DE10030989A1

DE10030989A1 - Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer externen Endstufe über einen Datenbus und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10030989A1
Application number: DE10030989A
Authority: DE
Inventors: Peter Schubert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-10
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: KR20020002284A; DE10030989B4; KR100806460B1; JP2002106413A; JP4567240B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer externen Endstufe (3) mit einem Steuergerät (1) über einen Datenbus beschrieben. Bei diesem wird nach Empfang eines vom Steuergerät (1) abgegebenen Signals ein Betätigungssignal auf den Datenbus gegeben. Dieses wird vom Steuergerät (1) empfangen und dient zur Synchronisierung zwischen Steuergerät (1) und Endstufe (3). DOLLAR A Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine gemäß dem Verfahren anzusteuernde Endstufe (3) beschrieben.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer externen Endstufe mit einem Steuergerät über einen Datenbus und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Endstufe, die gemäß dem Verfahren anzusteuern ist.

Die in Kraftfahrzeugen eingesetzten Endstufen sind für die Einspritzung und Zündung mit unterschiedlichen Bauelementen, nämlich Spulen, Ventilen und Injektoren, verbunden. Dabei weisen die Endstufen für jedes anzusteuernde Bauelement eine Steuerleitung als Eingang auf. Das Steuergerät sendet über den Datenbus, das heißt über die entsprechende Steuerleitung, einen Impuls, wodurch eine Zündung oder Einspritzung ausgelöst wird. Die Pulslänge entspricht zum Beispiel dem einzuspritzenden Volumen. Die zeitliche Synchronisation erfolgt durch die Lage des Impulses. Treten Störungen auf, müssen diese durch geeignete Maßnahmen erkannt werden.

Beispielsweise ist aus der DE 43 37 132 A1 ein Rechenwerk insbesondere eines Steuergeräts für Brennkraftmaschinen- Kraftstoffeinspritzungen und/oder Brennkraftmaschinen- Zündungen mit einem Prozessor und einer Steuerlogik bekannt. Bei diesem Rechenwerk wird zwischen dem Prozessor und der Steuerlogik ein als Interface (Schnittstelle) wirkender Controller geschaltet, der zur Prozessorentlastung bestimmte Aufgaben des Prozessors übernimmt. Es ist vorgesehen, daß zwischen dem Prozessor und der Steuerlogik Informationen übertragen werden, zu denen der Controller Zusatzinformationen generiert, auf welche die Steuerlogik reagiert und/oder vom Prozessor zur Steuerlogik Daten übertragen werden, die vom Controller nicht verändert werden, wobei der Controller jedoch zusätzliche Signale erzeugt, die vorzugsweise über einen internen Datenbus zur Steuerlogik übertragen werden und/oder das zwischen dem Prozessor und der Steuerlogik Informationen übertragen werden, die den Controller passieren, wobei sie verändert werden.

Bei der Übertragung der Daten von dem Steuergerät zu einer Endstufe ergibt sich das Problem, daß immer ein Verzug zwischen Absenden im Sender, dem Steuergerät, und dem Empfang der kompletten Botschaft im Empfänger, der Endstufe, besteht. Da die Endstufen keinen Drehzahleingang haben, also über keinerlei Kenntnis hinsichtlich der Stellung der Kurbelwelle verfügen, führt dies bei der Ansteuerung der Einspritzung und der Zündanlage zu Problemen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei denen eine Ansteuerung der Bauelemente in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle möglich ist.

Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch ein solches mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Endstufe ergibt sich aus Anspruch 4.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteile der Erfindung

Das Verfahren dient zur Ansteuerung mindestens einer externen Endstufe mit einem Steuergerät über einen Datenbus. Erfindungsgemäß wird nach Empfang eines Signals des Steuergeräts ein Bestätigungssignal auf den Datenbus, zum Beispiel durch die Endstufe, gegeben. Dieses wird vom Steuergerät empfangen und dient zur Synchronisierung zwischen Steuergerät und Endstufe.

Auf diese Weise erhält das Steuergerät eine Information, mit Hilfe derer der Verzug zwischen Senden und Empfang der Botschaft ermittelt werden kann.

