CZ296879B6 - Ovládací systém vozidla - Google Patents

Ovládací systém je proveden s koordinátorem (14) celého vozidla, který monitoruje spotrebu a vytvárení mnozství energie potrebné pro vozidlo, a s komponentami (10, 12), z nichz alespon jedna obsahujekoordinátor (104), který spravuje mnozství energie potrebné v této komponente (10, 12). Koordinátor(104) komunikuje s koordinátorem (14) celého vozidla a s komponentami (101 az 103) dalsí logické roviny této komponenty (10, 12). Komponenty (101 az 103) dalsí logické roviny zahrnují jak zdroje energie, tak i spotrebice vytváreného mnozství energie.

Oblast techniky

Vynález se týká ovládacího systému vozidla, s koordinátorem celého vozidla, který monitoruje spotřebu a vytváření množství energie potřebné pro vozidlo, a s komponentami, z nichž alespoň jedna obsahuje koordinátor, který spravuje množství energie potřebné v této komponentě.

Dosavadní stav techniky

Takový ovládací systém je známý například ze spisu DE-A-41 11 023 a z patentu US 5 351 776. Zde se navrhuje ovládání celého vozidla, zejména z hlediska pohonu a brzdy, které má známou úpravu pro ovládací úkoly. Zde popsaná ovládací struktura obsahuje koordinační elementy, které převádějí z vyšší hierarchické roviny vystupující příkazy na příkazy pro elementy přiřazené hierarchické roviny. Obsahy shora dolů v hierarchické struktuře předávaných příkazů představují fyzikální veličiny, které určují místa spojení mezi jednotlivými hierarchickými rovinami. Popsaná místa spojení se přitom orientují na fyzikální skutečnosti pohybu vozidla, zejména pohonu a brzdy. Nad tyto skutečnosti vystupující uspořádání ovládání vozidla, například se zřetelem na elektroniku karosérie a ovládání palubní sítě, není popsáno.

Vzhledem k narůstajícímu spojování až dosud běžných systémů v technice motorových vozidel do sítí již nepostačuje výlučné zohledňování pohonu a brzdy. Je mnohem více žádoucí vytvořit ovládací strukturu celého vozidla, prostřednictvím které mohou být připojeny také systémy upravené mimo ovládání pohonu a brzd, a jejichž úkoly mohou být koordinovány.

Z publikace SAE-Paper 980200 „CARTRONIC - An Open Architecture for Networking the Control Systems of an Automobile” autorů Torsten Bertram, Rainer Bitzer, Rainer Mayer a Asmus Volkart je známá struktura pro motorové vozidlo, která splňuje tyto požadavky. Jednotlivé elementy ovládání motorového vozidla jsou přitom přiřazeny v různých detailovacích rovinách předem stanoveným komponentám, mezi kterými jsou vyměňovány informace v rámci předem stanovených komunikačních vztahů. V nejvyšší detailovací rovině je přitom upraven centrální koordinátor a komponenty pro palubní síť, pohyb motorového vozidla, karosérie a vnitřní prostor, jakož i pohon. Tyto komponenty jsou vždy dále zjemněny ve více rovinách. Tak například je komponenta pohon rozdělena do koordinátoru, motoru, spojky a převodovky. Z hlediska rozdělení a správy prostředků, které jsou ve vozidle k dispozici, jakož i spotřebičů, které spotřebovávají tyto prostředky, je podle této struktury množství energie společné spotřebičům uspořádáno ve shodné rovině se spotřebiči a s koordinátorem, příslušným pro toto množství energie. Tak je například množství energie pohonu, množství energie jak pro komponenty pohybu vozidla, tak i pro karosérii a vnitřní prostor, uspořádáno v první rovině.

Podstata vynálezu

Výše uvedené skutečností vylepšuje ovládací systém vozidla, s koordinátorem celého vozidla, který monitoruje spotřebu a vytváření množství energie potřebné pro vozidlo, a s komponentami, z nichž alespoň jedna obsahuje koordinátor, který spravuje množství energie potřebné v této komponentě, podle vynálezu, jehož podstatou je, že koordinátor komunikuje s koordinátorem celého vozidla a s komponentami další logické roviny této komponenty, přičemž komponenty další logické roviny zahrnují jak zdroje energie, tak i spotřebiče vytvářeného množství energie.

