DE10048780A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Betriebsabläufen, insbesondere bei einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Betriebsabläufen, insbesondere bei einem Fahrzeug, wobei wenigstens ein Sensor mit einer Verbindungseinheit über ein Bussystem mit wenigstens einer Steuereinheit zur Steuerung der Betriebsabläufe, welche ebenfalls eine Verbindungseinheit aufweist, verbunden ist und Sensorinformationen zur Steuereinheit übertragen werden, wobei die Steuereinheit die Sensorinformationen zu vorgebbaren Synchronisationspunkten einliest und/oder verarbeitet, wobei in der Steuereinheit und in dem Sensor die Synchronisationspunkte unabhängig voneinander durch jeweils ein Synchronisationsmittel derart mit einem Vorhalt ermittelt werden, dass die Sensorinformationen zum Synchronisationspunkt für die Steuereinheit einlesbar und/oder verarbeitbar vorliegen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Betriebsabläufen, insbesondere bei einem Fahrzeug, wobei wenigstens ein Sensor mit wenigstens einer Steuereinheit zur Steuerung der Betriebsabläufe verbunden ist und Sensorinformationen zur Steuereinheit übertragen werden gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Fahrzeugsensoren, insbesondere die Sensoren des Abgasstranges, wie z. B. Lambdasensoren und Heißfilmluftmassenmesser sind heute häufig konventionell über einen Kabelbaum mit einem Steuergerät, insbesondere dem Motorsteuergerät verbunden. Dabei stehen für die Signale und Spannungsversorgungen entsprechende Hardwareleitungen zur Verfügung.

Allerdings wird in dem Artikel von Heintz und Zabler "Einsatzmöglichkeiten und Zukunftschancen intelligenter Sensoren im Kraftfahrzeug" aus BOSCH Technische Berichte 1990, Heft 52, Seite 30 bis 41, was der deutschen Fassung des Vortrags beider SAE-Conference in Detroit im März 1989 entspricht, busfähige Smart-Sensorik gezeigt. Dabei werden bei Fahrzeugkonzepten Mehrfachmessungen von Größen durchgeführt, die von elektronischen Systemen im Kraftfahrzeug benötigt werden. Durch Hinzufügen elektronischer Komponenten werden die entsprechenden Sensoren mit einer Signalvorverarbeitung versehen und busfähig, d. h. mehrfach nutzbar gemacht. Dadurch entsteht ein Buskonzept, bei dem intelligente Sensoren mit Elektronik vor Ort mit wenigstens einem Steuergerät in Verbindung stehen.

Um dabei Sensoren mit einem Steuergerät mit Hilfe eines Bussystems, insbesondere eines CAN-Bussystems zu verkoppeln, müssen, insbesondere bei echtzeitkritischen Anwendungen, z. B. bei Sensoren des Abgasstranges in Verbindung mit dem Motorsteuergerät vielfältige Zeitbedingungen eingehalten werden.

Als Grundlage zur Ermittlung solcher Zeitbedingungen ist aus der DE 39 27 967 A1 beispielsweise ein elektronischer Zähler mit einer Zählschaltung und einem dieser Zählschaltung vorgeschalteten Frequenzteiler bekannt. Diese sogenannte Winkeluhr zeichnet sich dadurch aus, dass der einstellbare Frequenzteiler eine seinem ersten Eingang zugeführte, vorzugsweise konstante Frequenz mit einem Faktor bewertet, dessen Größe durch ein einem zweiten Eingang des Frequenzteilers in beliebigen Zeitabständen zuführbares Ganggeschwindigkeitssignal frei vorgebbar ist und dass der das Teilerverhältnis bestimmende Faktor stets so lange seinen momentanen Wert beibehält, bis durch das Zuführen eines gegenüber dem vorherigen Ganggeschwindigkeitssignal abweichenden Ganggeschwindigkeitssignals eine Änderung eintritt.

Gegenstand der Erfindung ist, mit Hilfe von Synchronisationsmitteln, insbesondere solcher aus dem Stand der Technik bekannten Winkeluhren, eine optimale bzw. optimierte Synchronisation der Sensorik mit der Steuereinheit bzw. dem Steuergerät zu realisieren.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung von Betriebsabläufen, insbesondere bei einem Fahrzeug, wobei wenigstens ein Sensor mit einer Verbindungseinheit über ein Bussystem mit wenigstens einer Steuereinheit zur Steuerung der Betriebsabläufe, welche ebenfalls eine Verbindungseinheit aufweist, verbunden ist und Sensorinformationen zur Steuereinheit übertragen werden, wobei die Steuereinheit die Sensorinformationen zu vorgebbaren Synchronisationspunkten einliest und/oder verarbeitet. Dabei werden die jeweiligen Synchronisations­ punkte vorteilhafter Weise in der Steuereinheit und in dem Sensor unabhängig voneinander durch jeweils ein Synchronisationsmittel derart mit einem Vorhalt ermittelt, dass die Sensorinformationen zum Synchronisationspunkt für die Steuereinheit einlesbar und/oder verarbeitbar vorliegen.

Dabei ist vorteilhafter Weise das jeweilige Synchronisationsmittel als ein elektronischer Zähler mit einer Zählschaltung und einem diesem vorgeschalteten Frequenzteiler, insbesondere als Winkeluhr, ausgebildet.

Durch den Einsatz je eines Synchronisationsmittels, insbesondere einer Winkeluhr jeweils in der Steuereinheit und in dem wenigstens einen Sensor ergibt sich vorteilhafter Weise ein Zeitgewinn bezüglich der zu übertragenden Sensorinformationen an die Steuereinheit, da die Sensoren von sich aus Messungen starten und beenden können, weil sie auf eine eigene Zeitbasis zurückgreifen können.