Vorzugsweise dient als Datenbus ein das CAN- Datenübertragungsprotokoll verwendender Datenbus, im folgenden als CAN-Bus bezeichnet. Es können aber durchaus auch andere Fahrzeugbusse, wie beispielsweise der TTP/C- Bus, eingesetzt werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Eigenschaft des CAN genutzt, beim vollständigen Empfang einer Botschaft über den Bus ein Bestätigungssignal zu senden. Dieses löst sowohl beim Sender als auch beim Empfänger einen Interrupt aus. Dieser Interrupt dient zur Synchronisierung zwischen Sender und Empfänger.

Werden zum Beispiel zwei Endstufen über ein Steuergerät angesteuert, werden die Daten für die zweite Endstufe übertragen, wenn die etste Endstufe mit ihrer Sequenz beginnen soll. Im Einzelnen ist folgende Vorgehensweise denkbar: Zunächst sendet das Steuergerät Daten an die erste Endstufe. Nach vollständigem Empfang der Daten durch die erste Endstufe, d. h. wenn diese mit ihrer Sequenz beginnen soll, wird ein Bestätigungssignal auf den Bus gegeben, welches beim Steuergerät, dem Sender, als auch bei der Endstufe, dem Empfänger, ein Interrupt auslöst. Dieser Interrupt dient zu Synchronisation. Anschließend werden vom Steuergerät Daten an die zweite Endstufe gesendet. Dies erfolgt somit zu dem Zeitpunkt, an dem die erste Endstufe mit ihrer Sequenz beginnen soll.

Das Steuergerät, welches Informationen zur Kurbelwellenstellung hat, nutzt den Interrupt, um einen eventuellen Verzug zum Sollwert zu erfassen und durch einen entsprechenden Algorithmus die folgende Einspritzung wenn nötig zu korrigieren.

Da beim erfindungsgemäßen Verfahren weniger Kabelverbindungen zwischen Steuergerät und Endstufen notwendig sind, entstehen geringere Kosten. Des weiteren ergibt sich daraus eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit. Der CAN-Bus verfügt über ausgefeilte Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturverfahren, wodurch die Anfälligkeit gegenüber Störungen geringer ist. Es besteht die Möglichkeit Zähler in den ausgetauschten Botschaften zu implementieren, um eine Zylinderzuordnung sicherzustellen, auch wenn eine Botschaft verloren geht. Die Botschaften können neben AN/AUS-Pulsen auch noch Informationen, beispielsweise zur Höhe der Ströme bzw. Spannungen, enthalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens weist ein Steuergerät und mindestens eine Endstufe auf. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die mindestens eine Endstufe über einen CAN-Bus mit dem Steuergerät verbunden ist.

Die Endstufe zur Durchführung des Verfahrens weist eine Steuereinheit bzw. einen Controller mit einem ersten Demultiplexer, die an einen CAN-Bus anzubinden ist, eine elektronische Einheit für die zeitliche Steuerung mit einem zweiten Demultiplexer und eine Verstärkereinheit auf. Die Steuereinheit ist über erste Steuerleitungen mit der elektronischen Einheit und diese über zweite Steuerleitungen mit der Verstärkereinheit bzw. den Powerendstufen verbunden. Die Powerendstufen liefern die Signale für die zu betätigenden Aktoren wie beispielsweise Ventile. Die Steuereinheit ist über den CAN-Bus mit einem Steuergerät verbunden.

Bevorzugt sind die Steuereinheit und die elektronische Einheit in einem elektronischen Baustein integriert.

So ist ein Controller mit CAN vorstellbar, der direkt die Signale zur Ansteuerung der Powerendstufen erzeugt. Eine Alternative ist die Verwendung eines ASICs (anwendungspezifizierter integrierter Schaltkreis) anstelle des Mikrocontrollers, da die Funktionalität nicht zu komplex ist. CAN-Baugruppen sind als VHDL-Blöcke (engl. Very High Speed IC Hardware Description Language) erhältlich, die restliche Zustandsmaschine, z. B. eine Ausführungszustandsmaschine für die zeitliche Steuerung, ist leicht zu implementieren. Falls die Auswertung der CAN- Botschaften und die Ansteuerung der Verstärkereinheit als ASIC ausgeführt ist, kann man zylindersynchron die Daten einer Einspritzung übertragen und den Interrupt am Ende der Übertragung nutzen, die Botschaft umzukopieren und die Zustandsmaschine zur Signalerzeugung sofort zu starten.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform erfindungsgemäßen Vorrichtung im Blockschaltbild;

