DE10146781A1

DE10146781A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellelements

Info

Publication number: DE10146781A1
Application number: DE10146781A
Authority: DE
Inventors: Winfried Langer; Bernd Kudicke; Juergen Eckhardt; Klaus Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-22
Filing date: 2001-09-22
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2021-09-23
Also published as: ITMI20021977A1; FR2830090B1; DE10146781B4; JP2003120387A; US7035074B2; US20030056762A1; FR2830090A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellelements vorgeschlagen, wobei ein Endstufenbaustein vorgesehen ist, der ein Zählmittel umfasst, mit dessen Hilfe die Einschaltzeit des Stellelements ermittelt wird. Die ermittelte Einschaltzeit wird zu Diagnosezwecken dem Mikrocomputer zur Verfügung gestellt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellelements.

In modernen Steuersystemen werden Stellelemente (Magnetventile, Elektromotoren, etc.) mittels von Rechnereinheiten erzeugten Ansteuersignalen über eine aus diskreten Bauelementen oder integrierten Schaltkreisen bestehenden Endstufe angesteuert. Ein Beispiel für die Ansteuerung eines Magnetventils zur Kraftstoffeinspritzung bei Brennkraftmaschinen zeigt die DE 44 44 751 A1. Dort wird ein Ansteuersignal von einem Mikrocomputer erzeugt. Dieses Ansteuersignal bestimmt die Einschaltzeit des Magnetventils. Das Ansteuersignal wird in einem nachfolgenden Baustein, der Winkeluhr genannt wird, in ein Ansteuersignal umgesetzt, welches der Magnetventilendstufe zugeführt wird. Die Winkeluhr hat dabei die Aufgabe, das auf Zeitbasis oder Winkelbasis vorgegebene Ansteuersignal unter Berücksichtigung des tatsächlichen Kurbelwellenwinkels umzusetzen. Das Ansteuersignal wird dann auf eine Endstufe geführt, welche die tatsächliche Betätigung des Magnetventils durch Bestromung übernimmt. Somit befindet sich zwischen der Ausgabe der Ansteuersignalgröße durch das Rechnerelement und der tatsächlichen Bestromung des Magnetventils eine Vielzahl weiterer Bauelemente, die, insbesondere im Fehlerfall, die Umsetzung der Ansteuersignalgröße verfälschen können. Es besteht daher Bedarf an einer Überwachung dieses Pfades.

In entsprechender Weise gilt dies auch für anderen Anwendungen, in denen zwischen der Ausgabe der vom Mikrocomputer berechneten Ansteuersignalgröße und der tatsächlichen Bestromung des Stellelements weitere elektronische Bauelemente sich befinden, die auf die Ansteuersignalgröße Einfluss nehmen können.

Aus der EP 101 850 B1 ist eine Sicherheitsnotlaufeinrichtung für den Leerlaufbetrieb von Kraftfahrzeugen bekannt. Dort wird von einem Mikrocomputer ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal zur Ansteuerung eines Leerlaufstellers ausgegeben. An den Klemmen des elektrischen Motors dieses Stellers wird die umgesetzte Ansteuersignalgröße erfasst und in den Mikrocomputer zurückgelesen. Dieser überwacht dann anhand eines Vergleiches der ausgegebenen Signalgröße mit der rückgemeldeten die korrekte Funktionsweise der zwischen Mikrocomputer und elektrischem Motor liegenden Schaltungselementen. Diese analoge Lösung erfordert einen hohen, schaltungstechnischen Aufwand, der weitere Fehlerquellen enthält.

Vorteile der Erfindung

Durch die Ermittlung der tatsächlichen Einschaltzeit eines oder mehrerer Stellelemente wird eine Überwachung auch der zwischen Endstufe und Mikrocomputer liegenden Schaltungsanordnungen auf zuverlässige, einfache Art und Weise bereitgestellt. Der Pfad zwischen der Ausgabe der Ansteuergröße durch den Mikrocomputer und der Bestromung des oder der Stellelemente wird wirksam überwacht.

Besondere Vorteile weist diese Vorgehensweise in Verbindung mit der Steuerung von Verbrennungsmotoren auf, z. B. bei Verbrennungsmotoren mit Benzin-Direkteinspritzung oder bei Dieselmotoren, bei denen wegen der erheblichen Bedeutung des Einspritzzeitpunktes zwischen der Ausgabe der Ansteuersignalgröße und der Endstufe zur Herstellung der Winkelbeziehung weitere Schaltungsanordnungen, insbesondere ein integrierter Schaltkreis, eingebaut sind.