Zweckmäßiger Weise wird damit als Grundvoraussetzung zur Darstellung eines Sensorbusses, insbesondere für den Abgasstrang eine Synchronisation von Sensoren und Steuereinheit so realisiert, dass die Sensorinformationen dann zur Steuereinheit übertragen werden bzw. bei der Steuereinheit vorliegen, wenn diese die Steuerinformationen auch gerade einlesen und/oder verarbeiten soll. Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass die jeweiligen Synchronisa­ tionspunkte durch die jeweiligen Synchronisationsmittel derart mit einem Vorhalt ermittelt werden, welcher Übertragungstoleranzen, Verarbeitungstoleranzen und andere Zeit- und Winkelbedingungen so berücksichtigt, dass die Sensorinformationen zum Synchronisationspunkt für die Steuereinheit vorliegen.

Durch diese Abstimmung können unnötig und zu viel übertragene Signale über das Bussystem vermieden und damit eine geringere Buslast erzielt werden.

Im Gegensatz zu Anwendungen, bei denen ein reines Software- Synchronisationssignal verwendet wird und bei welchen eine Vielzahl hochpriorer Botschaften die Übertragung des reinen Softwaretriggers verzögern können, wodurch die Anforderungen an die Übertragungszeit nicht mehr erfüllt sind, hat die Verwendung jeweiliger Synchronisationsmittel, insbesondere Winkeluhren, den Vorteil, dass eine Synchronisation von Steuergerät und Sensoren mit hoher Zuverlässigkeit und ohne Verzögerung bezüglich der Anforderungen an die Übertragungszeit realisiert werden kann, wobei dennoch die hohe Aktualität der Sensorinformationen bezüglich eines Softwaretriggersignals gewährleistet ist.

Beinhaltet der Sensor zweckmäßiger Weise eine Verarbeitungseinheit, welche eine Vorverarbeitung der Sensorinformationen vornimmt, wird vorteilhafter Weise der Vorhalt entsprechend der zur Vorverarbeitung der Sensorinformationen benötigten Zeit vorgegeben und/oder angepasst.

Dabei kann der Vorhalt in einer vorteilhaften Ausgestaltung variabel, abhängig von wenigstens einer wenigstens einem Betriebsablauf entstammenden Betriebsgröße, insbesondere abhängig von der Motordrehzahl, der Raddrehzahl oder Geschwindigkeit, usw. vorgegeben und/oder angepasst werden. Dabei wird also vorteilhafter Weise der Dynamikeinfluss bestimmter Betriebsabläufen zuordenbarer Betriebsgrößen, insbesondere der Motordrehzahl, berücksichtigt.

Vorteilhafter Weise übermittelt das Synchronisationsmittel des Sensors eine erste Größe zur Ermittlung des Synchronisationspunktes an die Steuereinheit und die Steuereinheit vergleicht diese Größe mit einer zweiten Größe des Synchronisationsmittels der Steuereinheit zur Ermittlung des Synchronisationspunktes, wobei daraus eine Korrekturgröße erstellt wird, durch welche die Synchronisationsmittel synchronisiert werden.

Vorteilhafter Weise wird der Vorhalt abhängig von wenigstens einem der folgenden Einflüsse vorgegeben und/oder angepasst:

• - eine Übertragungszeit von einer Verarbeitungs­ einheit der Steuereinheit zu deren Verbindungs­ einheit,
• - eine Übertragungs- bzw. Wartezeit bis zur Beendigung einer bereits über das Bussystem übertragenen Busbotschaft, bis die Sensorinfor­ mation oder die erste Größe bzw. die Korrekturgröße übertragen werden können,
• - eine Übertragungszeit der ersten Größe und/oder der Korrekturgröße und/oder der Sensorinformation via Bussystem,
• - eine Übertragungszeit von der Verbindungseinheit des Sensors zu dessen Verarbeitungseinheit,
• - eine Verarbeitungszeit bis zum Beenden der Verarbeitung der Sensorinformationen durch die Verarbeitungseinheit im Sensor und/oder
• - eine Übertragungszeit der Sensorinformationen und/oder der ersten Größe vom Sensor zur Steuereinheit, welche die Übertragungszeit von der Verarbeitungseinheit zur Verbindungseinheit des Sensors und die Übertragungszeit von der Verbindungseinheit des Sensors über das Bussystem bis zur Verbindungseinheit der Steuereinheit sowie die Übertragungszeit von der Verbindungseinheit der Steuereinheit bis zur Verarbeitungseinheit der Steuereinheit einschließt.

Vorteilhafter Weise wird der Vorhalt entweder in Form einer Zeitgröße als Zeitvorhalt oder in Form einer Winkelgröße als Winkelvorhalt bestimmt. Entsprechend können die erste und zweite Größe sowie die Korrekturgröße eine Zeitgröße oder eine Winkelgröße repräsentieren.

Dabei können Zeitvorhalt und Winkelvorhalt ineinander umgerechnet werden. Diese Umrechnung des Zeitvorhalts in einen Winkelvorhalt und umgekehrt unter Berücksichtigung der Winkelgeschwindigkeit hat den Vorteil, dass die Betriebsgröße, insbesondere die Motordrehzahl nur zum Synchronisationspunkt berechnet wird, da der aktuelle Winkel, insbesondere der Kurbelwellenwinkel z. B. bei einem Motorsteuergerät vorliegt und damit der Synchronisationspunkt abhängig von dieser Winkelinformation bestimmt werden kann.