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endstufe im Blockschaltbild;

Fig. 3 den Verlauf der Kommunikation zwischen Steuergerät und Endstufen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Flußdiagramm;

Fig. 4 eine erfindungsgemäß realisierbare Korrektur des Zeitpunktes der Einspritzung.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese steuert die Einspritzung in einem Motor. Zu erkennen sind ein Steuergerät 1, ein CAN-Bus 2, eine Endstufe 3, drei Datenleitungen 4 und ein Ventil 5. Das Steuergerät 1 ist über den CAN-Bus 2 mit der Endstufe 3 verbunden. Über den CAN-Bus 2 sendet das Steuergerät 1 die Daten zur Auslösung eines Einspritzvorgangs an die Endstufe 3. Diese Daten werden in der Endstufe 3 ausgewertet und über die Datenleitungen 4 an die Ventile 5 weitergegeben. Diese lösen dann den Einspritzvorgang aus.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endstufe 3 detaillierter dargestellt.

Die dargestellte Endstufe weist eine Steuereinheit 6, fünf erste Steuerleitungen 7, eine elektronische Einheit 8, neun zweite Steuerleitungen 9 und eine Powerendstufe 10 auf.

Über den CAN-Bus erhält die Steuereinheit 6 die Botschaften für die auszuführenden Einspritzungen. Die Steuereinheit 6 kann beispielsweise als Mikrocontroller oder CAN-Controller ausgebildet sein. Die Steuereinheit enthält auch einen Demultiplexer, so daß ein eingegangenes Signal auf die fünf ersten Steuerleitungen 7 weitergegeben wird. In der elektronischen Einheit 8 für die zeitliche Steuerung werden die Signale weiterverarbeitet und über einen weiteren Demultiplexer über die neun zweiten Steuerleitungen 9 an die Powerendstufe 10 weitergegeben. Diese erzeugt die Ausgangssignale zu Ansteuerung der Ventile 5 über die Datenleitungen 4.

Die Steuereinheit 6 und die elektronische Einheit 8 können in einem elektronischen Baustein, beispielsweise einem ASIC, integriert sein. Das bedeutet, daß der CAN-Controller direkt die Signale für die Powerendstufe erzeugt. Die Realisierung in einem ASIC erweist sich als vorteilhaft. CAN-Baugruppen sind als VHDL-Blöcke erhältlich. Die zur Erzeugung der Ansteuersignale erforderliche Zustandsmaschine ist leicht in dem ASIC zu implementieren. Dies verringert erheblich die Kosten und bewirkt einen einfachen Aufbau. Die Daten einer Einspritzung können zylindersynchron übertragen und der Interrupt am Ende der Übertragung genutzt werden, um die Botschaft umzukopieren und die Zustandsmaschine zur Signalerzeugung sofort zu starten.

In Fig. 3 ist verdeutlicht, wie die Kommunikation zwischen einem Steuergerät und zwei Endstufen über einen CAN-Bus bevorzugt abläuft.

Mit Schritt 20 sendet das Steuergerät einen Impuls an eine erste Endstufe. Diese empfängt in Schritt 21 diesen Impuls. Nach vollständigem Empfang wird die Eigenschaft des CAN genutzt, ein Bestätigungssignal (Acknowledge) zu senden (Schritt 22). Dies ermöglicht der einheitliche Buszustand des CAN-Busses. Dieses Bestätigungssignal löst in Schritt 23 bei der ersten Endstufe und in Schritt 24 beim Steuergerät einen Interrupt aus. Dieser Interrupt dient zur Synchronisierung zwischen dem Steuergerät und der ersten Endstufe. Er bewirkt, daß in Schritt 25 die erste Endstufe mit ihrer Sequenz zur Auslösung einer Einspritzung beginnt und in Schritt 26 das Steuergerät die Daten für eine zweite Endstufe überträgt.