Vynález popasuje spravování a rozdělování množství energie, které je ve vozidle k dispozicí. Pod výrazem množství energie je přitom nutno chápat výkon, který je k dispozici v komponen

-1 CZ 296879 B6 tách, takzvaných zdrojích, pro spotřebu jinými komponentami, takzvanými spotřebiči. Příklady takových množství energie jsou množství energie jako „mechanický výkon”, který je vytvářen pohonem (motorem, spojkou, převodovkou), nebo množství energie „elektrický výkon”, které je vyráběno generátorem a akumulátorem.

Zvlášť výhodné je, že v centrálním místě je instalována jedna softwarová komponenta, která monitoruje vyráběný výkon a spotřebu výkonu komponent vozidla. Strategie, která je přitom sledována, je aplikována centrálně. Je-li například v jednom provozním okamžiku zjištěna příliš vysoká spotřeba výkonu, tak se podle této aplikované strategie zjistí omezení výkonu pro jednotlivé spotřebiče, popřípadě skupiny spotřebičů, specifické pro vozidlo a závislé na provozním okamžiku. Jednotlivé komponenty potom uvnitř těchto mezí podle lokálních kritérií, která centrální komponenta nezná, zahájí odpovídající opatření, jako například vypnutí jednotlivých agregátů. Jinými slovy to znamená, že jsou lokálně aplikovány konkrétní technické možnosti, popřípadě je centrálně aplikována centrální strategie, takže je možná výměna softwarových komponent, například při změně hardwaru (použití jiných agregátů atd.), bez zpětného působení.

Zvlášť výhodné je, že výsledná spotřeba spotřebičů se sečte softwarovou komponentou vydávající příkazy do zdrojů energie a při zohlednění existujících okrajových podmínek se přepočítá na fyzikální nastavovací veličiny, například kroutící moment nebo počet otáček. Tím zůstanou větší softwarové komponenty soběstačně funkční, což vede k užším programům při redukovaném nebo rozděleném funkčním rozsahu a usnadňuje rozdělené rozvíjení a testování jednotlivých komponent.

Zvlášť výhodné je, že množství energie (například jednotka motor-převodovka) společné pro spotřebiče je uspořádáno v jednom spotřebiči (pohon/brzda) komponenty „pohyb vozidla”. Koordinátor („koordinátor celého vozidla”) příslušný pro spravování a rozdělování tohoto množství energie nezná toto množství energie (pouze o komponentě pohon/brzda). Tím se vytvoří jednodušší, vertikální struktura s malým počtem rozhraní.

Výhodným způsobem je potom možno zredukovat komunikační vztahy v první detailovací rovině mezí koordinátorem celého vozidla a tam uspořádanými komponentami na vztahy týkající se požadavků a příkazů, to znamená, že v koordinátoru se neprovádějí žádná opatření pro vytvoření konkrétních příkazů.

I u tohoto provedení zůstává modulární detailování struktury při změněném funkčním rozsahu konstantní, přičemž změněné požadavky mají za následek pouze nové, popřípadě zrušené komunikace.

Ve srovnání se strukturou uvedenou ve výše uvedené publikaci SAE-Paper je dále popsaná struktura invariantní vůči přibývajícím nebo odpadajícím spotřebičům, protože koordinátor nemusí být nutně uspořádán ve stejné detailovací rovině jako zdroj a spotřebič.

Dále je výhodné, že spravování množství energie je přehledné a může se jednoduše integrovat do struktury celého vozidla. To vede výhodným způsobem ke zcela jednotné architektuře celého vozidla s volně optimalizovatelnou topologií hardwaru.

Zvlášť výhodné je, že spravování množství energie a její rozdělování může být provedeno specificky, a proto skýtá možnost opětovného použití již testovaných softwarových modulů se standardizovanými fyzikálními rozhraními.

Dále je umožněno přehledné celkové řízení výkonů s malým počtem rozhraní a s na sobě prakticky nezávislými komponentami. Tím vznikne dobrá vyměnitelnost komponent, které mohou být na základě malého počtu definovaných rozhraní vyvinuty a testovány nezávisle na sobě.

-2 CZ 296879 B6

Podle výhodného provedení je koordinátor celého vozidla uspořádán v jeho nejvyšší logické rovině, přičemž komponenty, spotřebovávající energii, jsou tvořeny komponentou pro ovládání pohybu vozidla a komponentou pro ovládáni karosérie a vnitřního prostoru vozidla.