Durch die Verwendung einzelner Synchronisationsmittel in Sensor und Steuereinheit kann zweckmäßiger Weise eine zusätzliche, kostenintensive Hardwaretriggerleitung zwischen Steuereinheit und Sensor vermieden werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Sensorinformationen und die Größen zur Ermittlung des Korrektursignals sowie die Korrekturgröße selbst leitungslos zwischen der Verbindungseinheit des wenigstens einen Sensors und der Verbindungseinheit der Steuereinheit übertragen, wobei in dieser vorteilhaften Ausgestaltung die Verbindungseinheiten als Sender- und Empfängereinheiten eines leitungslosen Bussystems, insbesondere eines Funkbussystems ausgebildet sind. Dadurch kann zweckmäßiger Weise eine noch größere Einsparung an Leitungsverbindungen erfolgen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Beschreibung sowie der Ansprüche.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Weiteren anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Sensorbussystem mit Sensoren 1 bis n und einem Steuergerät bzw. einer Steuereinheit, welche mittels eines leitungsgebundenen Bussystems verbunden sind, wobei die Steuereinheit und die Sensoren jeweils Synchronisationsmittel enthalten.

Fig. 2 zeigt in einem Zeitdiagramm bezüglich des Lnformationsaustausches zwischen Steuereinheit insbesondere einem Motorsteuergerät, und Sensor insbesondere einer Lambdasensorik und/oder eines Heißfilm- Luftmassenmessers mit Zeittoleranzen, insbesondere im Rahmen eines Abgasstranges und dem daraus resultierenden Vorhalt.

In Fig. 3 ist der Dynamikeinfluss der Betriebsgröße Motordrehzahl auf den Zeitvorhalt dargestellt.

Fig. 4 zeigt die Umrechnung zwischen einem Zeitvorhalt und einem Winkelvorhalt unter Berücksichtigung der Dynamikeinflüsse.

Fig. 5 zeigt einen möglichen Ablauf zur Realisierung der Winkeluhr bezogen auf das gesamte Sensorbussystem, wobei jeweils im Sensor und der Steuereinheit eine Winkeluhr als Synchronisationsmittel enthalten ist.

Fig. 6, bestehend aus Fig. 6a und 6b zeigt zwei vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung bei leitungsloser Signal- bzw. Informationsübertragung zwischen Steuereinheit und Sensorik.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Sensorbusanordnung mit einer Steuereinheit 100, insbesondere einem Motorsteuergerät, und einem Bussystem 101, insbesondere einem CAN-Bus. Die beiden im Rahmen des Bussystems 101 dargestellten Leitungen dienen der Darstellung der High- bzw. Low-Information im Rahmen einer digitalen Datenübertragung. Die Steuereinheit ist über Verbindungseinheit 106 mit dem Bussystem 101 verbunden. Ebenso sind Sensoren 102 bis 105 mittels der Verbindungseinheiten 107 bis 110 jeweils mit dem Bussystem 101 verbunden. Dabei ist Sensor 1 beispielsweise ein erster Lambdasensor und Sensor 2 ein zweiter Lambdasensor im Rahmen einer zylinderselektiven Lambdaregelung, wobei die Lambda- Werte für jedes Segment bezogen auf den Kurbelwellenwinkel getrennt ausgewertet und spätestens innerhalb des nächsten Segments an die Motorsteuerung weiterzuleiten sind.

Sensor 3 ist beispielsweise ein Heißfilmluftmassenmesser HFM, dessen Lastsignal rechtzeitig zum Synchronisationspunkt, also einem vorgebbaren Zeitpunkt bzw. Winkel, insbesondere Kurbelwellenwinkel, zu dem für jeden Arbeitstakt die Berechnung von Zündung und/oder Einspritzung gestartet wird, am Motorsteuergerät einlesbar und/oder verarbeitbar vorliegen muss, um eben Zündung und/oder die Einspritzung für jeden Zylinder bestimmen zu können.

Weitere optionale Sensorik ist beispielhaft mit Sensor n, 105 dargestellt, welcher z. B. NOx-Sensorik repräsentiert.

Die Sensorik 102 bis 105 ist weiterhin mit der Versorgungsspannung Uv sowie mit Masse G verbunden. Dabei sind die Anforderungen zur Übertragung des HFM-Signals und die Segmentinformationen für die zylinderselektive Lambdaregelung über das Softwaretriggersignal vom Motorsteuergerät an die jeweiligen Sensoren weiterzuleiten. Dabei ist mit Segment der Winkel bzw. die Zeitdauer zwischen zwei Synchronisationspunkten dargestellt. Ein Segment im Rahmen des Kurbelwellenwinkels errechnet sich dabei aus 720° geteilt durch die Zylinderzahl.

Dabei sind die zylinderselektive Lambdaregelung und die Ermittlung des Lastsignals mit Hilfe des Heißfilmluftmassenmessers über ein Segment beispielsweise in der Motorsteuerung realisiert. Um dabei eine kritische Auslastung des Bussystems 101, insbesondere eines CAN- Busses, zu vermeiden, können die Sensorinformationen bereits vor Ort, also in einer Verarbeitungseinheit im Sensor vorausgewertet bzw. vorverarbeitet werden. Diese Vorverarbeitung, beispielsweise eine Mittelwertbildung und die zugehörige Übertragung der Sensorinformationen, insbesondere des Mittelwertes, muss dann so rechtzeitig erfolgen, dass z. B. zum Synchronisationspunkt die Einspritzung und/oder die Zündung für den nächsten Arbeitstakt berechnet werden können.

