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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung
sowie ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs von Kraftfahrzeugkomponenten,
insbesondere einer Brennkraftmaschine oder eines Getriebes eines
Kraftfahrzeugs.
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Solche
Steuereinrichtungen und Steuerverfahren sind an sich bekannt und
werden hierbei durch eine üblicherweise
als "Steuergerät" bezeichnete elektronische
Baueinheit realisiert, in welcher vielfältige Steuer- und/oder Überwachungsfunktionen
für elektronische
bzw. elektrische Komponenten zusammengefasst sind.
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Es
ist eine Einrichtung zur Stromversorgung busvernetzter Steuergeräte und Verbraucher
in einem Kraftfahrzeug bekannt (
DE 196 04 736 C2 ), die ein Relais aufweist,
das zwischen dem positiven Pol der Fahrzeugbatterie und einem Versorgungseingang
eines Zündstartschalters
angeordnet ist. Der Steuereingang des Relais ist mit einem Ausgang
eines Signalerfassungs- und
Ansteuermoduls verbunden, so dass bei falscher Polarität oder unzulässig hoher
Spannung das Relais geöffnet
wird. Hierdurch werden alle elektronischen Komponenten geschützt, die über den
Zündanlassschalter
mit Energie versorgt werden.
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Die
in der Vergangenheit stetig gestiegenen Anforderungen hinsichtlich
der Funktionalitäten
solcher Steuergeräte
haben dazu geführt,
dass die gewünschten
Funktionen heutzutage größtenteils
durch Einsatz eines Mikrocontrollers implementiert werden. Der Begriff "Mikrocontroller" bezeichnet hier bei
z. B. eine elektronische programmgesteuerte Steuereinrichtung, die
typischerweise wie ein PC eine CPU, einen RAM, einen ROM und I/O-Ports
aufweist, im Gegensatz zu einem PC jedoch für eine sehr spezielle Anwendung
ausgelegt ist. Alternativ kann ein Mikrocontroller auch durch eine
festverdrahtete oder anwendungsspezifisch konfigurierbare elektronische Komponente
(z. B. ASIC, FPGA etc.) implementiert sein.
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Bei
den von der Steuereinrichtung zu steuernden Komponenten kann es
sich neben unmittelbar einer Brennkraftmaschine zuzuordnenden Komponenten
wie einer Kraftstoffpumpe, einem Dros selklappenventil, einem Kraftstoffinjektor
oder einer Lambdasonde auch um andere Komponenten des Fahrzeugs
handeln. Eingangsseitig werden der Steuereinrichtung zur Steuerung
benötigte
Sensorsignale bzw. Messgrößen eingegeben,
z. B. betreffend die Kurbelwellendrehgeschwindigkeit und -stellung,
die Motortemperatur, die Einlasslufttemperatur und -menge, die Fahrpedalstellung
etc. Diese Aufzählung der
zu steuernden bzw. sensierenden Komponenten ist keineswegs abschließend und
dient lediglich der Veranschaulichung der Vielzahl denkbarer Funktionen
einer Steuereinrichtung.
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Da
ein Mikrocontroller bzw. dessen I/O-Ports technologiebedingt zumeist
nicht zur direkten Ansteuerung der hier interessierenden Fahrzeugkomponenten
geeignet sind, werden diese Komponenten üblicherweise durch zugeordnete
Endstufen gesteuert, welche zu diesem Zweck eingangsseitig entsprechende
Steuersignale des Mikrocontrollers erhalten und ausgangsseitig die
zur Aktivierung und Deaktivierung der Komponenten erforderlichen
Spannungen oder Ströme
bereitstellen, beispielsweise den Lade- und Entladestrom eines piezobetätigten Kraftstoffeinspritzventils.
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Insbesondere
im Hinblick auf die sicherheitskritischen Funktionen wird den Endstufen üblicherweise
neben den Steuersignalen auch ein digitales, so genanntes Freigabesignal
zugeführt,
mittels welchem je nach Freigabesignalzustand eine Sperrung ("Disable") oder eine Freigabe
("Enable") der Aktivierung
signalisiert wird. Diese von der eigentlichen Ansteuerung der Endstufe
unabhängige
Freigabe wird hierbei von einer Freigabesteuereinrichtung gegeben.
