hilfe des Sammlers für die je weilige Ressource den zukünftigen Bedarf der in ihr enthal tenen Verbraucher. Dabei werden die Bedarfszahlen für die jeweilige Ressource in den Komponenten aufgrund des aktuel len Istzustandes der Komponente und/oder eines z. B. durch den Fahrerwunsch vorgegebenen zukünftigen Zustands berechnet und in dem jeweiligen Sammler nach Wichtigkeit priorisiert und gesammelt (aufsummiert). Beispielsweise wird der Bedarf an mechanischer Leistung des Verbrennungsmotors durch das dem sich ändernden Fahrerwunsch entsprechenden Drehmoments berechnet. Der Bedarf an elektrischer Leistung wird z. B. aus dem bei Einschaltung der Beleuchtung zu erwartendem Strombe darf bzw. Leistungsbedarf ermittelt.

Der Koordinator für die Ressource elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug fragt die Komponenten (Fahrzeugbewegung, Karosserie und Innenraum und sämtliche Quellen) auf die von diesen geforderte elektrische Leistung ab (Abfragen P_eFb(Prioritäten), P_eKb(Prioritäten), P_eRmb(Prioritäten), P_eReb(Prioritäten), vgl. Fig. 3 und 4). Bezüglich der elektrischen Leistung tritt die Quelle elektrische Leistung selber auch als Verbraucher auf (z. B. durch elektrische Batterieheizung, Ladung der Batterie, usw.).

Die Koordination der elektrischen Leistung erfolgt zentral durch den Koordinator elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug. Dies bedeutet, daß die Batterie nicht direkt eine Leistung vom Generator fordern kann. Damit wäre eine Priorisierung der Batterie gegenüber allen anderen elektri schen Verbrauchern verbunden, die nicht in allen Betriebszu ständen sinnvoll ist. Dies zeigt das folgende Szenario. Die Batterie sei fast leer und das Fahrzeug verfüge über eine Bremsanlage mit elektrischer Zuspannung. Für den Fall, daß die Batterie direkt ihren Bedarf an den Generator herantra gen würde, wäre es nicht mehr möglich, das Fahrzeug zu brem sen, da die gesamte Generatorleistung für die Ladung der Batterie benötigt wird. In der gezeigten Struktur jedoch wird die Batterie aufgrund einer Entscheidung eines Koordi nators einer höheren Detaillierungsebene nicht geladen, weil die momentane Leistung des Generators für die Bremse zum Verzögern des Fahrzeugs benötigt wird. Diese Entscheidung kann nur auf einer höheren Ebene getroffen werden, da der Koordinator ReL nicht weiß, woher die konkrete Anforderung bezüglich der elektrischen Leistung kommt.

Der Ladungszustand der Batterie ist in der Quelle elektri sche Leistung zu überwachen. Durch die Priorisierung des elektrischen Leistungsbedarfs im Sammler elektrischer Lei stung in der Quelle ReL kann der Koordinator elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug auf den Ladungszu stand der Batterie schließen. Ein Leistungsbedarf mit hoher Priorität entspricht einem schlechten Ladungszustand der Batterie.

Jede Komponente und Quelle meldet den Ressourcenbedarf elek trischer Leistung an den Koordinator elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug derart, daß zu einem Leistungsbe darf auch dessen Priorität mitgeliefert wird. Für den Fall, daß beispielsweise drei Prioritäten von jede Komponente ver geben werden können, meldet jeder Komponente maximal drei Leistungsanforderungen. Diese Werte haben zuvor innerhalb der Komponenten die internen Leistungssammler ermittelt, entsprechend priorisiert und nach Prioritäten aufsummiert.

In einem zweiten Schritt erfragt der Koordinator elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug bei der Quelle für die Ressource elektrische Leistung die realisierbare, elek trische Leistung (Abfrage P_eRerl (Gütemerkmale)). Die Quelle der Ressource elektrische Leistung teilt daraufhin dem Koor dinator elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug die realisierbare Leistung mit.

Der Koordinator elektrische Leistung berücksichtigt dabei noch nicht, daß sich aus der Bereitstellung der elektrischen Leistung durch den Generator eine Anforderung bezüglich der mechanischen Leistung ergibt. Dies ist sinnvoll unter dem Aspekt, daß beispielsweise der Generator durch einen eigenen Verbrennungsmotor angetrieben wird und dann keinen Bedarf bezüglich der mechanischen Leistung des Verbrennungsmotors meldet, der primär dem Vortrieb dient.