Dabei sind mit 111 bis 115 Synchronisatiosmittel, insbesondere Winkeluhren dargestellt. Diese Synchronisationsmittel können einerseits in Software ebenso wie in Hardware realisiert sein. Im Weiteren wird für die Synchronisationsmittel 111 bis 115 nunmehr als spezielles Ausführungsbeispiel der Begriff der Winkeluhr verwendet.

Können die Anforderungen an die Übertragungszeit einer Synchronisationsbotschaft beispielsweise softwaremäßig nicht mehr erfüllt werden, erfolgt der Einsatz einer Winkeluhr. Gerade bei der Steuerung von Betriebsabläufen in Verbindung mit der Kurbelwelle, wie beispielsweise im Rahmen eines Sensorbusses für den Abgasstrang, bildet eine Winkeluhr in den entsprechenden Sensoren eine virtuelle Kurbelwelle nach; d. h., bei gegebenen Kurbelwellenwinkeln (z. B. zu Synchronisationspunkten) können die Sensoren von sich aus Messungen starten und beenden. Ebenfalls können feste Vorhalte, insbesondere Zeit- und/oder Winkelvorhalte, bezogen z. B. auf einen Synchronisationspunkt, realisiert werden, indem zum jeweils aktuellen Synchronisations­ zeitpunkt bzw. Synchronisationswinkelpunkt der Zeitvorhalt für den nächsten Synchronisationspunkt in einen Winkelvorhalt umgerechnet wird. Erfindungsgemäß werden dabei Drehzahldynamikeinflüsse berücksichtigt.

Dabei zeigt die Winkeluhr folgende Vorteile:

• - Geringere Abweichung von virtuellem und tatsächlichem Kurbelwellenwinkel, wodurch die Synchronisationspunkte, bezogen auf vorher definierte Kurbelwellenwinkel in den Sensoren selbst bestimmt werden können.
• - Kosteneinsparungen bezogen auf eine zusätzliche Hardwaretriggerleitung, da eine solche realisierte Winkeluhr bei einer entsprechenden Genauigkeit eine Hardwaretriggerleitung ersetzen kann.
• - Höhere Genauigkeit als beispielsweise eine softwaremäßig durchgeführte Triggerung, da bei einem Softwaretriggersignal hochpriore Botschaften die Übertragung verzögern können, d. h., ein verspätetes Eintreffen des Softwaretriggersignals ist möglich. Die Winkeluhr dagegen berücksichtigt bereits das zeitverzögerte Übertragen von Winkel- und Drehzahlinformationen zum Nachstellen der Winkeluhr.

Die Informations- und Signalübertragung ist in Fig. 2 im Rahmen eines Sensorbusses mit Berücksichtigung dabei auftretender Toleranzen dargestellt. Die Situation in Fig. 2 wird beispielhaft anhand einer zylinderselektiven Lambda-Regelung und eines Heißfilmluftmassenmessers im Rahmen eines Sensorbusses im Abgasstrang erläutert.

Für eine zylinderselektive Lambda-Regelung sollen die Lambda-Messwerte dem jeweiligen Segment, hier S1, zugeordnet sein, d. h. der Start- und Endpunkt des Messfensters ist durch die Synchronisationspunkte t1 und t2 bzw. t2 und t3 für das nächste Segment definiert.

Zur Erfassung der Lambda-Werte sind dabei beispielhaft folgende Varianten möglich:
Pro Segment werden zwei Lambda-Werte gemessen, wobei diese Werte ohne weitere Auswertung an die Steuereinheit, insbesondere das Motorsteuergerät übertragen werden. Andererseits können die Lambda-Werte in einem festen Zeitraster, beispielsweise einer Millisekunde oder durch die vorhandene Winkeluhr zu bestimmten vorgebbaren Winkelpunkten erfasst werden. Bei Verwendung intelligenter oder "smarter" Sensorik, also Sensorik, die eine Verarbeitungseinheit enthält, kann eine Vorverarbeitung bzw. Vorauswertung, beispielsweise eine Mittelwertbildung, vor Ort im Sensor erfolgen.

Diese vorverarbeiteten Lambda-Werte, beispielsweise Mittelwerte, werden dann insbesondere im Rahmen einer physikalischen Schnittstelle über das Bussystem an die Steuereinheit übertragen. Die physikalische Schnittstelle hat dabei den Vorteil, dass Sensoren insbesondere im Rahmen der später noch dargestellten leitungslosen Übertragungen einfach hinzugefügt, aus dem Verbund genommen bzw. ausgetauscht werden können. Bei Verarbeitung der Lambda- Werte bzw. Mittelwerte sind wiederum Varianten denkbar, beispielsweise die Mittelwertbildung der gemessenen Lambda- Werte innerhalb der ersten Segmenthälfte des jeweiligen Segmentes und/oder Mittelwertbildungen der gemessenen Lambda-Werte innerhalb der zweiten Segmenthälfte. Diese beiden Mittelwerte, getrennt für erste und zweite Segmenthälfte können dann an die Steuereinheit übertragen werden.

In Fig. 2 sind somit die Anforderungen an die Synchronisation gezeigt. Zu den Synchronisationspunkten SP, also t1, t2 und t3 muss eine Synchronisationsinformation mit einer entsprechenden Toleranz Δts zum Beispiel für die stetige Lambdasonde LSU vorhanden sein. Die Synchronisationspunkte SP kennzeichnen den Startzeitpunkt und die Endzeitpunkte der Segmente, hier S1, über welche für jeden einzelnen Zylinder eine zylinderselektive Lambda- Regelung durchgeführt wird.