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Eine
solche Freigabesteuereinrichtung ist bei bekannten Steuereinrichtungen
Teil einer so genannten Überwachungseinheit, welche
den ordnungsgemäßen Betrieb
des Mikrocontrollers überwacht,
um im Falle eines Fehlers geeignete Maßnahmen zu treffen, beispielsweise
den Mikrocontroller zurückzusetzen
(Reset) und/oder mittels der Freigabesteuereinrichtung ein oder
mehrere der erwähnten Freigabesignale
auf denjenigen Freigabesignalzustand zu setzen, mit welchem jede
zugeordnete Endstufe gesperrt bzw. abgeschaltet wird.
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Eine
solche Überwachungseinheit,
oftmals als "Watchdog" bezeichnet, kann
hierbei im Mikrocontroller integriert oder separat von diesem angeordnet
sein. Die Funktion einer solchen Überwachungseinheit beruht beispielsweise
darauf, dass diese dem Mikrocontroller von Zeit zu Zeit Aufgaben stellt
und anhand der vom Mikrocontroller zurückgelieferten Resultate feststellt,
ob der Mikrocontroller korrekt arbeitet oder nicht.
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Wenn
eine solche Überwachungseinheit eine
gewisse Komplexität übersteigt,
so ist es in der Praxis wirtschaftlich sinnvoll, diese Einheit (wie
auch den Mikrocontroller) in einer von den Endstufen, bei denen
es sich zumeist um Leistungsendstufen handelt, verschiedenen Technologie
auszuführen,
nämlich
zweckmäßigerweise
in einer Niedervolt-Technologie.
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Die
elektrischen Verbindungen, welche zur Übertragung von Freigabesignalen
zu den relevanten Endstufen vorgesehen sind (Abschaltpfade), können aus
Gründen
erhöhter
Sicherheit mehrfach (redundant) ausgelegt werden. Ferner kann die
Fähigkeit zur
Abschaltung von Endstufen mittels der digitalen Freigabesignale
anhand eines Selbsttests im inaktiven Systemzustand überprüft werden.
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Wenn
im Betrieb der Steuereinrichtung ein Fehler auftritt, der durch
die Überwachungseinheit erkannt
werden sollte, und Endstufen mittels des digitalen Freigabesignals
in einen als "sicher" definierten Zustand überführt werden
sollten, so ergeben sich bei den bekannten Steuereinrichtungen in
der Praxis im Falle von Überspannungen
jedoch Unzulänglichkeiten.
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Jegliches
Verhalten der in der Steuereinrichtung verwendeten elektronischen
Bauteile kann nur innerhalb eines begrenzten, technologiebedingten Betriebsbereiches
garantiert werden. Sobald dieser Bereich verlassen wird, z. B. bei
Vorliegen unzulässig hoher
Spannungen (z. B. Versorgungs- und/oder Signalspannungen) an irgendeiner
Stelle des Systems, ist jede beliebige Konfiguration der Freigabesignale vorstellbar.
Die Anschlusspins eines Steuergeräts sind in der Zielumgebung
Spannungen ausgesetzt, die sich in der Regel außerhalb des für die Logikschaltkreise
des Mikrocontrollers und ggf. der Überwachungseinheit spezifizierten
Betriebsspannungsbereichs befinden und daher prinzipiell zur Störung oder
sogar Zerstörung
dieser Schaltkreise führen können.
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Wenn
die erwähnte Überwachungseinheit auch
die Aufgabe einer Überspannungserkennung übernimmt,
so kann der Fall eintreten, dass die überwachte Spannung selbst den
zulässigen
Betriebsspannungsbereich der Überwachungseinheit überschreitet,
so dass ein Versetzen der Endstufen in den gewünschten vorbestimmten Fehlerfallzustand
nicht mehr gewährleistet
werden kann.
