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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Aktoren, insbesondere
von Aktoren zur Kraftstoffeinspritzung bei einem Einspritzmotor, bei
welchem Verfahren zur Ansteuerung notwendige Ansteuerparameter von
einer zentralen Recheneinheit in einen der Ansteuerung zugeordneten
Speicher eingetragen werden, sowie eine entsprechende Einrichtung
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes
Computerprogramm sowie Computerprogramm-Produkt.
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Stand der Technik
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Bei
heutigen Ansteuerkonzepten für
induktive Aktoren (beispielsweise Magnetventile von Einspritzmotoren)
werden von einer zentralen Recheneinheit (CPU) Werte für den Ansteuerverlauf
(Ansteuerbeginn und -dauer oder -ende) in Ansteuersignale für den Endstufenbaustein
umgesetzt. Zur Entlastung der CPU werden häufig Gate Arrays verwendet, die
zur (einspritz)-synchronen Ansteuerung der meist (einspritz)-systemspezifischen
Endstufenbausteine dienen. Die von der CPU zum Gate Array rechtzeitig geschriebenen Ansteuerparameter
werden über
die Statemaschine, den Timer etc. des Gate Arrays in die Ansteuersignale
für den
Endstufenbaustein umgewandelt.
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Bei
diesem Konzept treten jedoch mehrere Nachteile auf. Zum einen merkt
sich die zentrale Recheneinheit (CPU) im weiteren Programmablauf nicht,
welche Ansteuerparameterwerte an das Gate Array abgesendet wurden.
Bei den genannten Konzepten ist zudem jedem Wert eine feste Adresse
im Parameter-RAM des Gate Arrays zugeordnet. Dies ist zwar laufzeit-,
aber nicht speicheroptimal. Schliesslich hat die zentrale Recheneinheit
keine Möglichkeit,
aus der Kenntnis des realen Ansteuervorgangs heraus korrigierend
oder regelnd auf die Aktoren einzuwirken. Dies ist lediglich aufgrund
der Systemreaktionen des Motors möglich.
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Die
Druckschrift
DE 197
56 342 C2 zeigt ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit
mindestens zwei Zylinderköpfen,
mit Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung (VA), wobei
jedem Zylinderkopf ein separates Aktorsteuergerät (AS1, AS2) zur Steuerung
der Aktoren der elektromagnetischen Ventilsteuerung (VA) zugeordnet
wird, und mit einem Motorsteuergerät (MS), das über einen
Datenbus (DB) mit den Aktorsteuergeräten (AS1, AS2) verbunden wird.
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Die
Druckschrift
DE 197
33 748 C2 zeigt eine Datenübertragungsvorrichtung zur
unidirektionalen seriellen Datenübertragung
von einer Sendeeinrichtung (
10) zu einer Empfangseinrichtung
(
20), insbesondere von einem Mikrocontroller (μC) zu einem Endstufen-IC
(ICE) von einem Kraftfahrzeug-Steuergerät, mit:
einer in der Sendeeinrichtung
(
10) vorgesehenen P/S-Umwandlungseinrichtung (
100,
105,
110)
zum Umwandeln eines in der Sendeeinrichtung (
10) bereitgestellten
parallelen Datenstrom in einen seriellen Datenstrom (SDATA) mit Übertragungsrahmen
(U1, U2, U3) eines vorbestimmten Formats und zum Übertragen
des seriellen Datenstroms (SDATA) zur Empfangseinrichtung (
20) über einen
Datenübertragungskanal
(DS); einer in der Empfangseinrichtung (
20) vorgesehenen
S/P-Umwandlungseinrichtung (
200,
205,
210)
zum Rückumwandeln
des übertragenen
seriellen Datenstroms (SDATA) in den parallelen Datenstrom; einer
Taktsignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Taktsignals
(CLK) und zum Zuführen
des Taktsignals (CLK) an die P/S-Umwandlungseinrichtung
(
100,
105,
110) und die S/P-Umwandlungseinrichtung
(
200,
205,
210), um den jeweiligen Umwandlungsbetrieb
kontinuierlich und mit phasenglei chem Takt durchzuführen; und
einer Synchronisierungseinrichtung (
120) zum Erzeugen eines Synchronisierungssignals
(SYNC, SYNC_WORT) entsprechend dem Umwandlungsbetrieb der P/S-Umwandlungseinrichtung
(
100,
105,
110) und zum Zuführen desselben
an die P/S-Umwandlungseinrichtung (
200,
205,
210)
zur Synchronisierung des jeweiligen Umwandlungsbetriebs.