Bezüglich der Synchronisationspunkte besteht ein jeweiliges Toleranzfenster TSP1, TSP2 bzw. TSP3 der Größe Δts. Diese vorgegebenen Toleranzen, bedingt durch Übertragungs-, Verarbeitungs- und/oder Wartezeiten sind von der Winkeluhr einzuhalten.

Bezüglich der Anforderung zur Übertragung des HFM-Signals (HFM: Heißfilmluftmassenmesser) ist ein entsprechender hier Zeitvorhalt zu berücksichtigen, damit das zum Steuergerät übertragene HFM-Signal rechtzeitig zum Synchronisationspunkt im Speicher der Steuereinheit vorliegt. Der Zeitpunkt tv2 wird im Sensor ermittelt, in dem zum Zeitpunkt t1 der Zeitvorhalt in einen Winkelvorhalt umgerechnet wird, d. h. zu einem Winkelwert Kwwv2 wird die Anforderung zur Übertragung des HFM-Signals ausgelöst. Der Winkelwert Kwwv2 wird entsprechend den Drehzahlinformationen zum Zeitpunkt t1 ermittelt, d. h. bei Drehzahldynamiken können sich Streuungen des Zeitvorhalts ergeben (Toleranz für die Anforderung des HFM-Signals TAS1).

Der erfindungsgemäße Vorhalt, insbesondere ein Zeitvorhalt oder ein Winkelvorhalt wird nun dahingehend vorgesehen, um die Sensorinformationen bereits zum jeweiligen Synchronisa­ tionspunkt insbesondere t2 und t3 für die Steuereinheit einlesbar bzw. verarbeitbar vorliegen zu haben. Am Beispiel des Heißfilmluftmassenmessers HFM wird somit ein Vorhalt Δtv = t2 - tv2 vorgesehen, durch welchen Übertragungs-, Warte- und/oder Verarbeitungszeiten berücksichtigt werden, um das Lastsignal bereits zum Synchronisationspunkt, beispielsweise in t2 oder t3, vorliegen zu haben.

Diese Zeiten ergeben sich aus Übertragungen, wie einmal die Anforderung der Sensorübertragung AS, übertragen von der Steuereinheit an den Sensor, beispielsweise über CAN, oder aus der Beendigung der Vorauswertung bzw. Vorverarbeitung der Sensorinformation im Sensor, beispielsweise der Mittelwertbildung der Messwerte aus dem letzten Segment sowie die Rückübertragung der vorausgewerteten Sensorsignale an die Steuereinheit, insbesondere das Motorsteuergerät. Dabei ist für die Anforderung der Datenübertragung des Heißfilmluftmassenmessers AS eine Toleranz Δta vorgesehen, welche das Toleranzfenster TAS1 bzw. TAS2 ergibt.

sind ihrerseits selbst stark toleranzbehaftet. Unter Berücksichtigung der Vorhaltezeitfenster TV1 und TV2, also t2 - tv2 und t3 - tv3, verschieben sich quasi die Start- und Endpunkte des Segments, hier 52 im Vergleich von t2 und t3 zu den früheren Vorhaltezeitpunkten tv2 und tv3. Dieses beispielhaft dargestellte Segment für den Heißfilmluft­ massenmesser liegt somit zwischen tv2 und tv3, d. h. die Synchronisationssignale werden zu diesen Zeitpunkten durch die Winkeluhren in den Sensoren generiert, so dass die Sensorinformation dann zum Synchronisationszeitpunkt in der Steuereinheit zur Verfügung steht. Der vorgebbare Zeitvor­ halt Δtv z. B. TV1 bzw. TV2 ist dann so vorgesehen, dass innerhalb der Zeitfenster TV1 bzw. TV2 die Rückübertragung der Sensorinformation, insbesondere der vorverarbeitenden Sensorinformation stattfinden kann. So liegen die aktuellsten Sensorinformationen zum eigentlichen Synchronisationspunkt t2 und t3 einlesbar bzw. verarbeitbar an der Steuereinheit vor, so dass die Berechnungen synchronisiert nur einmal durchgeführt werden müssen und so schon an dieser Stelle Rechenleistung gespart werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für die Wahl des Vorhalts, insbesondere als Winkelvorhalt oder Zeitvorhalt TV1 bzw. TV2 der Dynamikeinfluss bestimmter Betriebsgrößen, insbesondere der Motordrehzahl, also die Dynamik des Motors berücksichtigt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Motordrehzahl mit maximaler Last ansteigt oder wenn die Motordrehzahl stark abnimmt.

Dabei sind die Zeitpunkte tv2 und tv3 beispielsweise auf der Winkelebene abzubilden, was später noch erläutert wird.

So ist der Dynamikeinfluss auf die Segmentzeit für einen positiven Motordrehzahlgradienten dahingehend zu berücksichtigen, dass insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen eine merkliche Reduzierung der ursprünglichen Segmentzeit, also der Segmentzeit ohne Dynamikeinfluss im Gegensatz zu der Segmentzeit in Folge Drehzahldynamik festzustellen ist. Um diese Verringerung des wirksamen Vorhalts bei hoher positiver Drehzahldynamik und bei niedrigen Motordrehzahlen entgegenzuwirken, wird der Vorhalt entsprechend Fig. 3 erfindungsgemäß als Funktion der dynamischen Betriebsgröße insbesondere der Motordrehzahl geändert. Dieser Vorhalt, insbesondere die Vorhaltezeit, kann ebenfalls bei Überschreiten einer Motordrehzahldynamik, beispielsweise eines Schwellenwertes verändert werden.