Die Datenübertragung für eine Einspritzung gliedert sich in zwei Phasen. In der ersten Phase werden allgemeine Endstufenkonfigurationen übertragen. Damit wird erreicht, daß die Endstufe immer ein definiertes Verhalten aufweist. Sie folgt zum Beispiel immer einem vorgegebenen Stromverlauf, unabhängig davon, wie lang ein Puls werden soll (Common Rail Magnetventil) oder legt bestimmte Spannungsniveaus fest (Common Rail Piezo Steller). In der zweiten Phase erfolgt die Übertragung der eigentlichen Einspritzdaten. Diese erfolgt direkt vor der Einspritzung und enthält die Dauer einer Einspritzung. Da aufgrund des einheitlichen Buszustandes die vollständige Übertragung einen Interrupt in beiden Geräten, also Sender und Empfänger, auslöst, kann in der Endstufe der Interrupt genutzt werden, um die Sequenz zu starten, während im Steuergerät die Abweichung zum gewünschten Winkel gemessen wird. Die folgende Einspritzung wird dann entsprechend der gemessenen Abweichung früher oder später gestartet. Ein Verfahren zur Bestimmung einer mittleren Abweichung und Feinregelung ist ebenfalls denkbar.

Bei der Verwendung für ein Zündsteuerung sind zwei Botschaften nötig. Die erste Botschaft dient zur Einleitung der Bestromungsphase der Zündspule und enthält unter Umständen den Sollstrom (entsprechend dem bisherigen Schließwinkel). Die zweite Botschaft dient zur Einleitung der Zündung und braucht nicht notwendigerweise Nutzdaten enthalten. Sie ist lediglich als Trigger denkbar. Zur Sicherheit sollte aber in beiden Fällen wenigstens die Zylindernummer übertragen werden, damit eine Kontrolle der Botschaften auf Zuordnung bei einem Ausfall möglich ist.

Da das Steuergerät über Informationen betreffend die Kurbelwellenstellung verfügt, wird der Interrupt genutzt, um einen eventuellen Verzug zum Sollwert zu erfassen und durch einen entsprechenden Algorithmus die folgende Einspritzung wenn nötig zu korrigieren. Dies ist in Fig. 4 verdeutlicht.

Zum Zeitpunkt 30 beginnt die Datenübertragung vom Steuergerät zur Endstufe. Die Dauer der Übertragung ist durch den Balken 31 verdeutlicht. Zum Zeitpunkt 31 endet die Übertragung. Dieser Zeitpunkt 31 wird als ϕ_ist (Istzeit) bezeichnet. Damit beginnt die Einspritzung 32. Die Einspritzung sollte aber bereits zum Zeitpunkt 33 ϕ_soll (Sollzeit) erfolgen. Diese Information hat das Steuergerät, da es über Informationen bezüglich der Stellung der Kurbelwelle Verfügt. Der zeitliche Unterschied zwischen Sollzeit und Istzeit ergibt sich wie folgt:

delta t = t (ϕ_soll) - t (ϕ_ist).

Der richtige Zeitpunkt für das Absenden der Botschaft für die nächste Einspritzung berechnet sich wie folgt:

ϕ_soll - t_DÜ - delta (z-1).

t_DÜ ist dabei die Zeit, welche zur Übertragung der Botschaft notwendig ist. delta (z-1) ist der zeitliche Unterschied zwischen Sollzeit und Istzeit der vorangegangenen Einspritzung.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer externen Endstufe (3) mit einem Steuergerät (1) über einen Datenbus, bei welchem nach Empfang eines vom Steuergerät (1) abgegebenen Signals ein Bestätigungssignal auf den Datenbus gegeben wird, welches vom Steuergerät (1) empfangen wird und zur Synchronisierung zwischen dem Steuergerät (1) und der Endstufe (3) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß als Datenbus ein CAN-Bus (2) verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Steuergerät (1) und mindestens einer Endstufe (3), dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Endstufe (3) über einen CAN-Bus (2) mit dem Steuergerät (3) verbunden ist.

4. Endstufe (3), welche gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 anzusteuern ist, mit einer Steuereinheit (6) mit einem ersten Demultiplexer, die an einen CAN-Bus (2) anzubinden ist, einer elektronischen Einheit (8) für die zeitliche Steuerung mit einem zweiten Demultiplexer, und einer Verstärkereinheit (10), wobei die Steuereinheit (6) über erste Steuerleitungen (7) mit der elektronischen Einheit (8) und diese über zweite Steuerleitungen (9) mit der Verstärkereinheit (10) verbunden ist.

5. Endstufe (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) und die elektronische Einheit (8) für eine zeitliche Steuerung in einem elektronischen Baustein integriert ausgebildet sind.