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Die
Druckschrift
DE 38
07 999 C2 zeigt eine elektronische Regeleinrichtung für Kraftfahrzeuge mit
Brennkraftmaschinen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der
gattungsgemäßen Art
so auszugestalten, dass bei Reparatur- oder Austauscharbeiten an
der Regeleinrichtung oder dem Motor oder ggf. dem Fahrzeug ein getrennter
Austausch oder eine getrennte Anpassung des Parameterspeichers entfällt.
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Der
Parameterspeicher wird physisch von dem Regler und seinem Gehäuse getrennt
und als separates Bauteil motor- oder fahrzeugseitig untergebracht,
wobei die elektrische Verbindung mit dem Regler über die vorhandene Reglersteckverbindung hergestellt
wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sollen die genannten Nachteile überwunden
werden und der Ansteuerverlauf bei der Kraftstoffeinspritzung speicher- und
laufzeitoptimiert realisiert werden.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäss wird
der Ansteuerverlauf eines Aktors erfasst und Messwerte dieses Ansteuerverlaufs
werden in Bereiche des der Ansteuerung zugeordneten Speichers zurückgeschrieben.
Hierdurch wird ein bidirektionaler Datenfluss möglich und notwendig, so dass
von der zentralen Recheneinheit regelnd in den Ansteuerverlauf eingegriffen
werden kann. Die entsprechende Einrichtung enthält Mittel zur Erfassung des
Ansteuerverlaufs eines Aktors und zur Übermittlung der Messwerte in
bestimmte Speicherbereiche des dem Einspritzvorgang zugeordneten
Speichers. Dieser Speicher ist beispielsweise der eingangs erwähnte Parameter-RAM
eines Gate Arrays oder einer dessen Aufgaben übernehmenden TPU (Time Processing
Unit).
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Erfindungsgemäß werden
die Messwerte des Ansteuerverlaufs des Aktors auf die, insbesonders
dynamisch zugeteilten Einträge
der Ansteuerparameter im zugeordneten Speicher (Parameter-RAM) zurückgeschrieben
(von der TPU zur CPU).
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Zurückschreiben der
Messwerte des Ansteuerverlaufs erst dann erfolgt, wenn der betreffende
Ansteuervorgang vollständig
abgeschlossen ist. Der Abschluss eines Ansteuervorgangs kann beispielsweise
durch Setzen eines Bits codiert werden. Zur Vermeidung von Überlappungen
ist es daher sinnvoll, die anzusteuernden Aktoren in verschiedene
Blöcke
oder Bänke
derart einzuteilen, dass sich aufeinanderfolgende Ansteuervorgänge innerhalb
eines Blocks oder einer Bank nicht überlappen.
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Weiterhin
ist sinnvoll, nicht nur das Zurückschreiben
der Messwerte, sondern auch das Eintragen der Ansteuerparameter
dynamisch zu gestalten, wobei ein Eintrag erst dann erfolgt, wenn
die zentrale Recheneinheit die in den zu beschreibenden Speicherbereich
zurückgeschriebenen
Messwerte des Ansteuervorgangs ausgelesen hat.
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Als
Messwerte des Ansteuerverlaufs kommen mehrere Werte in Frage. Insbesondere
sollten die Ansteuerdauer und die Kennung des jeweiligen Aktors
zurückgegeben
werden. Etwaige Fehler können
als Fehlerstatus kodiert und zurückgegeben
werden. Insbesondere bei einer Ansteuerung von Piezoaktoren, etwa
bei der Kraftstoffeinspritzung, können als den Ansteuervorgang
kennzeichnende Messwerte die Lade-, Halte- und Entladezeit des Piezoaktors sowie
die erreichte Ist-Spannung rückgeschrieben werden.