Unter der realisierbaren elektrischen Leistung ist nicht ein einzelner Wert zu verstehen. Vielmehr fallen hierunter meh rere Werte. Die realisierbare elektrische Leistung wird mit Gütemerkmalen versehen. Beispielsweise sollen die drei Güte klassen "optimal", "akzeptabel" und "maximal" für die elek trische Leistung existieren. Hierbei steht "optimal" bei spielsweise für ökonomische oder ökologische Optimierung. Eine entsprechende Zuordnung ergibt sich für die beiden üb rigen Gütemerkmale unter Gesichtspunkten wie beispielsweise Temperatur der Batterie, Wirkungsgrad des Generators usw. Die tatsächliche Anzahl der Merkmale sowie deren Ausprägung sind für den jeweiligen Anwendungsfall festzulegen.

Der Koordinator elektrische Leistung versucht den gesamten elektrischen Leistungsbedarf aus dem Generator zu decken. Die Batterie dient lediglich zur Pufferung der elektrischen Leistung. Allerdings ergibt sich die maximal realisierbare elektrische Leistung aus der Kombination des Generators mit der Batterie.

Auf der Basis der klassifizierten realisierbaren Leistungen kann dann der Koordinator Gesamtfahrzeug (Koordinator mech.-elekt. Leistung) über die Koordinatoren für die Ressourcen je nach Situation verschiedene Strategien realisieren, z. B. optimales Energiemanagement, Reduzierung des Brennstoffver brauchs, Erhöhung des Gesamtkomforts usw. Dies kann z. B. durch eine Vorgabe eines maximalen Betrags der Ressourcen in ausgewählten Betriebszuständen (z. B. möglichst minimale me chanische Leistung) erfolgen.

Ist der Wert der realisierbaren elektrischen Leistung nied riger als die von den Komponenten (Verbrauchern) geforderte Summe, muß der Koordinator elektrische Leistung im Koordina tor Gesamtfahrzeug anhand der Prioritäten entscheiden, wel che Leistungsbeträge welcher Komponente zur Verfügung ge stellt werden sollen.

In einem dritten Schritt beauftragt der Koordinator elektri sche Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug die Quelle der Ressource elektrische Leistung, die stationär geforderten Leistungen für die Verbraucher zur Verfügung zu stellen (Auftrag P_eRes (Randbedingungen)). Der Auftrag ist mit Rand bedingungen versehen. Diese beziehen sich beispielsweise auf die gewünschte Dynamik der Bereitstellung, da diese der Cha rakteristik der zuzuschaltenden Last entsprechen muß.

Darauf folgend bestimmt der Koordinator ReL, wie die elektri sche Leistung durch den Generator und/oder die Batterie zur Verfügung gestellt wird. Ist der Generator an der Leistungs bereitstellung beteiligt, dann meldet dieser einen Bedarf an mechanischer Leistung an den internen Sammler für die mecha nische Leistung in der Quelle ReL. Die Anforderung des Gene rators nach elektrischer Leistung initiiert die Verwaltung und Koordination der mechanischen Leistung durch den Koordi nator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug.

Dieser fragt die Komponenten auf deren geforderten mechani schen Leistung ab (Abfragen P_mReb(Prioritäten), P_mFb(Prio ritäten), P_mKb(Prioritäten), P_mRmb(Prioritäten)). Bezüg lich der mechanischen Leistung tritt die Quelle mechanische Leistung selber auch als Verbraucher auf (Motornebenaggre gate wie Wasserpumpe, Ölpumpe usw.). Die Koordination der Ressource mechanische Leistung soll zentral durch den Koor dinator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug erfolgen. Die Motornebenaggregate können nicht direkt eine mechanische Leistung vom Motor fordern. Dies würde einer Priorisierung der Motornebenaggregate gegenüber allen ande ren mechanischen Verbrauchern entsprechen. Eine Koordination der Motornebenaggregate ist allerdings nur möglich, wenn diese schaltbar sind, d. h. wenn sie gestuft oder stufenlos betrieben werden können. Schaltbare Motornebenaggregate sind in heutigen Fahrzeugen allerdings noch nicht üblich. Daß die Betrachtung des Verbrauchsaspekts der Motornebenaggregate bezüglich der mechanischen Leistung sinnvoll ist, zeigt ein Szenario bei dem ein Motornebenaggregat, beispielsweise die Wasserpumpe, nur mit Teillast betrieben wird. Dann kann die übrige mechanische Leistung dem Generator zur Ladung einer fast leeren Batterie zur Verfügung gestellt werden. Diese Vorgehensweise ist nur aufgrund einer Entscheidung eines Ko ordinators einer höheren Detaillierungsebene möglich und er höht die Variationsmöglichkeiten und damit die Integration von neuen Funktionen im System Gesamtfahrzeug. Die vorge stellte Entscheidung kann nur auf einer höheren Ebene ge troffen werden, da der Koordinator RmL nicht weiß, woher die Anforderung bezüglich der mechanischen Leistung kommt. Für den Fall, daß die Motornebenaggregate direkt ihren Bedarf an den Motor herantragen würden und dann auch ohne weitere Ko ordination abgreifen, wäre es in dem diskutierten Szenario nicht mehr möglich, die Batterie bei einer ausgeschöpften Ressource mechanische Leistung zu laden. Die gesamte Motor leistung würde beispielsweise für den Vortrieb und die Mo tornebenaggregate benötigt. Für eine Ladung der Batterie müßte der Koordinator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug dann die dem Vortrieb zur Verfügung gestellte mechanische Leistung reduzieren und die dadurch verfügbar gewordene mechanische Leistung der Quelle ReL und damit dem Generator zuteilen.

