Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei
Steuereinheiten.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Steuereinheiten ist
aus der DE 198 54 304 bekannt. Bei dem dort dargestellten
System handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit acht
Zylindern, wobei jeweils vier Zylinder einer Bank zugeordnet
werden und von einem Steuergerät mit Ansteuersignalen,
insbesondere zur Steuerung der Kraftstoffzumessung,
beaufschlagt werden.
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Bei einer solchen Anordnung erfolgt nach einer Drehung der
Kurbelwellen um 90° eine Kraftstoffeinspritzung und damit
eine Zündung. Üblicherweise lassen sich die Einspritzungen
bzw. Zündungen nicht immer gleichmäßig auf die beiden
Steuergeräte aufteilen. So kann beispielsweise vorgesehen
sein, dass die Einspritzung in den ersten, vierten, sechsten
und siebten Zylinder von einem ersten Steuergerät und die
Einspritzung in den zweiten, dritten, fünften und achten
Zylinder von einem zweiten Steuergerät gesteuert wird.
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Um kostengünstige Steuergeräte bereitzustellen, sollte es
möglich sein, die Steuergeräte sowohl für
Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern, als auch für
Brennkraftmaschinen mit acht Zylindern zu verwenden. D. h.
bei einer Achtzylinder-Brennkraftmaschine sollen zwei
Steuergeräte, die üblicherweise für Vierzylinder-
Brennkraftmaschinen verwendet werden, eingesetzt werden.
Dabei sollen sich die Steuergeräte möglichst wenig
voneinander unterscheiden, d. h. es sollte sowohl beim
Einsatz bei vier, als auch bei acht Zylindern die gleiche
Hardware des Steuergeräts als auch die gleiche Software des
Steuergeräts verwendbar sein.
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Lediglich im Bereich der Ansteuerdaten sollten geringfügige
Unterschiede bei den beiden Steuergeräten erforderlich sein.
Die üblichen Applikationsdaten sollten allenfalls nur in
geringem Umfang verändert werden.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren und
einer Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs mit
wenigstens zwei Steuereinheiten, eine Motorumdrehung in eine
vorgegebene Anzahl von Subsegmenten mit gleicher Länge
aufgeteilt ist. Jeweils ein oder mehrere Subsegmente sind zu
einem Segment zusammenfassbar. Ansteuerdaten werden in allen
Subsegmenten vorzugsweise einmal berechnet. Die
Steuereinheit gibt die Ansteuerdaten einmal pro Segment aus.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Motorumdrehung in
zwei Arten von Segmenten aufgeteilt werden, die als Segmente
bzw. als Subsegmente bezeichnet werden. Dabei werden die
Aktionen, die die bei herkömmlichen Steuereinheiten jeweils
in einem Segment durchgeführt werden zum einen jeweils in
einem Subsegment und zum anderen in einem Segment
durchgeführt werden. Vorzugsweise werden wenigstens bei
einem Segment zwei Subsegmente zu einem Segment
zusammengefaßt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass dass die Ansteuerdaten
genau einmal in jedem Subsegment berechnet und genau einmal
in jedem Segment ausgegeben werden.
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Eine besonders einfache Realisierung ergibt sich, wenn bei
einer ersten Steuereinheit die Ausgabe der Ansteuerdaten in
jedem Segment jeweils in dem ersten Subsegment erfolgt
und/oder wenn bei einer zweiten Steuereinheit die Ausgabe
der Ansteuerdaten in einem ersten Segment jeweils in einem
vorgebbaren Subsegment und/oder in den übrigen Segmenten
jeweils in dem ersten Subsegment erfolgt. Dies bedeutet, die
Ausgabe der Steuerdaten erfolgt in der Regel im ersten
Subsegment eines jeden Segments. Lediglich das ein Segment
einer Steuereinheit bildet eine Ausnahme. Hier kann die
Ausgabe der Ansteuerdaten in einem beliebigen Subsegment
erfolgen.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen Fig. 1
ein Blockdiagramm zweier Steuergeräte und Fig. 23
verschiedene Signale über der Zeit aufgetragen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines
Fahrzeugs mit zwei Steuereinheiten dargestellt. Eine erste
Steuereinheit ist mit 100 bezeichnet. Diese beinhaltet im
Wesentlichen einen Rechner 110, der mit einem Datenspeicher
124 und einem Programmspeicher 126 in Verbindung steht.
Desweiteren wird die Steuereinheit 100 von Sensoren 120 mit
Signalen beaufschlagt. Der Rechner 110 beaufschlagt
Endstufen 130, 131, 132 und 133 mit Ansteuersignalen. Die
Endstufen wiederum beaufschlagen Stellelemente 140, 141, 142
und 143 mit Ansteuersignalen. Bei den Stellelementen handelt
es sich vorzugsweise um Magnetventile und/oder Piezoaktoren,
mit denen die Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine
steuerbar ist.