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Als
Ansteuerparameter werden von der zentralen Recheneinheit zumindest
der Ansteuerbeginn und die Ansteuerdauer (oder das Ansteuerende) übertragen.
Weitere Parameter können
der Typ des Ansteuervorgangs, also etwa der Einspritztyp (Vor-, Haupt-
oder Nacheinspritzung), der Aktor und die Sollwerte beispielsweise
für die
Ansteuerspannung sein.
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Eine
erfindungsgemäße Einrichtung
zur Ansteuerung von Aktoren weist eine zentrale Recheneinheit, einen
der Ansteuerung zugeordneten Speicher sowie Mittel zum Eintragen
von zur Ansteuerung notwendigen Ansteuerparametern von der zentralen Recheneinheit
in den der Ansteuerung zugeordneten Speicher auf, wobei Mittel zur
Erfassung des Ansteuerverlaufs eines Aktors und zur Übermittlung
der Meßwerte
in bestimmte Bereiche dieses der Ansteuerung zugeordneten Speichers
vorgesehen sind.
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Die
Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist vorteilhafterweise die zentrale Recheneinheit sowie einen
für den
Ansteuerungsvorgang zuständigen
Rechner auf, die über
eine parallele bidirektionale Schnittstelle miteinander verbunden
sind. Als für
den Ansteuerungsvorgang zuständigen
Rechner kann eine TPU dienen, die die Aufgaben des bereits genannten
Gate Arrays übernehmen
kann. Die CPU steht insbesondere mit dem Parameter-RAM der TPU in
Verbindung. Die Struktur und genaue Funktionsweise einer solchen Einrichtung
wird im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel weiter unten
erläutert.
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Ein
erfindungsgemäßes Computerprogramm steuert
und verarbeitet den Datenfluss von der zentralen Recheneinheit (CPU)
und dem den Ansteuervorgang zugeordneten Speicher (Parameter-RAM der
TPU), um das erfindungsgemäße Verfahren
beim Laden des Computerprogramms ausführen zu können. Das Computerprogramm
kann von der zentralen Recheneinheit aus, aber auch von einer externen Recheneinheit
(Einspritzrechner) gestartet werden. Die Programmcode-Mittel des Computerprogramms sind
hierbei auf einem computerlesbaren Datenträger im System gespeichert oder
werden von einer externen Quelle heruntergeladen. Als Datenträger kommen
EEPROMs, Flash-Memories, aber auch Festplattenlaufwerke, Disketten
oder CD-ROMs in Frage.
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Es
sei darauf hingewiesen, daß das
Verfahren und die Einrichtung zur Ansteuerung von Aktoren in der
oben beschriebenen Form allgemein für ereignisgesteuerte Anwendungen
geeignet sind. Derartige ereignisgesteuerte Anwendungen sind beispielsweise
die Kraftstoffeinspritzung bei einem Einspritzmotor oder der Bremsvorgang
bei einem Kraftfahrzeug. Aber auch außerhalb des Kraftfahrzeugbereichs
sind Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung überall dort
sinnvoll, wo die zur Ansteuerung eines Vorgangs notwendigen Ansteuerparameter
von einer zentralen Recheneinheit in einen der Ansteuerung zugeordneten
Speicher übertragen
werden. Als ein mögliches
Anwendungsgebiet erweist sich die Kraftstoffeinspritzung bei einem
Einspritzmotor, so daß im folgenden
aus Gründen
der besseren Verständlichkeit
der Einsatz der Erfindung beschränkt
auf dieses Gebiet dargestellt werden soll.
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Die
Erfindung soll im folgenden anhand eines durch die beigefügten Figuren
illustrierten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch eine Steuer- und Speichereinheit zur erfindungsgemäßen Ansteuerung
von Aktoren zur Kraftstoffeinspritzung bei einem Einspritzmotor.