Zdrojem energie jsou s výhodou motor a převodovka, jejichž ovládací komponenty jsou uspořádány v logické rovině komponenty pohonu a brzd.

Koordinátor celého vozidla je s výhodou vytvořen pro dotazování všech komponent své detailovací roviny na jejich aktuální potřebný příkon z množství energie, které je k dispozici.

Koordinátor celého vozidla je s výhodou vytvořen pro určování maximálně přípustné spotřeby energie ve formě příkonu pro každou komponentu své detailovací roviny.

Komponenty jsou s výhodou vytvořeny pro provádění dotazů na hodnotu maximálně přípustné spotřeby energie ve formě příkonu.

V každé komponentě je s výhodou upraven koordinátor vytvořený pro vydávání příkazů ve formě hodnot kroutícího momentu do ovládacích komponent řídících výrobu energie, pro výrobu energie v závislosti na maximálně přípustné spotřebě energie ve formě příkonu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje na příkladu komponenty „pohyb vozidla” popsané spravování a rozdělování množství energie ve všeobecné formě, přičemž na obr. 2 je na příkladu komponenty „pohyb vozidla” znázorněna komunikace mezi jednotlivými rovinami.

Dále popsané řešení je přitom realizováno v alespoň jednom počítačovém elementu. Rozdělení jednotlivých komponent může být provedeno libovolně na různé počítačové elementy nebo jen na jeden počítačový element. Znázorněná softwarová struktura je v tomto smyslu nezávislá na konkrétním provedení hardwaru.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje strukturu podle vynálezu pro ovládání komponent vozidla, která obsahuje všechny úkoly v oblasti vozidla, na příkladném provedení ovládání pohybu vozidla. Struktura vyhovuje zvyšujícím se požadavkům při ovládání vozidla ohledně komfortu, bezpečnosti a spotřeby a silné vazbě jednotlivých komponent, která je s tím spojena. Tato struktura může být použita u libovolné topologie hardwaru. Příklad znázorněný na obr. 1 představuje ovládání komponent poháněči větve, která je pro celé vozidlo podstatným zdrojem mechanického výkonu, který je spotřebováván různými systémy. Proto při ovládání poháněči větve vznikají požadavky ohledně spravování tohoto zdroje energie pro celé vozidlo. Obr. 1 znázorňuje softwarovou strukturu spravování a rozdělování množství energie při ovládání vozidla.

Komponenty vozidla jsou v příslušném ovládacím softwaru představovány odpovídajícími komponentami, tzv. softwarovými objekty. Příklady takových komponent jsou ovládací jednotky, jakož i stavěči elementy pro motor, měnič, převodovku, podvozek, řízení atd. Jako doplňkové jsou dále upraveny komponenty (objekty), které provádějí kontrolní úkoly (například koordinaci jednotky sestávající z motoru a převodovky, koordinaci pohybu vozidla, koordinaci celého vozidla atd.), a komponenty (objekty), které připravují informace všeobecného rázu (například čidla,

-3CZ 296879 B6 vyhodnocovací ústrojí atd.). Více komponent libovolného typu může být sdruženo do tzv. abstraktních komponent (například komponent představující pohyb vozidla, karosérii a vnitřní prostor, atd.). Toto modulování se přitom orientuje na mechanické a elektrické komponenty, konstrukční skupiny a funkční jednotky, které se ve vozidle nacházejí.