Besonders vorteilhaft ist, dass auch während des Kraftstoffabschaltens im Schiebebetrieb diagnostiziert werden kann, ob wirklich keine Einspritzung erfolgt.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die Bestimmung der tatsächlichen Einschaltzeit des Stellelements festgestellt werden kann, ob die Ansteuersignalgröße korrekt ausgegeben ist, oder ob eine Verbindungsleitung zwischen Mikrocomputer und Endstufe unterbrochen ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Ansteuerung eines Stellelements, im bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Ansteuerung von Magnetventilen zur Kraftstoffeinspritzung bei Verbrennungsmotoren. In Fig. 2 ist ein Flussdiagramm dargestellt, welches die Vorgehensweise der Diagnose auf der Basis der erfassten Einschaltzeit des Stellelements skizziert.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist eine elektronische Steuereinheit 1 dargestellt, welche u. a. Einspritzventile 2-6 eines Verbrennungsmotors betätigt. Zu diesem Zweck umfasst die Steuereinheit 1 einen Endstufenbaustein 7, an welchem die Einspritzventile 2-6 mittels Leitungen 8-12 angeschlossen sind. Ferner weist die elektronische Steuereinheit 1 einen Mikrocomputer 13 auf, der eingangsseitig mit einer Eingangsschaltung 14, ausgangsseitig mit einem Baustein 15, der bspw. eine sogenannte Winkeluhr umfasst, in Verbindung steht. An der Eingangsschaltung 14 sind Eingangsleitungen 16-20 angebunden, die die Steuereinheit 1 mit Messeinrichtungen 21-25 zur Erfassung von Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors und/oder des Fahrzeuges wie Motortemperatur, Motordrehzahl, Abgaszusammensetzung, zugeführte Luftmasse, etc. verbindet. Die in der Eingangsschaltung 14 aufbereiteten Eingangsgrößen werden dem Mikrocomputer 13 zugeführt. Nach Maßgabe der dort implementierten Programme ermittelt der Mikrocomputer 13 Ansteuersignalgrößen für die Stellelemente 2-6, die über eine Ausgangsleitung 26 des Mikrocomputers an die Winkeluhr 15 abgegeben werden. Die Winkeluhr 15 setzt abhängig Kurbelwellenwinkel die Ansteuersignalgrößen für jedes Stellelement in eine Einschaltzeitdauer um, für die die Stellelemente 2-6 bestromt werden.
Ferner umfasst der Endstufenbaustein 7 ein Zählmittel 32, welches über eine weitere Datenverbindung 33 mit dem Mikrocomputer 13 verbunden ist.
Je nach Ausführungsbeispiel ermitteln die in dem Mikrocomputer 13 implementierten Motorsteuerungsfunktionsprogramme als Ansteuersignalgröße zur Ansteuerung von Einspritzventilen eine Zeitdauer (Einspritzzeit), für die das jeweilige Einspritzventil geöffnet ist, sowie einen Kurbelwellenwinkel, bei welchem die Einspritzung beginnt. In anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei Dieselmotoren, werden von den Funktionsprogrammen die Kurbelwellenwinkel bestimmt, bei denen die Einspritzung beginnt und endet. Diese Ansteuersignalgrößen werden der Winkeluhr 15 übermittelt. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Zähler, der in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels steht und auf diese Weise sowohl Kurbelwellenwinkel als auch Zeitdauer repräsentiert. Für die einzelnen Kanäle (Einspritzventile) werden so die jeweils ankommenden Ansteuersignalgrößen in Signale umgesetzt, die bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel durch Ansteuerung der Endstufe das Einspritzventil bestromen (öffnen), nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer bzw. bei Erreichen eines weiteren Kurbelwellenwinkels das Ventil wieder schließen.
Die Winkeluhr gibt dabei die Ansteuersignal an die Endstufen gemäß einer festgelegten Reihenfolge für die einzelnen, den Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventile (Kanäle) aus.