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2 zeigt
vereinfacht den Ansteuervorgang bei einem 6-Zylinder-Einspritzmotor
mit Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung.
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3 zeigt
schematisch die erfindungsgemäße dynamische
Eintragsverteilung der Ansteuerparameter sowie der rückgeschriebenen
Messwerte des Ansteuerverlaufs.
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Das
folgende Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf einen 6-Zylinder-Einspritzmotor,
wobei als Aktoren, die die Kraftstoffeinspritzung steuern, Piezoaktoren
zum Einsatz kommen. Es sei daraufhingewiesen, dass die Erfindung
auch für
andere Einspritzmotoren sowie andere Aktoren (induktive Aktoren wie
Magnetventile) eingesetzt werden kann. Die nachfolgenden Erläuterungen
sind folglich in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
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1 zeigt
eine Einrichtung zur erfindungsgemäßen Aktoransteuerung in vereinfacht
schematischer Form. Die zentrale Recheneinheit (CPU) 1 ist über einen
internen Bus 2 mit dem Modul 7 zur Ansteuerung
der Aktoren des Einspritzmotors verbunden. Über die Steuerfunktionen wahrnehmende Schnittstelle 5 gelangen
die Daten vom internen Bus 2 zur TPU (Time Processing Unit) 4 sowie
zum Parameter-RAM 3. Die TPU 4 dient im Prinzip
wie das Gate Array bisheriger Rechnerkonzepte zur Ansteuerung und Diagnose
der Endstufenbausteine, die die Aktoren direkt ansteuern. Die TPU 4 ist
hierzu über den
lokalen Bus 6 mit weiteren Komponenten verbunden. Der Parameter-RAM 3 dient
als Speicher für die
beiden TPU-Einheiten 4. Das gesamte Modul 7 bildet
eine parallele bidirektionale Schnittstelle zwischen der CPU 1 und
den Endstufenbausteinen (Dual Port TPU RAM, DPTRAM).
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Die
Belegung des Parameter-RAMs 3 ist grundsätzlich in
zwei Bänke
geteilt. Damit ist sichergestellt, dass mögliche systembedingte Überlappungen
von Aktoransteuerungen vermieden werden. 2 zeigt
beispielhaft die Verteilung der Aktoransteuerungen für einen
6-Zylinder-Motor mit der Zündfolge
1, 2, 3, 4, 5, 6, wobei von der Bank 1 die Zylinder 1, 3 und 5,
von der Bank 2 die Zylinder 2, 4 und 6 angesteuert werden. Bei dem
in 2 dargestellten Beispiel sind vier unterschiedliche
Einspritztypen dargestellt, nämlich
zwei Voreinspritzungen, sowie jeweils eine Haupt- und eine Nacheinspritzung.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus zwei Kurbelwellenumdrehungen
(720°),
in denen alle Zylinder einmal aktiv sind. Für jeden Einspritztypen sind
zwei aufeinanderfolgende Balken dargestellt, wobei der erste Balken
den Zeitraum des möglichen
Beginns der jeweiligen Einspritzung abdeckt, während der zweite Balken die
denkbar längste
Dauer dieser Einspritzung anzeigt. Mit anderen Worten kann der zweite Balken
innerhalb des ersten Balkens verschoben werden. Hieraus ist ersichtlich,
dass sich zwar Überlappungen
zwischen zwei nacheinander anzusteuernden Zylindern (Zylinder 1
und 2) ergeben können, dass
jedoch Überlappungen
zwischen den Ansteuervorgängen
der Zylinder einer Bank (Zylinder 1 und 3) eher selten sind.
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Im
folgenden soll lediglich die Eintragsverteilung für eine der
beiden Bänke
bei zwei unterschiedlichen Einspritztypen (Vor- und Haupteinspritzung) betrachtet
werden.