Ve struktuře znázorněné na obr. 1 jsou v nejhořejší detailovací rovině ovládání vozidla uspořádány vedle některých neznázoměných vysílačů informací komponenta 10 určená pro ovládání pohybu vozidla, komponenta 12 určená pro elementy karosérie a vnitřního prostoru, jakož i koordinátor 14 celého vozidla. Tento koordinátor 14 mimo jiné monitoruje poskytování výkonu ze zdrojů energie a potřebu příkonu spotřebičů energie potřebných pro celé vozidlo, například mechanického výkonu motoru a elektrického výkonu palubní sítě. Veškeré komunikace v nejhořejší detailovací rovině způsobují v jednotlivých komponentách další komunikace a/nebo provádění činností. Tato skutečnost je na obr. 1 znázorněna na detailování, neboli podrobném znázornění komponenty 10 představující „pohyb vozidla”. Další detailovací rovina této komponenty 10 obsahuje komponentu 101 jako ovládací systém pohonu a brzd, komponentu 102 jako ovládací systém podvozku a komponentu 103 jako ovládací systém řízení. Kromě toho je v této detailovací rovině upraven koordinátor 104 pohybu vozidla, který podle koordinátoru 14 celého vozidla spravuje množství vytvářené energie, popřípadě spotřebované energie, potřebné pro tuto detailovací rovinu, udržuje komunikaci s koordinátorem 14 celého vozidla a vytváří komunikací s komponentami 101, 102 a 103 tvořícími ovládací systémy. V další detailovací rovině, která je odpovídajícím způsobem provedena i pro podvozek a řízení, je na příkladu jednotky tvořené motorem a převodovkou a ohraničené kruhem znázorněna komponenta 101 představující ovládací systém pohonu a brzd. I v této detailovací rovině, ohraničené kruhem, existuje koordinátor 1011 a ovládací komponenta 1012 motoru, ovládací komponenta 1013 momentového měniče a ovládací komponenta 1014 převodovky. Jsou rovněž znázorněny komunikační vztahy mezi ovládacími komponentami 1012, 1013, 1014 a koordinátorem 1011, popřípadě mezi veškerými komponentami a koordinátorem 104 pohybu vozidla. Podobně je podrobně znázorněna i komponenta „karosérie a vnitřní prostor”.

Podstatné u struktury znázorněné na obr. 1 je, že „jednotka obsahující motor a převodovku” jako zdroj mechanického výkonu, tedy zdroj energie, který je společný pro celé vozidlo (pro pohon dopředu, zpomalování, vytváření elektrického výkonu atd.) je uspořádána v jedné komponentě (komponentě představující „pohyb vozidla”, v ní „pohon/brzda”), která tento výkon spotřebovává. Koordinátoru 14 celého vozidla, který spravuje množství energie představující mechanický výkon a rozděluje jej, proto tato komponenta není známá. Zdroj energie a koordinátor 14 celého vozidla se tedy nacházejí v různých rovinách.

Jako komunikační vztahy mezi jednotlivými komponentami jsou předem stanoveny příkazy, například mezi komponentami 101 až 103 a koordinátorem 104, pomocí nichž se prostřednictvím toho, kdo příkaz přijme, provede nastavení určitého výkonu nebo jiné fyzikální veličiny. Vedle toho jsou pro zajištění informací upraveny vztahy týkající se dotazování, pomocí nichž například koordinátor 14 celého vozidla provede dotaz ohledně příkonu pro potřebný elektrický výkon komponenty představující pohyb vozidla. Třetím komunikačním vztahem je vztah týkající se požadavků, pomocí něhož se zjišťují požadované veličiny, které mají být nastaveny určenou komponentou. Vhodným uspořádáním komponent je možno v první detailovací rovině upustit od vztahů týkajících se příkazů (viz i dále).

Na obr. 2 je na příkladném provedení popsána komunikace mezi komponentami nejhořejší detailovací roviny znázorněné na obr. 1. Jedná se o komunikaci koordinátoru 14 celého vozidla s přiřazenou komponentou 10 pohybu vozidla a komponentou 12 karosérie a vnitřního prostoru. Ve znázorněném příkladném provedení je spravován zdroj „mechanického výkonu”, který je uspořádán v komponentě 101 představující pohon v dolní detailovací rovině. Jako jediný zdroj se předpokládá motor, popřípadě poháněči větev. Jsou-li přítomny další zdroje mechanického výko-4CZ 296879 B6 nu, bude komunikace zdvojena a hodnoty se sečtou v koordinátoru 104 pohybu vozidla, popřípadě v koordinátoru 14 celého vozidla.