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Beispielsweise
kann es vorkommen, dass im Überspannungsfall
ein Freigabesignal deshalb nicht in den eine Sperrung der zugeordneten
Endstufe bewirkenden Disable-Zustand überführt wird, weil die Überspannung
die ordnungsgemäße Funktion
der Überwachungseinheit
bzw. deren Freigabesteuereinrichtung selbst beeinträchtigt.
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Außerdem kann
ein Überschreiten
der zulässigen
Spannungen an den Schaltkreisen des Steuergeräts, welche in einer Niedervolt-Technologie
(z. B. 5V und/oder 3,3V) implementiert sind, auf Grund der hohen
Sensibilität
dieser Schaltkreise zu einer undefinierten Anzahl an Folgefehlern
führen.
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Zur
Lösung
dieses Problems der oftmals unzulänglichen Sicherheit im Falle
einer Überspannung ist
es zwar denkbar, den Mikrocontroller und/oder die Überwachungseinheit
robuster auszuführen.
Solche Lösungen
wären jedoch
sehr teuer.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung
sowie ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs von Kraftfahrzeugkomponenten,
insbesondere einer Brennkraftmaschine oder eines Getriebes eines
Kraftfahrzeugs, unter Verwendung eines Mikrocontrollers mit einem verbesserten
Verhalten im Überspannungsfall
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einer elektronischen Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bzw.
einem Steuerverfahren nach Anspruch 7. Die abhängigen Ansprüche betreffen
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung
wird eine "aufgeteilte Überspannungsüberwachung" eingesetzt, nämlich mit
einer in einem ersten Betriebsspannungsbereich arbeitenden ersten
Spannungsüberwachungseinrichtung
und mit einer in einem zweiten, darüber hinausgehenden Betriebsspannungsbereich
arbeitenden zweiten Spannungsüberwachungseinrichtung. Diese
Konfiguration gestattet, dass eine oder mehrere Endstufen auch im
speziellen Feh lerfall einer Überspannung
zuverlässig
in den Fehlerfallzustand versetzt werden können.
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Bei
der oder den zu überwachenden
Betriebsspannungen der Steuereinrichtung handelt es sich um irgendwelche
Spannungen, die normalerweise innerhalb des ersten zulässigen Betriebsspannungsbereichs
liegen.
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Bevorzugt
wird wenigstens eine Versorgungsspannung einer Überwachungseinheit der eingangs
erwähnten
Art überwacht.
Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, alternativ oder zusätzlich eine
Versorgungsspannung einer von der Überwachungseinheit verschiedenen
Steuereinrichtungskomponente zu überwachen,
insbesondere eines Mikrocontroller-Chips oder eines in einer hinsichtlich
der Betriebsspannungen vergleichbaren mikroelektronischen Technologie
hergestellten Chips.
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Die
erste Spannungsüberwachungseinrichtung
kann z. B. in einer Niedervolt-Technologie (z. B. 3,3V und/oder
5V) implementiert sein. In der Praxis ergibt sich daraus der Vorteil,
dass das Überschreiten der
vorbestimmten ersten Grenzspannung besonders präzise festgestellt werden kann,
weil die in einer solchen Technologie implementierten Schaltungsteile üblicherweise
nur geringen Störungen ausgesetzt
sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die erste Spannungsüberwachungseinrichtung
in einer Überwachungseinheit
der eingangs erwähnten
Art integriert, also insbesondere zusammen mit den übrigen Schaltungsteilen
der Überwachungseinheit
in einer gemeinsamen integrierten Schaltung ausgebildet, die auch
den Mikrocontroller einbeziehen kann.
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Wenn
die überwachte
Betriebsspannung die erste Grenzspannung um ein gewisses Maß überschreitet,
insbesondere den für
die erste Spannungsüberwachungseinrichtung
spezifizierten Betriebsspannungsbereich überschreitet, so wird dies
durch die zweite Spannungsüberwachungseinrichtung
mit geeignet gewählter
zweiter Grenzspannung zuverlässig
erfasst. Bevorzugt ist die zweite Grenzspannung geringfügig größer als
die erste Grenzspannung gewählt,
z. B. weniger als 10% größer.