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Zum
Softwaretiming: In statischen Interrupts wird der Ansteuerbeginn
des jeweiligen Einspritztyps, der Einspritztyp, das Spannungsniveau
(für den Piezoaktor)
und eventuell weitere Parameter in der CPU 1 berechnet
und in das Parameter-RAM 3 geschrieben. Im dynamischen
Interrupt, der noch vor dem Beginn-Ereignis stattfindet, wird die
Ansteuerdauer (oder das Ansteuerende) in der CPU 1 berechnet
und in das Parameter-RAM 3 geschrieben. (Der Grund hierfür ist, daß bei Common
Rail-Systemen die Ansteuerdauer eine Funktion des Raildrucks ist, so
daß aufgrund
des stark schwankenden Raildrucks die Messung vor der Einspritzung
erfolgt.) Vor dem Eintragen der Werte ins Parameter-RAM 3 durch
die CPU 1 werden die tatsächlich gemessene Ansteuerdauer
(oder das Ansteuerende) sowie weitere Werte wie Einspritztyp, erreichtes
Spannungsniveau, etc., einer zeitlich in der Vergangenheit liegenden
Einspritzung im statischen und/oder dynamischen Interrupt (der CPU 1)
zurückgelesen.
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Man
braucht nicht für
jeden Aktor der jeweiligen Bank Einträge und damit Speicherplatz
reservieren, da sich die Einspritzungen von Aktoren einer Bank in
der Praxis meist nicht überlappen.
Da die Belegung des Parameter-RAM nicht aktornummer-spezifisch fest
zugeordnet ist, (z. B. allein durch die Adressinformation), wird
die Aktornummerninformation im Eintrag mitabgelegt. Sind die Ansteuerparameter
eingetragen, werden die Ereignisse von der TPU 4 abgearbeitet.
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Die
TPU 4 misst den Ansteuerverlauf, z. B. die Lade-, Halte-
und Entladezeit des Piezoaktors, und schreibt die Werte in die Speicherteilbereiche
für die
Ansteuerparameter zurück.
Bevor die CPU 1 den Paramaterrambereich neu beschreibt,
muss diese die Rückgabewerte
zuvor lesen und sichern.
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3 zeigt
nun die Eintragsverteilung im konkreten Ausführungsbeispiel einer drei Zylinder (Zylinder
1, 3 und 5) ansteuernden Bank.
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Der Übersichtlichkeit
halber sei, wie gesagt, nur die Vor- und Haupteinspritzung der Zylinder
betrachtet. Zwischen zwei statischen Interrups auf einer Bank können nicht
mehr als drei Einspritzungen programmiert (oder am Abarbeiten) sein.
Dies ergibt sich aus den Kunden- bzw. Systemanforderungen. Jeder Eintrag
ist mit AB für
Ansteuerbeginn und AD für
Ansteuerdauer bezeichnet. Im dargestellten Beispiel ist diese Bankaufteilung
auch aufgelöst,
d. h. es gibt insgesamt sechs mögliche
Einträge.
Die Bankinformation wird als Parameter von der CPU mit in den jeweiligen
Eintrag des Parameter-RAMs eingetragen. Dadurch erhält man mehr
Flexibilität,
wenn z. B. auf einer Bank zwischen zwei statischen Interrupts vier Einspritzungen
programmiert (oder am Abarbeiten sind) und auf der anderen Bank
zwei oder weniger als zwei Einspritzungen ablaufen.
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Die
ersten drei Zeilen der in 3 dargestellten
Tabelle stellen die zeitliche Abfolge dieser Einträge dar.
Die fünfte
Zeile gibt die zeitliche Abfolge mit n–4, n–3, ... n, ..., n+3 wieder,
während
die vierte Zeile die jeweils zugehörige Einspritzung, gekennzeichnet
durch den Einspritztyp und die Aktornummer, bezeichnet (VE steht
für Voreinspritzung,
HE steht für Haupteinspritzung,
Z1 bis Z5 steht für
Zylinder 1 bis Zylinder 5). Die letzte Zeile gibt das Messergebnis der
Einspritzung an, die zum gegebenen Zeitpunkt (fünfte Zeile) rückgeschrieben
werden, wobei in dieser letzten Zeile neben dem Einspritztyp (VE,
HE) und der Aktornummer (Z1, Z3, Z5) auch der zugehörige Zeitpunkt
angegeben ist, der zu dem Messergebnis gehört.