In Fig. 3 ist dazu die Motordrehzahl Nmot über der Vorhaltezeitdauer Δtv im Rahmen einer Dynamikkurve D dargestellt. Dabei ist ein Grenzzeitvorhalt Δtvg berücksichtigt. Vorhaltedauern, die geringer sind als Δtvg, können unter Umständen im Rahmen der vorhergehenden Toleranzbetrachtungen die Aktualität der Sensorinformationen zum jeweiligen Synchronisationspunkt nicht mehr gewährleisten.

Dieser Grenzzeitvorhalt entspricht einer Grenzdrehzahl Ng. Bei Drehzahlen größer der Grenzdrehzahl Ng wird der Zeitvorhalt aus vorgenannten Gründen konstant bei Δtvg gehalten. Bei Drehzahlen kleiner der Grenzdrehzahl Ng kann der Vorhalt bzw. die Vorhaltezeit Δtv angepasst werden, um der Verringerung der wirksamen Vorhaltezeit bei niedrigen Motordrehzahlen, also geringer Periodenzeitdauer entgegenzuwirken.

Zur Berücksichtigung des Dynamikeinflusses und zur Abbildung der Vorhaltepunkte tv2 und tv3 auf die Winkelebene ist in Fig. 4 ein Vergleich der Kurbelwinkelverläufe (Kww über t) für konstante Motordrehzahlen dKww1 und für die Beschleunigung des Motors dKww2 dargestellt. Unter Berücksichtigung der Drehzahldynamik verschiebt sich der Synchronisationspunkt t2 auf den Dynamikpunkt t2D nach links. Dabei wird berücksichtigt, dass der ursprüngliche Zeitpunkt tv2 mit Vorhalt für die Anforderung zur Übertragung der Sensorbotschaft bzw. Sensorinformation, also das Anforderungssignal AS rechts von t2D liegt, also dass bei Vorhandensein einer Motordrehzahldynamik die Sensorbotschaft erst angefordert wird, wenn der jetzige Synchronisationspunkt t2D bereits abgelaufen ist. Das Anforderungssignal ist in sofern sinnvoll, als einerseits eine ununterbrochene sehr exakte Übereinstimmung aller Winkeluhren sehr aufwendig zu realisieren ist und zum anderen auch Information außerhalb fester Raster angefordert werden kann.

Wird der Zeitvorhalt Δtv2 zum Zeitpunkt t1 unter Berücksichtigung der Winkelgeschwindigkeit bei t1 in einen Winkelvorhalt ΔKww2 umgerechnet, so kann bei Erreichen des Kurbelwellenwinkels Kwwv2 im Rahmen des Vorhalts die Übertragungsanforderung zum Zeitpunkt tv2D, also dem Vorhaltezeitpunkt unter Dynamikberücksichtigung, gestartet werden. Auf diese Weise erfolgt die Anforderung zur Übertragung der Sensorbotschaft, immer zeitlich vor Erreichen des Synchronisationspunktes. In dem Fall also um die Zeitdauer Δtv2D vor dem Synchronisationspunkt t2D. In Fig. 4 entspricht dabei t1 dem Kurbelwellenwinkel Kww1. Das hier in Fig. 4 betrachtete Segment übertragen auf den Kurbelwellenwinkel, also Segment Sw, reicht somit von Kww1 bis Kww2.

Durch die Übertragung auf den Winkel, insbesondere den Kurbelwellenwinkel ergibt sich nun der Vorteil, dass die Betriebsgröße, hier die Motordrehzahl nur zum Synchronisationspunkt berechnet werden muss. Dies liegt darin begründet, dass der aktuelle Kurbelwellenwinkel beim Motorsteuergerät ohnehin vorliegt, d. h. bei Erreichen des Winkels Kwwv2 kann die Anforderung zur Übertragung der Sensorbotschaft an den Sensor erfolgen. Durch diese Beschränkung der Motordrehzahlberechnung auf die Synchronisationspunkte kann erheblich Rechenleistung und Rechenzeit im Motorsteuergerät eingespart werden.

In Folge der Drehzahldynamik verringert sich der Zeitvorhalt Δtv2 auf den Zeitvorhalt Δtv2D, also den Zeitvorhalt unter Dynamikeinfluss. Die Übertragungszeiten gemäß der Erläuterungen zu Fig. 2 müssen ebenfalls innerhalb der neuen Vorhaltezeit Δtv2D liegen. In Fig. 4 stellt dKww1 die Funktion zur Änderung des Kurbelwellenwinkels bei konstanter Motordrehzahl dar und dKww2 die Funktion zur Änderung des Kurbelwellenwinkels bei Beschleunigung des Motors.

Fig. 5 zeigt einen möglichen Ablauf zur Realisierung der Winkeluhr. Dieser Ablauf beruht darauf, dass jedes Empfängermodul, sprich jeder Sensor seine eigene Winkeluhr besitzt; ebenfalls besitzt das Sendermodul, also die Steuereinheit, eine ideale Winkeluhr. Die durchgezogene schwarze Linie 500 stellt den Winkelverlauf der tatsächlichen Kurbelwelle dar. Die jeweils gestrichelte Linie 501a, 501b, 501c zeigt den Verlauf der idealen Winkeluhr in der Steuereinheit. Zum Zeitpunkt t1 sind die Winkel der realen Kurbelwelle und der idealen Winkeluhr entsprechend Kww (t1) identisch. Ausgehend von der Drehzahlinformation zum Zeitpunkt t1 steigt der Winkel der idealen Winkeluhr bis zum Zeitpunkt t2 auf Kww1 (t2) an, was dem Schnitt der Tangente zur Kurve 500 in t1 mit Zeitpunkt t2 entspricht. Wird diese Tangente 501a zum Zeitpunkt t2 wieder auf dem tatsächlichen Kurbelwellenwinkel entsprechend Kurvenverlauf 500 verschoben, was durch die gepunktete Linie 502a dargestellt ist, so ergibt sich, bezogen auf den Zeitpunkt t1 eine Kurbelwellenabweichung Δ2 entsprechend Kww (t1) - Kwwe (t1), was dem rück-extrapolierten Wert der Winkeluhr entspricht. Um diesen Winkel entsprechend Δ2 werden beide Winkeluhren, also die ideale Winkeluhr in der Steuereinheit und die Winkeluhr im Sensor (dargestellt durch die Verläufe 503a, 503b, 503c) korrigiert.