Zur Diagnose des Pfades zwischen Mikrocomputer 13 und Endstufenbaustein 7 ist als Teil des Endstufenbausteins oder als separates, digitales Bauelement ein Zählmittel 32 vorgesehen, welches die Einschaltzeit einzelner oder mehrerer Magnetventile ermittelt. Die ermittelte Zeit wird über die Schnittstelle 33 vom Mikrocomputer 13 abgefragt. Stimmt die vom Mikrocomputer 13 ausgegebene Ansteuersignalgröße oder die Summe mehrere Ansteuersignalgrößen mit der vom Zählmittel 32 ermittelten Wert überein, so ist die Übertragung und Verarbeitung der Ansteuersignalgrößen korrekt abgelaufen. Ist dies jedoch nicht der Fall, so ist von einem Fehler im Bereich der Übertragung und/oder Verarbeitung der vom Mikrocomputer 13 ausgegebenen Signalgrößen auszugehen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfasst das Zählmittel die Einschaltzeitdauern der Endstufenschaltmittel (Transistoren), wobei das Zählmittel gestartet wird, wenn das Schaltmittel eingeschaltet wird, gestoppt wird, wenn das Schaltmittel wieder ausgeschaltet wird.
Zur zeitlichen Koordination des Ausgabe- und Auslesevorganges ist vorgesehen, dass in einem Ausführungsbeispiel der Mikrocomputer die erfasste Zeitdauer im Rahmen eines festen, motordrehzahlabhängigen Zeitrasters erfasst oder in einem anderen Ausführungsbeispiel vom Mikrocomputer der Erfassungs- und Auslesevorgang mittels entsprechender Synchronisiersignale synchronisiert wird. Dabei aktiviert z. B. der Mikrocomputer bei Ausgabe einer Signalgröße des Zähler, der dann die Einschaltzeiten des oder der Ventile zählt, bis der Mikrocomputer den Zählerstand ausliest.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein digitaler Zähler vorgesehen, der die Einschaltzeiten für jedes Einspritzventil einzeln oder für mehrere Einspritzventil gemeinsam als Summe erfasst. Als Zähler ist dabei ein digitaler Zähler vorgesehen, der mit Hilfe des am Endstufenbaustein anliegenden Taktsignales betrieben wird. Der Zähler ist dabei, je nach Anforderung, acht oder sechzehn Bit breit. Der Zählvorgang wird dabei von einer entsprechenden Flanke im Einschaltsignal ausgelöst, bei der inversen Flanke gestoppt. Der Zähler ist je nach Ausführung als Überlaufzähler mit automatischem Neubeginn oder als Zähler mit Löschfunktion nach dem Zählerauslesen ausgeführt.
In anderen Ausführungen wird jedem Ansteuerkanal (Einspritzventil) ein eigenes Zählmittel zugeordnet, oder einer Gruppe von Ansteuerkanälen (Ventilen) ein Zählmittel zur Erfassung der Summeneinschaltdauer zugeordnet.
In einer Realisierung der oben beschriebenen Vorgehensweise wird ein Acht-Bit-Zähler verwendet, welcher eine Zählerauflösung von 200 Millisekunden aufweist. Er stellt einen Summenzähler (Integration) dar, der die Einschaltzeiten für alle vier Einspritzventile eines Vierzylindermotors aufsummiert. Die Integrationszeit beträgt dabei maximal 51 Millisekunden. Nach dem Auslesen des Zählerstandes wird der Zähler automatisch zurückgesetzt.
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise ist nicht auf die Ansteuerung von Einspritzventilen beschränkt, sondern wird überall dort eingesetzt, wo zwischen der Ausgabe wenigstens einer Ansteuersignalgröße durch einen Mikrocomputer und der tatsächlichen Ansteuerung wenigstens eines Stellelementes weitere Schaltungsanordnungen vorgesehen sind, die auf Ansteuersignalgröße im Fehlerfall verfälschend einwirken können. Die Vorgehensweise ist jedoch auch da einsetzbar, wo zwischen Mikrocomputerausgang und Endstufe Leitungen vorgesehen sind, deren Unterbrechung oder deren Defekt zu einem nicht korrekten Ausführen des vom Mikrocomputer vorgegebenen Befehles führen.
Die Diagnose der korrekten Funktion auf der Basis der ermittelten Einschaltzeit findet mittels eines entsprechenden Diagnoseprogrammes im Mikrocomputer statt. Ein Beispiel für ein solches Diagnoseprogramm ist anhand des Flussdiagrammes der Fig. 2 skizziert.