Der Motorzustand (z. B. Versorgung mit Schmier- und Kühlmit tel) ist vom Koordinator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug aufgrund abstrakter Informationen zu überwa chen. Über die Priorisierung des mechanischen Leistungsbe darfs der Motornebenaggregate durch den Sammler mechanische Leistung in der Quelle mechanische Leistung kann der Koordi nator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug auf den Motorzustand schließen. Ein Leistungsbedarf mit hoher Priorität entspricht einem schlechten Motorzustand.

Jede Komponente und Quelle meldet den Ressourcenbedarf me chanische Leistung an den Koordinator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug derart, daß zu einem Ressour cenbedarf auch dessen Priorität mitgeliefert wird. Für den Fall, daß beispielsweise drei Prioritäten von jeder Kompo nenten vergeben werden können, meldet jede Komponente maxi mal drei Leistungsanforderungen. Diese Werte haben zuvor in nerhalb der Komponenten die internen mechanischen Leistungs sammler ermittelt, entsprechend priorisiert und nach Priori täten aufsummiert.

Der Koordinator für die mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug fragt bei der Quelle RmL die realisierbare mechanische Leistung ab (Abfrage P_mRmrl (Gütemerkmale)). Die Quelle RmL teilt daraufhin dem Koordinator mechanische Lei stung im Koordinator Gesamtfahrzeug die realisierbare Lei stung mit. Unter der realisierbaren mechanischen Leistung ist nicht ein einzelner Wert zu verstehen. Vielmehr fallen hierunter mehrere Werte. Die realisierbare mechanische Lei stung wird mit Gütemerkmalen versehen. Beispielsweise sollen die drei Güteklassen, "optimal", "akzeptabel" und "maximal" für die mechanische Leistung existieren. Hierbei steht "optimal" beispielsweise für ökonomische, ökologische Opti mierung oder für eine Leistungsbereitstellung ohne Schalt vorgang. Eine entsprechende Zuordnung ergibt sich für die beiden übrigen Gütemerkmale unter Gesichtspunkten wie Motor geräusch, Wirkungsgrad des Motors usw. Die tatsächliche An zahl der Merkmale sowie deren Ausprägung sind für den jewei ligen Anwendungsfall festzulegen.

Auf der Basis der klassifizierten realisierbaren Leistung realisiert dann der Koordinator Gesamtfahrzeug (Koordinator mech.-elekt. Leistung) über die Koordination für die Res sourcen je nach Situation verschiedene Strategien. Hierunter sind beispielsweise ein optimales Energiemanagement, eine Reduzierung des Brennstoffverbrauchs, eine Erhöhung des Ge samtkomforts, usw. zu verstehen. Ist der Wert der realisier baren mechanischen Leistung niedriger als die von den Kompo nenten (Verbrauchern) geforderte Summe, muß der Koordinator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug anhand der Prioritäten entscheiden, welche Leistungsbeträge welcher Komponente zur Verfügung gestellt werden sollen.

Daraufhin beauftragt der Koordinator mechanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug die Quelle RmL, die stationär ge forderten Leistungen für die Verbraucher zur Verfügung zu stellen (Auftrag P_mRms (Randbedingungen)). Der Auftrag ist mit Randbedingungen versehen. Diese beziehen sich beispiels weise auf die gewünschte Dynamik der Bereitstellung, da die se der Charakteristik der zuzuschaltenden Last entsprechen muß.

Die Quelle RmL gibt eine Information an den Koordinator me chanische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug, welche Leistung sofort realisierbar ist (Abfrage P_mRmrso(Gütemerk male)). Auch die realisierbare mechanische Leistung ist mit den gewählten Gütemerkmalen zu versehen. So werden in dem gewählten Beispiel mit den Gütemerkmalen "optimal", "akzeptabel" und "maximal" drei mechanische Leistungen zu rückgegeben. Hier besteht evtl. eine Abweichung vom zuvor geforderten stationären Wert infolge unzureichender Motordy namik. Daher wurde zuvor nur von der stationären mechani schen Leistung gesprochen. Erkennt die Quelle RmL, daß die geforderte mechanische Leistung nicht mit den geforderten Randbedingungen (Dynamik, usw.) bereitgestellt werden kann, dann ergreift sie Maßnahmen, die dies zu einem späteren Zeitpunkt ermöglichen (Vorhaltfunktion, Abgasrückführung, Ladedruckkontrolle usw.).