Die tatsächliche Winkeluhr und die ideale Winkeluhr können z. B. in Folge unterschiedlicher Quarzfrequenzen oder Qualität voneinander abweichen, weshalb dann eine solche Korrektur notwendig wird. Zu den Zeitpunkten t2, t3, t4 usw. werden somit immer durch Verschiebung der jeweiligen Tangenten 501b, 501c, usw. entsprechend 502b, 502c, usw. Korrekturwinkel als Korrekturgrößen und die jeweils aktuelle Kurbelwinkeldrehzahl entsprechend der jeweiligen Tangentensteigung in einer Nachstellbotschaft übertragen.

Um eine zeitverzögerte Übertragung der Nachstellbotschaften zum Nachstellen der Winkeluhr zu berücksichtigen (z. B. wenn höherpriore CAN-Botschaften übertragen werden) findet ein Nachstellen der idealen Winkeluhr erst statt, wenn das Empfängermodul, also der Sensor die Nachstellbotschaft erhalten hat, z. B. durch Acknowledge der CAN-Botschaft. In definierten Zeitabständen sendet dann dabei das Empfängermodul seinen Winkelstand, bezogen auf diese Acknowledge-Zeitpunkte an das Sendermodul, also die Steuereinheit zurück, d. h. die Steuereinheit kann die Taktabweichungen von idealer Winkeluhr und Sensorwinkeluhr, ermitteln. Zum Zeitpunkt t3 erhält das Empfängermodul, also der Sensor, einen Winkelkorrekturwert Δ3, welcher sowohl die Abweichung der idealen Winkeluhr zum Zeitpunkt t3 als auch die Abweichung der idealen Winkeluhr und der Sensorwinkeluhr zum Zeitpunkt t2 enthält.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine leitungslose Verbindung zwischen Sensoren und der Steuereinheit, insbesondere im Rahmen eines Funk- Bus-Systems, vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung ist mit Bussystemen somit eine Übertragung bidirektionaler Art zwischen wenigstens zwei Teilnehmern vorgesehen, welche festen Regeln, also einem Busprotokoll folgt. Dabei ist unter Bussystem ebenso die leitungsgebundene wie die leitungslose Übertragung gemäß der Erfindung zu verstehen. Eine leitungslose Busübertragung kann beispielsweise an einem für die Leitungsverlegung ungünstigen Bereich, wie beispielsweise im Abgasstrang, vorteilhaft sein. Damit fallen zusätzliche Leitungsverbindungen, beispielsweise auch ein leitungsbehaftetes Bussystem weg, wodurch zusätzlich Gewicht und Kosten eingespart werden können. Außerdem ist so eine noch flexiblere Nachrüstung der Sensoren auch gegenüber einer physikalischen Schnittstelle eines leitungsgebundenen Bussystems möglich.

Fig. 6, bestehend aus Fig. 6a und 6b zeigt dazu beispielhaft zwei herausgegriffene Möglichkeiten der Sensor- Steuereinheit-Verkopplung, wie hier ein leitungsloses Bussystem, beispielsweise als Funkbus, oder auch im Infraroten Bereich, je nach Wellenlänge bzw. Frequenz der elektromagnetischen Welle. Dabei sind in Fig. 6a die Sensoren 1 bis n, also 102 bis 105, beispielsweise Lambdasensorik, ein HFM- oder NOX-Sensor mit einer zentralen Auswerteelektronik 602 über die sensorseitigen Verbindungseinheiten 607 bis 610 und die auswerteelektronikseitigen Verbindungseinheiten 603 bis 606 verbunden. Dieser Auswerteelektronik 602 ist ein Sende- und Empfangsbaustein 601 zugeordnet. An der Steuereinheit, insbesondere im Motorsteuergerät 100 ist ebenfalls ein solcher Sende- und Empfangsbaustein 600 angebracht. Damit ist eine leitungslose Datenübertragung zwischen Zentralelektronik, also der Auswerteelektronik 602 auf der Sensorseite und der Steuereinheit 100 möglich.

In diesem Beispiel sind die Sensoren 102 bis 105 konventionell, beispielsweise über Leitungsbündel mit vier Leitungen mit der Auswerteelektronik verbunden. Ebenso kann hier anstelle, wie vorher dargestellt, ein Bussystem leitungsgebunden oder leitungslos die Sensoren mit der Auswerteelektronik und dem Sende-/Empfangsteil verkoppeln. Bei der leitungslosen Datenübertragung kann es sich um eine Funkübertragung, eine optische Übertragung oder eine beliebig andere leitungslose Datenübertragung beliebiger Wellenlänge oder Frequenz handeln. Das Sende- und Empfangsmodul 600 auf der Steuergeräteseite kann dabei direkt am oder im Steuergerät an- bzw. untergebracht sein. Eine Leitungsverbindung zwischen Steuergerät und Sende- Empfangsmodul 600 ist aber ebenso denkbar. An der hier dargestellten zentralen Auswerteeelktronik 602 findet eine Vorverarbeitung bzw. Auswertung der in den Sensoren 1 bis n, 102 bis 105, gemessenen Sensorsignale statt. Im Rahmen der Erfindung kann die Zentralelektronik z. B. zur Auswertung der Sensoren des Abgasstranges dienen.

