FORSIM 96-99

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND SIMULATIONSTECHNIK

B3 Sicherheitskonzepte in komplexen dynamischen Systemen

Arbeitsfeld:

Bei Kraftfahrzeugen wurden in der Vergangenheit mechanische Steuer- und Regelsysteme zunehmend durch elektronische Steuergeräte ersetzt. Anfangs wurden von der Elektronik hauptsächlich Steueraufgaben an Motor und Antriebsstrang wahrgenommen. Dazu zählen zum Beispiel die elektronische Zündung und die elektronische Einspritzung. Heute sind elektronische Systeme für Motormanagement, Getriebesteuerung, Fahrsicherheit, Komfort und Kommunikation zum Standard in Kraftfahrzeugen geworden.

Um mehrfach benötigte Meßwerte nur einmal aufzunehmen und um Steuerfunktionen koordinieren zu können, wurde im Laufe der Entwicklung ein Datenaustausch zwischen den einzelnen Steuergeräten notwendig. Der Datenaustausch erfolgte zunächst auf dedizierten Signalleitungen, wodurch jedoch bei steigendem Kommunikationsbedarf immer umfangreichere Kabelbäume benötigt wurden. Um die Übertragungssicherheit zu erhöhen und den Verkabelungsaufwand zu senken, wurde auf serielle Datenbussysteme übergegangen.

Entsprechend der Entwicklungshistorie arbeiten die Steuergeräte eines Kraftfahrzeuges weitgehend isoliert nebeneinander. Verknüpfungen dienen vorwiegend der Meßwertübermittlung und der Koordination von Schaltvorgängen. Regelkreise werden selten über mehrere Steuergeräte geschlossen. Bei dem im Rahmen des SFB 356 an der TU München zu entwickelnden Hybridfahrzeug wird den Aufgaben der Steuergeräte und deren Kommunikation untereinander ein grundsätzlich verschiedenes Konzept zugrunde gelegt.

Ziel des Forschungsprojekts ist es, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges durch eine optimale Verteilung der geforderten Fahrleistung auf den Elektromotor und den Verbrennungsmotor zu minimieren. Der verbrauchsoptimale Betrieb des Antriebsstrangs wird durch eine besondere Fahrstrategie sichergestellt. Der hybride Antriebsstrang besteht aus den Hauptbaugruppen Verbrennungsmotor, Elektromotor, Batterie und einem stufenlosen Getriebe. Jeder Komponente ist ein eigenes mikrocontrollerbasiertes Steuergerät zugeordnet. Ein übergeordneter Gesamtfahrzeugregler berechnet aus den Vorgaben des Fahrers, den Meßwerten der Steuergeräte und der Fahrstrategie zyklisch Sollwerte für die Steuergeräte der Komponenten des Antriebsstranges. Die Steuergeräte und der Gesamtregler sind über ein serielles CAN-Bussystem vernetzt. In den Steuergeräten sind Regelalgorithmen implementiert, welche die mechanischen Systemgrößen auf die Sollwertvorgaben des Gesamtreglers regeln. Es handelt sich hierbei um ein verteiltes Steuer- und Regelsystem, welches nur gesamtheitlich beschrieben werden kann. Um Gefährdungen der Fahrzeuginsassen und des Antriebsstranges durch Fehlfunktionen des Systems zu vermeiden, ist ein Sicherheits- und Diagnosekonzept vorgesehen.