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Desweiteren ist eine zweite Steuereinheit 200 vorgesehen,
die im Wesentlichen dieselben Bauelemente aufweist. Die
zweite Steuereinheit beinhaltet im Wesentlichen einen
Rechner 210, der mit einem Datenspeicher 224 und einem
Programmspeicher 226 in Verbindung steht. Desweiteren wird
die Steuereinheit 200 von Sensoren 220 mit Signalen
beaufschlagt. Der Rechner 210 beaufschlagt Endstufen 230,
231, 232 und 233 mit Ansteuersignalen. Die Endstufen
wiederum beaufschlagen Stellelemente 240, 241, 242 und 243
mit Ansteuersignalen.
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Die erste und zweite Steuereinheit tauschen über eine
Leitung 150 Daten aus. Hierbei handelt es sich vorzugsweise
um ein Bussystem, insbesondere um einen sogenannten CAN-Bus.
Über dieses Bussystem können auch mit anderen nicht
dargestellten Systemen Daten ausgetauscht werden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um
eine Brennkraftmaschine mit acht Zylindern. Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise ist nicht auf die Zahl der
Stellelemente beschränkt. Diese Vorgehensweise kann auch bei
Brennkraftmaschinen mit anderer Anzahlen von Stellelementen
eingesetzt werden. So kann beispielsweise bei einer
Zwölfzylinder-Brennkraftmaschine, entsprechend vorgegangen
werden. In diesem Fall sind dann drei Steuereinheiten mit
vier anzusteuernden Stellelementen bzw. zwei Steuereinheiten
mit je sechs anzusteuernden Stellelementen vorzusehen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass pro Steuereinheit
lediglich zwei oder drei Stellelemente angesteuert werden.
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In dem Programmspeicher 126 ist das Programm abgelegt, mit
dem der Rechner 110 die Signale zur Ansteuerung der
Endstufen 130 bis 133 berechnet. Hierzu verwendet der
Rechner in dem Datenspeicher 124 abgelegte Daten sowie die
von den Sensoren 120 erfassten Signale.
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Ausgehend von Signalen, die den Betriebszustand der
Brennkraftmaschine, des Fahrzeugs oder Umweltbedingungen
charakterisieren und denn im Datenspeicher 124 abgelegten
Daten berechnet die Rechnereinheit 110 unter Verwendung des
im Programmspeicher 126 abgelegten Programms Ansteuerdaten
zur Ansteuerung verschiedener Steller. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel werden Ansteuersignale für
Einspritzventile 140 bis 143 berechnet.
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Bei diesen Ansteuersignalen handelt es sich vorzugsweise um
Winkelpositionen, bei denen der Stromfluss durch das
Magnetventil beginnen bzw. enden soll. Diese Winkelgrößen
sind vorzugsweise für jedes Magnetventil in einem
Speicherelement abgelegt.
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D. h. für alle Einspritzventile sind mehrere
Speicherelemente vorgesehen, in denen die Ansteuerdaten
abgelegt sind. Vorzugsweise ist für den Einspritzbeginn und
für das Einspritzende jeweils ein Speicherelement
vorgesehen. Sind mehrere Teileinspritzungen vorgesehen, sind
für jede Teileinspritzung jeweils wenigstens zwei
Speicherelemente vorgesehen.
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Üblicherweise ist vorgesehen, dass eine Motorumdrehung in
eine Vielzahl von Subsegmenten aufgeteilt ist. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass jeder Einspritzung wenigstens ein
Subsegment zugeordnet ist. Das heißt die Anzahl der
Subsegmente entspricht einem ganzzahligen Vielfachen der
Zylinderzahl. Ist jedem Zylinder genau ein Subsegment
zugeordnet, so erfolgt die Berechnung der Ansteuerdaten,
deren Ausgabe und die Ansteuerung des Stellelements genau
einmal pro Subsegment. Bei einer Brennkraftmaschine mit vier
Zylindern entspricht ein Segment 180°.
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Mit der ersten Steuereinheit 100 oder mit der zweiten
Steuereinheit 200 läßt sich jeweils eine
Vierzylinderbrennkraftmaschine steuern. Soll eine
Achtzylinder-Brennkraftmaschine angesteuert werden, so
werden vorzugsweise zwei identische Steuergeräte verwendet.
Diese tauschen dann über die Leitung 150 entsprechende
Signale aus.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Steuergeräte
ohne wesentliche Abwandlungen sowohl für Vierzylinder-
Brennkraftmaschinen, als auch bei Verwendung zweier
Steuergeräte für Achtzylinder-Brennkraftmaschinen geeignet
sind. Insbesondere sollen bei der Verwendung bei einer
Achtzylinder-Brennkraftmaschine gegenüber einer
Vierzylinder-Brennkraftmaschine die Daten in dem
Programmspeicher 126 nicht geändert werden. Es ist lediglich
vorgesehen sein, dass sehr wenige Daten des Datenspeichers
124 geändert werden. Dadurch ist eine Abwärtskompatibilität
zum normalen üblichen Vierzylinder-Steuergerät möglich.
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Werden die Einspritzungen immer abwechselnd von dem ersten
oder dem zweiten Steuergerät berechnet, so kann ohne
weiteres die bisherige Software verwendet werden.