Koordinátor každého druhu zdroje energie (například Pmech) je dílčí komponentou koordinátoru 14 celého vozidla a koordinuje rozdělování výkonů tak, jak je dále uvedeno. Každý koordinátor provede dotaz u všech komponent 10, 12 první detailovací roviny na její aktuální maximální příspěvek (Pmax) k příslušnému potřebnému výkonu (komunikační spoj 1). Tento dotaz se v detailovací rovině představující pohyb vozidla vede dále do komponenty 101 představující pohon, která tento dotaz zodpoví. Každá komponenta (například komponenta představující brzdy v detailovací rovině představující pohyb vozidla) detailovací roviny má pro každý druh zdroje sběrač (například ΣΡΝΑ), který zjistí příkon spotřebičů této komponenty. Příkon se popřípadě sečte i do více různě upřednostňovaných dílčích množství. Koordinátor 14 celého vozidla se dotáže každé komponenty první detailovací roviny na její potřebný příkon PV_Soll, PNA_Soll (komunikační spoj 2). Odpovídající hodnotu příkonu potom poskytne příslušný sběrač a tato hodnota se přivede do koordinátoru 14 celého vozidla. Výsledkem je hodnota potřebného příkonu přivedeného z každé komponenty 10, 12 do koordinátoru 14 celého vozidla. Koordinátor 14 přezkouší, zda celý potřebný příkon, tzn. součet hodnot příkonů dodaných komponentami 10, 12 nepřekročí součet celkového výkonu Pmax zdroje (komunikační spoj 3). V tomto případě vypočítá koordinátor 14 celého vozidla z provozního stavu, z priorit a ze strategie pevně stanovené ve specifikaci pro každou komponentu své detailovací roviny maximálně přípustnou spotřebu energie ve formě příkonu PVmax, PNAmax. Koordinátory komponent se dotážou u koordinátoru zdrojů na tato omezení (komunikační spoj 3) a zredukují, popřípadě prostřednictvím své vlastní strategie, lokální požadavky (například vypnou kompresor klimatizačního zařízení). Koordinátory komponent zformulují za těchto okrajových podmínek příkazy pro jim přiřazené zdroje do fyzikálně jednoznačné formy, například jako požadovaný moment MV_Soll pro komponentu představující pohon (komunikační spoj 5). Přitom se provede dotaz na přídavnou potřebu z jiných komponent MNA_Soll, a popřípadě zohlední (viz komunikační spoj 5). Komponenta představující pohon potom nastaví potřebný moment, takže koordinátor 14 celého vozidla může rozdělit množství energie podle požadavků komponent.

Odpovídající postup se použije s ohledem na jiné množství energie, například na elektrický a/nebo tepelný výkonu.

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ovládací systém vozidla, s koordinátorem (14) celého vozidla, který monitoruje spotřebu a vytváření množství energie potřebné pro vozidlo, a s komponentami (10, 12), z nichž alespoň jedna obsahuje koordinátor (104), který spravuje množství energie potřebné v této komponentě (10, 12), vyznačující se tím, že koordinátor (104) komunikuje s koordinátorem (14) celého vozidla a s komponentami (101 až 103) další logické roviny této komponenty (10, 12), přičemž komponenty (101 až 103) další logické roviny zahrnují jak zdroje energie, tak i spotřebiče vytvářeného množství energie.

2. 2. Ovládací systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že koordinátor (14) celého vozidla je uspořádán v jeho nejvyšší logické rovině, přičemž komponenty (10, 12), spotřebová

   -5CZ 296879 B6 vající energii, jsou tvořeny komponentou pro ovládání pohybu vozidla a komponentou pro ovládání karosérie a vnitřního prostoru vozidla.

3. 3. Ovládací systém podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že zdrojem energie je motor a převodovka, jejichž ovládací komponenty (1012, 1014) jsou uspořádány v logické rovině komponenty (101) pohonu a brzd.

4. 4. Ovládací systém podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že koordinátor (14) celého vozidla je vytvořen pro dotazování všech komponent (10, 12) své detailovací roviny na jejich aktuální potřebný příkon (PV_Soll, PNAjSoll) z množství energie, které je k dispozici.

5. 5. Ovládací systém podle nároku 4, vyznačující se tím, že koordinátor (14) celého vozidla je vytvořen pro určování maximálně přípustné spotřeby energie ve formě příkonu (PVjnax, PNA_max) pro každou komponentu (10, 12) své detailovací roviny.

6. 6. Ovládací systém podle nároku 5, vyznačující se tím, že komponenty (10, 12) jsou vytvořeny pro provádění dotazů na hodnotu maximálně přípustné spotřeby energie ve formě příkonu (PV_max, PNA_max).

7. 7. Ovládací systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že v každé komponentě (10,12, 101-103) je upraven koordinátor (104, 1011) vytvořený pro vydávání příkazů ve formě hodnot kroutícího momentu do ovládacích komponent (1012, 1014) řídících výrobu energie, pro výrobu energie v závislosti na maximálně přípustné spotřebě energie ve formě příkonu (PV max, PNA_max).

   2 výkresy