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Für einen
Mikrocontroller oder eine Überwachungseinheit
mit externen 5V-Logikpegeln kann technologiebedingt beispielsweise
ein zulässiger
Betriebsspannungsbereich bis 7V vorgesehen sein. Die erste Spannungsüberwachungseinrichtung
kann dann als präzise
definierte erste Grenzspannung z. B. eine Spannung von 5,3V vorsehen.
Die zweite Grenzspannung ist dann im Bereich zwischen 5,3V und 7V
zu wählen,
beispielsweise bei 5,6V, wobei die zweite Spannungsüberwachungseinrichtung
z. B. einen zulässigen
Betriebsspannungsbereich bis 36V besitzen kann.
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Mit
der Kombination der beiden Spannungsüberwachungseinrichtungen kann
eine hohe Präzision
(hinsichtlich der ersten Grenzspannung) mit einem großen Spannungsüberwachungsbereich
(der durch die Technologie der zweiten Spannungsüberwachungseinrichtung abgedeckt
wird) kombiniert werden.
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Bevorzugt
sind einerseits der Mikrocontroller und/oder die Überwachungseinheit
und andererseits die Endstufe als separate jeweilige integrierte
Schaltungen ausgebildet, und weiter bevorzugt ist die zweite Spannungsüberwachungseinrichtung
derart ausgeführt,
dass deren Betriebsspannungsbereich den in der betreffenden Anwendung
maximal zu erwartenden Betriebsspannungsbereich der Endstufe einschließt.
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Der
vorbestimmte Fehlerfallzustand der Endstufe kann z. B. darin bestehen,
dass die Endstufe vollkommen abgeschaltet wird.
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Falls
eine der beiden Spannungsüberwachungseinrichtungen
eine Überspannung
festgestellt hat, so kann z. B. ein im Disable-Signalzustand befindliches Freigabesignal
an die betreffende Endstufe oder die betreffenden Endstufen ausgegeben
werden, um eine Aktivierung der gesteuerten Komponenten zu sperren
(wenigstens solange die Überspannung
vorliegt und/oder wenigstens für
eine vorgegebene Zeitdauer).
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es möglich,
den Zustand der Endstufe in anderer Weise gezielt zu beeinflussen,
falls die betreffende Endstufe dies ermöglicht, z. B. durch Übertragung
irgendeiner Art von Fehlerfallsignal (unabhängig vom Freigabesignal), wie
z. B. einem Resetsignal.
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Bevorzugt
ist eine Freigabesteuereinrichtung der oben erwähnten Art in der Überwachungseinheit (Watchdog)
mikroelektronisch integriert, z. B. in einem ASIC in einer Niedervolt-Mischtechnologie
für analoge
und digitale Schaltungsblöcke.
Diese Überwachungseinheit überwacht
den ordnungsgemäßen Betrieb
des Mikrocontrollers und stellt nur bei Feststellung eines ordnungsgemäßen Mikrocontrollerbetriebs
das Freigabesignal in demjenigen Freigabesignalzustand bereit, in
welchem die zugeordnete(n) Endstufe(n) betrieben werden kann(können). Diese Überwachungseinheit
kann dann vorteilhaft auch die Funktion der ersten Spannungsüberwachungseinrichtung übernehmen,
wobei hierfür
eine präzise Spannungsreferenz
zur Verfügung
gestellt werden kann (mit einer Präzision, die z. B. in den abzuschaltenden
Endstufen in der Regel nicht erreicht werden könnte). Um im Überspannungsfall
die Endstufen in den vorbestimmten Fehlerfallzustand zu versetzen, können vorteilhaft
die im Bereich der Überwachungseinheit
ohnehin vorhandenen Abschaltpfade herangezogen werden, etwa durch
Ausgabe eines die Endstufen sperrenden Freigabesignals. Die Abschaltschwelle
(erste Grenzspannung) kann im Bereich zwischen der betriebsmäßig maximal
vorherrschenden Spannung und der technologiebedingt maximal zulässigen Spannung
an der Überwachungseinheit ("Abs. Max. Rating") gewählt werden.
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In
vielen Anwendungsfällen,
etwa wenn ein kommerziell erhältlicher
Mikrocontroller-Chip verwendet werden soll, ist es von Vorteil,
die Überwachungseinheit
einschließlich
der Freigabesteuereinrichtung in einer gemeinsamen integrierten
Schaltung vorzusehen, die separat von dem Mikrocontroller-Chip angeordnet
ist.