Der Koordinator mechanische Leistung im Koordinator Ge samtfahrzeug teilt den Komponenten und Quellen die ihnen so fort zur Verfügung stehenden Leistungsbeträge zu (Aufträge P_mFz, P_mKz, P_mRmz, P_mRez). Die Zuteilung der mechani schen Leistung hat bei den Komponenten und Quellen zur Fol ge, daß die entsprechenden Koordinatoren nach zuvor festge legten Strategien die zugeteilte mechanische Leistung auf die Verbraucher aufteilen, die zuvor einen priorisierten Be darf bei dem internen Sammler angemeldet haben.

Der Koordinator mechanische Leistung im Koordinator Ge samtfahrzeug beauftragt die Quelle RmL (dort den Koordina tor), die Summe der zugeteilten mechanischen Leistungen so fort zu realisieren und die ansonsten geforderten vorzube reiten (Auftrag P_mRmzre).

Nach der Zuteilung der von der Quelle ReL geforderten mecha nischen Leistung für den Generator kann die Quelle ReL die Anfrage des Koordinators elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug bezüglich der realisierbaren Leistung beant worten. Die Quelle ReL gibt die Information an den Koordina tor elektrische Leistung im Koordinator Gesamtfahrzeug, wel che elektrische Leistung sofort realisierbar ist (Abfrage P_eRerso(Gütemerkmale)). Auch die realisierbare elektrische Leistung ist mit gewählten Gütemerkmalen zu versehen. So werden im gewählten Beispiel mit den Gütemerkmalen "optimal", "akzeptabel" und "maximal" drei elektrische Lei stungen zurückgegeben. Hier besteht evtl. eine Abweichung vom zuvor geforderten stationären Wert infolge unzureichen der Dynamik des Generators und der Batterie. Daher wurde zu vor nur von der stationären elektrischen Leistung gespro chen. Erkennt die Quelle ReL, daß die geforderte elektrische Leistung nicht mit den geforderten Randbedingungen (Dynamik usw.) bereitgestellt werden kann, ergreift sie Maßnahmen, die dies zu einem späteren Zeitpunkt ermöglichen (Erregerstrom, Übererregung usw.).

Der Koordinator elektrische Leistung im Koordinator Ge samtfahrzeug teilt den Komponenten die ihnen sofort zur Ver fügung stehen elektrischen Leistungsbeträge zu (Aufträge P_eFz, P_eKz, P_eRmz, P_eRez). Die Zuteilung der elektri schen Leistung hat bei den Komponenten und Quellen zur Fol ge, daß die entsprechenden Koordinatoren nach zuvor festge legten Strategien die zugeteilte elektrische Leistung auf die Verbraucher aufteilen, die zuvor einen priorisierten Be darf bei dem internen Sammler angemeldet haben.

Der Koordinator elektrische Leistung im Koordinator Ge samtfahrzeug beauftragt die Quelle ReL (Dort den Koordina tor), die Summe der zugeteilten elektrischen Leistungen so fort zu realisieren und die ansonsten geforderten vorzube reiten (Auftrag P_eRezre).

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, welches wenig stens eine Quelle für wenigstens eine Ressource und wenig stens einen Verbraucher umfaßt, der diese Ressource ver braucht, wobei wenigstens ein Koordinator vorgesehen ist, der abhängig vom Potential der Quelle und vom Ressourcenbe darf des Verbrauchers die Ressource dem Verbraucher zuteilt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Ressource ein Koordinator vorgesehen ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß von den Verbrauchern dem Koordina tor der Bedarf an der koordinierten Ressource mitgeteilt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Quelle dem Koordinator das realisierbare Potential der Ressource mitteilt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Koordinator die Ressourcen den Verbrauchern und der Quelle zuteilt unter Berücksichtigung des realisierbaren Potentials der Ressource.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Koordinator die Quelle veran laßt, die Ressource im Rahmen des Gesamtbedarfs bereitzu stellen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei gekoppelten Ressourcen zur Verwaltung und Verteilung dieser Ressourcen übergeordnete Koordinatoren vorgesehen sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß übergeordneten Koordinatoren von den Verbrauchern und Quellen jeweils der Bedarf an der je weiligen Ressource mitgeteilt werden.

9. Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs, welches über wenigstens eine Quelle für eine Ressource und wenigstens ei nen Verbraucher umfaßt, der diese Ressource verbraucht, mit wenigstens einem Koordinator, welcher die Ressource abhängig vom Potential der Quelle und vom Ressourcenbedarf des Ver brauchers dem wenigstens einen Verbraucher zuteilt.