In Fig. 6b verfügen sämtliche Sensoren 1 bis n, also 102 bis 105 über eine eigene Auswerteelektronik 602a, 602b, 602c bzw. 602d vor Ort einschließlich eines Sende- und Empfangsmoduls 601a, 601b, 601c und 601d. Die Auswerteelektronik bzw. der Sender und Empfänger vor Ort bieten die Vorteile eines Sensorabgleichs, z. B. am Bandende und einer Diagnose vor Ort. Dabei sind die Sender möglicherweise aufgrund unterschiedlicher Frequenzen oder Sonstigem zu unterscheiden, um Kollisionen im Sende- und Empfangsbetrieb der einzelnen Sensoren bzw. der Steuereinheit zu vermeiden. Ein entsprechendes Busprotokoll kann dabei Gleiches leisten. Die dargestellten Anordnungen zur leitungslosen Datenübertragung greifen dann auf den vorher dargestellten Synchronisationsmechanismus zurück.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung von Betriebsabläufen, insbesondere bei einem Fahrzeug, wobei wenigstens ein Sensor mit einer Verbindungseinheit über ein Bussystem mit wenigstens einer Steuereinheit zur Steuerung der Betriebsabläufe, welche ebenfalls eine Verbindungseinheit aufweist, verbunden ist und Sensorinformationen zur Steuereinheit übertragen werden, wobei die Steuereinheit die Sensorinformationen zu vorgebbaren Synchronisationspunkten einliest und/oder verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit und in dem Sensor die Sychronisationspunkte unabhängig voneinander durch jeweils ein Synchronisations­ mittel derart mit einem Vorhalt ermittelt werden, dass die Sensorinformationen zum Synchronisationspunkt für die Steuereinheit einlesbar und/oder verarbeitbar vorliegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Synchronisationsmittel als ein elektronischer Zähler mit einer Zählschaltung und einem diesem vorgeschalteten Frequenzteiler, insbesondere als eine Winkeluhr, ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationsmittel des Sensors eine erste Größe zur Ermittlung des Synchronisationspunktes an die Steuereinheit übermittelt und die Steuereinheit die erste Größe mit einer zweiten Größe des Synchronisationsmittels der Steuereinheit zur Ermittlung des Synchronisationspunktes vergleicht und daraus eine Korrekturgröße erstellt, wobei die Synchronisationsmittel durch die Korrekturgröße synchronisiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Vorverarbeitung der Sensorinformationen vornimmt, wobei der Vorhalt entsprechend der zur Vorverarbeitung der Sensorinformationen benötigten Zeit angepasst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhalt variabel, abhängig von einer wenigstens einem Betriebsablauf entstammenden Betriebsgröße, insbesondere abhängig von der Motordrehzahl vorgegeben und/oder angepasst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhalt abhängig von wenigstens einem der folgenden Einflüsse vorgegeben und/oder angepasst wird:
eine Übertragungszeit von einer Verarbeitungseinheit der Steuereinheit zu deren Verbindungseinheit,
eine Übertragungszeit einer bereits zu übertragenden Busbotschaft,
eine Übertragungszeit der ersten Größe und/oder der Korrekturgröße via Bussystem,
eine Übertragungszeit von der Verbindungseinheit des Sensors zu dessen Verarbeitungseinheit,
eine Verarbeitungszeit bis zum Beenden der Verarbeitung der Sensorinformationen durch die Verarbeitungseinheit im Sensor und/oder
eine Übertragungszeit der Sensorinformationen vom Sensor zur Steuereinheit.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhalt in Form einer Zeitgröße als Zeitvorhalt oder in Form einer Winkelgröße als Winkelvorhalt bestimmt und/oder ineinander umgerechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung zwischen Sensor und Steuereinheit leitungslos zwischen der Verbindungseinheit des Sensors und der Verbindungseinheit der Steuereinheit erfolgt, wobei die Verbindungseinheiten als Sender- und Empfängereinheiten ausgebildet sind.

9. Vorrichtung zur Steuerung von Betriebsabläufen, insbesondere bei einem Fahrzeug, wobei wenigstens ein Sensor mit einer Verbindungseinheit über ein Bussystem mit wenigstens einer Steuereinheit zur Steuerung der Betriebsabläufe, welche ebenfalls eine Verbindungseinheit aufweist, verbunden ist und Sensorinformationen zur Steuereinheit übertragen werden, wobei die Steuereinheit die Sensorinformationen zu vorgebbaren Synchronisationspunkten einliest und/oder verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit und in dem Sensor Synchronisationsmittel enthalten sind, welche die Sychronisationspunkte unabhängig voneinander derart mit einem Vorhalt ermitteln, dass die Sensorinformationen zum Synchronisationspunkt für die Steuereinheit einlesbar und/oder verarbeitbar vorliegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Synchronisationsmittel als ein elektronischer Zähler mit einer Zählschaltung und einem diesem vorgeschalteten Frequenzteiler, insbesondere als eine Winkeluhr, ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheiten als Sender- und Empfängereinheit ausgebildet sind und die Übertragung leitungslos, insbesondere über ein Funk-Bus-System, erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Rahmen eines Abgasstranges eines Fahrzeugs Verwendung findet, wobei der wenigstens eine Sensor einem Lambdasensor oder einem Heißfilmluftmassenmesser entspricht und die Steuereinheit als Motorsteuergerät vorliegt.