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Wenn
die Endstufe eine höhere
Spannungsfestigkeit besitzt als der Mikrocontroller bzw. diejenigen
Schaltungsteile der Steuereinrichtung, welche zur Bereitstellung
des Freigabesignals erforderlich sind, so kann der überspannungsbedingte
Ausfall im Bereich des Mikrocontrollers und/oder der Überwachungseinheit
und/oder der Freigabesteuereinrichtung dennoch zuverlässig erkannt
werden, solange die Überspannung
nicht einen Ausfall der Endstufe bewirkt. Letzteres ist jedoch durch
entsprechende Dimensionierung der Spannungsfestigkeit der Endstufe (z.
B. 36V) leicht zu gewährleisten,
die in der Praxis ohnehin oftmals zumindest für die Bordnetzspannung des
Fahrzeugs (z. B. 12V oder 24V) zuzüglich einer gewissen Sicherheitsreserve
ausgelegt werden muss.
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Bei
Erfassung einer Überspannung
kann dies auch an Logik-Schaltungsteile
der Steuereinrichtung gemeldet werden, insbe sondere an den Mikrocontroller
und/oder eine Spannungsversorgungseinheit mit Resetfunktionen, die
bei Inbetriebnahme der Steuereinrichtung die einzelnen Einrichtungskomponenten
in definierter Weise zunächst
zurücksetzt
bzw. startet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es stellen dar:
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1 ist
ein schematisches Blockschaltbild eines Motorsteuergeräts zur Steuerung
des Betriebs eines Einspritzmotors eines Kraftfahrzeugs,
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2 ist
ein schematisches Blockschaltbild eines Motorsteuergeräts gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
und
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3 ist
ein schematisches Blockschaltbild eines Motorsteuergeräts gemäß einer
noch weiteren Ausführungsform.
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Die
Bezugszahlen von in einem Ausführungsbeispiel
mehrfach vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten,
sind durchnumeriert (jeweils ergänzt
durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl). Auf einzelne
solcher Komponenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten
wird im Folgenden auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.
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1 zeigt
wesentliche Komponenten eines insgesamt mit 10 bezeichneten
Motorsteuergeräts für einen
Benzin-Direkteinspritzmotor
eines Kraftfahrzeugs.
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Das
Motorsteuergerät 10 weist
einen Mikrocontroller 12 auf, um Steuersignale (nicht dargestellt) zur
Steuerung von im Betrieb einer Brennkraftmaschine zu steuernden
Fahrzeugkomponeneten, in diesem Beispiel Motorkomponenten, bereitzustellen.
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In 1 sind
beispielhaft ferner Endstufen 14-1 und 14-2 dargestellt,
welchen die erwähnten Steuersignale
zur Aktivierung und Deaktivierung der zu steuernden Komponenten
eingegeben werden, um die angeschlossenen Komponenten (hier z. B. Kraftstoffeinspritzanlage
und Drosselklappe) mit geeigneten Ansteuerspannungen oder -strömen zu beaufschlagen.
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In
an sich bekannter Weise ist ferner eine Überwachungseinheit 16 vorgesehen,
welche über eine
(nicht dargestellte) Kommunikationsverbindung mit dem Mikrocontroller 12 kommuniziert,
um insbesondere dessen ordnungsgemäßen Betrieb zu überwachen
und abhängig
vom Ergebnis dieser Überwachung
z. B. digitale Freigabesignale für
die dargestellten Endstufen 14-1 und 14-2 entsprechend
zu setzen. Mittels dieser Freigabesignale wird durch einen ersten
logischen Freigabesignalzustand "Low" (L) eine Sperrung
("Disable") und durch einen
zweiten logischen Freigabesignalzustand "High" (H)
eine Freigabe ("Enable") der Aktivierung
der Kraftstoffeinspritzanlage (über
die Endstufe 14-1) bzw, der Drosselklappe (über die
Endstufe 14-2) signalisiert.