Das Programm startet zu vorgegebenen (ggf. drehzahlabhängigen) Zeitpunkten mit dem Auslesen des Zählers. Im ersten Schritt 100 wird der Zählerstand eingelesen und daraufhin im Schritt 102 mit der ausgegebenen Ansteuersignalgröße, z. B. der Einspritzzeit ti, bzw. mit der Summe einer vorgegebenen Anzahl von Ansteuersignalgrößen, deren Dauer vom Zähler aufsummiert (integriert) wurde, verglichen. Wurde erkannt, dass Zählerstand und ausgegebene Zeit im wesentlichen übereinstimmen (im Rahmen einer Toleranz), so wird das Programm bis zum nächsten Auslesen des Zählerstandes beendet. Ist im Rahmen der vorgegebenen Toleranz keine Übereinstimmung zu erkennen, so wird gemäß Schritt 104 ein Fehler erkannt, zumindest ein Fehlerzähler inkrementiert, der dann bei Erreichen eines bestimmten Zählerstandes eine Fehleranzeige erzeugt. Je nach Ausführung wird bei erkanntem Fehler das in Fig. 2 skizzierte Programm beim nächsten Auslesen des Einschaltzeitenzählers erneut durchlaufen oder es werden Notlaufmaßnahmen eingelegt, die bspw. in der Begrenzung der Drehzahl und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges bestehen.
In der obigen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird ein digitales Zählmittels (Zähler, Integrator, etc.) als Teil des Endstufenbausteins oder als separates Bauelement eingesetzt. In anderen Ausführungen wird die Funktion des Zählmittels von einer analoger Schaltung übernommen, z. B. mit Konstantstromquelle und Kondensator, dessen Signal vom Mikrocomputer über eine Analog/Digital-Wandlung eingelesen wird. Je nach Ausführung wird damit eine einzelne oder die Summe mehrerer Einschaltzeiten erfasst.
Die geschilderte Lösung wird nicht nur in Verbindung mit Einspritzventilen verwendet, sondern auch in Verbindung mit der Ansteuerung anderer Magnetventile wie z. B. Ventile zur Bremsdrucksteuerung, oder auch in Verbindung mit elektromotorischen Stellelementen.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellelements, wobei wenigstens eine veränderliche Ansteuersignalgröße von einem Mikrocomputer an eine Endstufenschaltung abgegeben wird, die eine Einschaltzeit des Stellelement repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschaltzeitdauer des Stellelements im Bereich der Endstufenschaltung mittels eines Zählmittels erfasst wird, diese Zeitdauer vom Mikrocomputer eingelesen wird und mit der entsprechenden ausgegebenen Einschaltdauer verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement ein Magnetventil zur Kraftstoffeinspritzung ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein digitaler Zähler als Teil des Endstufenbausteines vorgesehen ist, der die Einschaltzeitdauer erfasst.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Einschaltzeitdauern eines oder mehrerer Einspritzventile ermittelt werden, oder die Summe der Einschaltzeitdauern mehrerer Einspritzventile erfasst werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Einspritzventil ein Zähler zugeordnet ist oder dass einer Gruppe von Einspritzventilen ein Zähler zugeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mikrocomputer und Endstufenbaustein weitere Schaltungselemente wie eine Winkeluhr sich befinden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zählmittel ein digitaler Zähler oder eine analoge Zählschaltung ist, die als eigenes Bauelement neben dem Endstufenbaustein ausgeführt sind, oder das Zählmittel ein Integrator ist.

8. Vorrichtung zur Überwachung der Ansteuerung eines Stellelements, mit einem Endstufenbaustein, dem von einem Mikrocomputer wenigstens eine Ansteuersignalgröße zugeführt wird und der ein Stellelement bestromt, dadurch gekennzeichnet, dass der Endstufenbaustein ferner ein Zählmittel umfasst, welches eine Einschaltdauer des Stellelements erfasst, und das Zählmittel die erfasste Einschaltdauer an einem Ausgang dem Mikrocomputer zur Verfügung stellt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zählmittel in den Endstufenbaustein integriert ist oder als separates Bauelement neben dem Endstufenbaustein besteht.