Problematisch ist es, wenn eine beliebige Zündreihenfolge
der Zylinder gewünscht wird. Dies kann bisher nur durch ein
kompliziertes Interruptschema und gewisse Kunstgriffe im
Bereich der Steuerung realisiert werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist dies ohne
größeren Aufwand möglich. So müssen lediglich sehr wenige
Applikationsdaten geändert werden. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die Segmente jeweils in verschiedene
Subsegmente aufgeteilt bzw. verschiedene Subsegmente zu
Segmenten zusammengefaßt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Berechnung der
Ansteuerdaten in jedem Subsegment durchgeführt werden.
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Dadurch ist gewährleistet, dass die Berechnungen immer in
festen Abständen durchgeführt werden. Ferner ist vorgesehen,
dass in jedem Segment jeweils eine Einspritzung erfolgt. D. h. es werden in jedem Segment die Ansteuerdaten ein oder
mehrmals berechnet. Die Ausgabe der Ansteuerdaten bzw. die
Ansteuerung der Stellelemente erfolgt nur einmal pro
Segment. Dadurch ist gewährleisten, dass die Datenausgaben
und Überwachungsroutinen, die einmal pro Segment
durchgeführt werden, weiterhin einmal pro Segment
durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass alle Subsegmente gleich
lang sind und dass die Anzahl der Subsegmente der Anzahl der
Zylinder, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Zahl
Acht, entspricht. Die Länge eines Segments entspricht dabei
der Anzahl der Subsegmente multipliziert mit der Länge des
Subsegments. Die Anzahl der Subsegmente pro Segment ist
dabei beliebig. Durch geeignete Aufteilung der Segmente in
Subsegmente bzw. durch geeignete Zusammenfassung der
Subsegmente zu Segmenten ist nahezu jede beliebige
Zündreihenfolge möglich.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass alle Subsegmente die
gleiche Länge aufweisen. Da ferner in jedem Subsegment die
Berechnung der Ansteuerdaten erfolgt, ist gewährleistet,
dass alle Berechnungen regelmäßig in festen Winkelabständen
durchgeführt werden. Die Berechnungen werden einmal pro
Subsegment durchgeführt.
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Wird das Steuergerät für eine Vierzylinder-
Brennkraftmaschine verwendet, so wird die Zahl der
Subsegmente gleich der Zahl der Segmente gewählt, d. h. ein
Subsegment entspricht einem Segment.
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Prinzipiell ist die Vorgehensweise auch bei anderen
Zylinderzahlen möglich. So kann beispielsweise bei
Zwölfzylinder-Brennkraftmaschinen vorgesehen sein, dass
zwölf Subsegmente vorgesehen sind und drei Steuergeräte die
Ansteuerung übernehmen. Bei Dreizylinder-Brennkraftmaschinen
wird ein Steuergerät mit drei Endstufen verwendet, bei sechs
Zylindern können dann entsprechend zwei Steuergeräte
eingesetzt werden, bei denen drei Segmente und sechs
Subsegmente vorgesehen sind.
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In Fig. 2 ist beispielhaft die Aufteilung der Subsegmente
für das erste Steuergerät S1 und das zweite Steuergerät S2
dargestellt. Mit langen senkrechten Strichen sind die
Segmente gekennzeichnet, die beim ersten Zylinder als S11,
S12, S13 und S14 und beim die beim zweiten Zylinder als S21,
S22, S23 und S24 bezeichnet sind. Das erste Segment S11 des
ersten Zylinders ist in drei Subsegmente, die mit kleinen
senkrechten Linien markiert sind, aufgeteilt. Das zweite
Segment S12 ist in zwei, das dritte Segment S13 in ein
Subsegment und das vierte Segment S14 in zwei Subsegmente
aufgeteilt. Das erste Segment S21 des zweiten Zylinders ist
in zwei Subsegmente aufgeteilt. Das zweite Segment S22 ist
in zwei, das dritte Segment S23 in drei Subsegmente und das
vierte Segment S24 in ein Subsegment aufgeteilt.
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Bei der ersten Steuereinheit erfolgt die Berechnung und
Einspritzung jeweils in dem ersten Subsegment eines jeden
Segmentes. Bei der zweiten Steuereinheit S2 erfolgt die
Berechnung und die Ausgabe in dem ersten Segment in
vorgebbaren Subsegment, in dem dargestellten Beispiel ist es
das zweite Subsegment, und bei den übrigen Segmenten jeweils
in dem ersten Subsegment.
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Im Rahmen der Applikation ist bei den Steuereinheiten die
Gesamtzahl und Anzahl der Subsegmente pro Segment sowie das
Subsegment festzulegen, bei dem die Ausgabe der
Ansteuerdaten im ersten Segment durch die zweite
Steuereinheit erfolgt. Beim Einsatz als übliche
Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern
wird die Gesamtzahl der Subsegmente auf vier und die Anzahl
der Subsegmente pro Segment auf eins gesetzt.