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Grundsätzlich muss
dafür gesorgt
werden, dass die Rückgabewerte
rechtzeitig abgeholt werden. Würde
zwischen zwei statischen Interrupts nur ein Einspritztyp (z. B.
HE) programmiert, so würde
es ausreichen, immer nur den ersten Eintrag auszulesen und zu beschreiben.
Das hätte
aber zur Folge, dass von den anderen beiden Einträgen die
Rückgabewerte
zurückliegender
Einspritzungen nicht ausgelesen werden würden. Um das zu verhindern,
wird ein Eintragszeiger kreiert, der nach dem Ringspeicherprinzip
(hier drei Einträge
pro Bank) mit jedem zu schreibenden Eintrag ein Eintragsfeld im
Parameter-RAM weiterrückt.
Dadurch ist sichergestellt, dass die Rückgabewerte bereits abgearbeiteter
Einträge überhaupt
und rechtzeitig ausgelesen werden. Ist der Eintrag noch nicht frei,
d. h. das Ereignis ist nicht abgearbeitet, rückt der Eintragszeiger noch
einen Eintrag weiter.
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Im
Beispiel der 3 werden zum Zeitpunkt n–1 die Ansteuerparameter
für die
Haupteinspritzung des Zylinders 3 in den Parameter-RAM geschrieben (siehe
erste Zeile). Zu diesem Zeitpunkt müssen die Messwerte der Voreinspritzung
des Zylinders 1 von der CPU gelesen und gesichert werden (siehe
letzte Zeile der Tabelle). Andernfalls würden diese Messwerte, wie aus
Zeile 1 der 3 ersichtlich, ohne Zurückgabe an
die CPU überschrieben
werden. Nach Abschluss der Haupteinspritzung des Zylinders 3 werden
die Messwerte dieses Einspritzvorgangs zum Zeitpunkt n als Eintrag
1 zurückgeschrieben
und werden dann spätestens
zum Zeitpunkt n+2 zurückgelesen.
Zum besagten Zeitpunkt n werden die Ansteuerparameter für die Voreinspritzung
des Zylinders 5 als Eintrag 2 von der CPU in das Parameter-RAM eingeschrieben.
Bis spätestens
zum darauffolgenden Zeitpunkt n+1 müssen die Messergebnisse für die Voreinspritzung
des Zylinders 3 zurückgelesen
worden sein, da dann die Ansteuerparameter für die Haupteinspritzung des
Zylinders 5 als Eintrag 3 von der CPU an das Parameter-RAM gegeben
werden. Zum Zeitpunkt n+2 beginnt der Eintrag für die Voreinspritzung des Zylinders
1 (erste Zeile). Zu diesem Zeitpunkt müssen die Messergebnisse für die Haupteinspritzung
des Zylinders 3 von der CPU gelesen und gesichert worden sein. Dieses
Verfahren läuft
kontinuierlich nach dem Ringspeicherprinzip fort.
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Durch
Erhöhung
der Anzahl der Einträge oder
durch die oben beschriebene Auflösung
der Bankstruktur lassen sich weitere Einspritztypen realisieren.
Grundsätzlich
gilt jeweils nach Ausführung
einer Einspritzung: dadurch, daß die
Ansteuerbeginn- und Ansteuerdauer- (oder Ansteuerende-) Ereignisse
abgearbeitet sind, können
diese Einträge (RAM-Zellen) mit Messwerten,
wie reale Ansteuerdauer, Lade-, Entladezeiten, etc., belegt werden,
so daß eine
Mehrfachnutzung möglich
ist.
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Mittels
der Erfindung lässt
sich das Verhalten der einzelnen Aktoren überwachen, es lassen sich Fehler
erkennen, die unter Umständen
auch direkt von der TPU an die CPU gemeldet werden können. Die
Erfindung ersetzt somit eine unidirektionale Steuerung des Einspritzvorganges
durch eine bidirektionale Regelung desselbigen mit den hiermit verbundenen
Vorteilen.