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Die
Endstufen 14 zur Aktivierung und Deaktivierung der zu steuernden
Komponenten, hier der Kraftstoffeinspritzanlage und der Drosselklappe,
arbeiten also basierend auf dem jeweiligen Steuersignal unter Berücksichtigung
eines der jeweiligen Endstufe 14 eingegebenen Freigabesignals.
Diese Freigabesignale werden in an sich bekannter Weise über hierzu
vorgesehene Leitungsverbindungen ("Abschaltpfade") 18-1, 18-2 den Endstufen 14-1, 14-2 eingegeben.
Eine weiterer Abschaltpfad 18-3 führt zu einer zwischen dem Mikrocontroller 12 und
einer Spannungsversorgungseinheit 20 verlaufenden Resetleitung.
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Bei
der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine stellt die aus dem Fahrzeugbordnetz
versorgte Spannungsversorgungseinheit 20 Versorgungsspannungen
von SV für
die Endstufen 14-1, 14-2 und die Überwachungseinheit 16 sowie
Versorgungsspannungen von 3,3V und 1,5V für den Mikrocontroller 12 bereit.
Nach Stabilisierung dieser Versorgungsspannungen liefert die Spannungsversorgungseinheit 20 ein
Resetsignal zum Mikrocontroller 12 (Eingangsanschluss PORST),
um dessen 3,3V-Schaltkreise zurückzusetzen.
Nach dieser Initialisierung des Mikrocontrollers 12 liefert
dieser wiederum ein dessen Bereitschaft anzeigendes Resetsignal
(Ausgangsanschluss RESET OUT) zur Spannungsversorgungseinheit 20 zurück, welche
daraufhin ein Resetsignal an die mit 5V versorgten Steuergerätkomponenten 14-1, 14-2, 16 liefert,
um diese zurückzusetzen.
Sodann arbeiten alle dargestellten Steuergerätkomponenten zur Steuerung
des Betriebs der Brennkraftmaschine.
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In
diesem aktiven Betrieb des Steuergeräts 10 überwacht
die Überwachungseinheit 16 den
ordnungsgemäßen Betrieb
des Mikrocontrollers 12 und gegebenenfalls anderer mit
dem Mikrocontroller 12 in Verbindung stehender Steuergerätkomponenten.
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Die
Endstufe 14-1 initiiert eine Kraftstoffeinspritzung durch
Ausgabe von entsprechenden Ansteuersignalen an die verschiedenen
Kraftstoffinjektoren (die am rechten Rand der 1 eingezeichneten
Signalleitungsausgänge
symbolisieren die Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren) nur dann,
wenn das über
den Abschaltpfad 18-1 der Endstufe 14-1 eingegebene
Freigabesignal im Enable-Zustand ist. Das Einspritztiming und die Einspritzmengen
werden hierbei im Wesentlichen durch das oder die vom Mikrocontroller 12 ausgegebenen
Steuersignale bestimmt. Der Einfachheit der Darstellung halber ist
die Übertragung
von Steuersignalen hier nicht dargestellt. Des weiteren sind in
der Darstellung von 1 alle Schaltungsteile des Steuergeräts 10 weggelassen,
die zum Verständnis
der Erfindung nicht wesentlich sind und in herkömmlicher Weise gestaltet sein können (z.
B. Eingangssignale am Mikrocontroller zur Aufnahme diverser Sensorsignale,
die im Rahmen der Fahrzeugkomponentensteuerung oder Motorsteuerung
benötigt
werden).
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In
analoger Weise wird mittels des über
den Abschaltpfad 18-2 der Endstufe 14-2 eingegebene Freigabesignal
die Ansteuerung der Drosselklappe freigegeben oder gesperrt.
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Eine
Besonderheit des dargestellten Steuergeräts 10 besteht in der
Anordnung zweier unabhängig
voneinander arbeitender Spannungsüberwachungseinrichtungen 22, 24 zum Überwachen
der 5V-Betriebsspannung, die zur Versorgung einiger Steuergerätkomponenten
wie den Endstufen 14-1, 14-2 und der Überwachungseinheit 16 selbst
verwendet wird. Die erste Spannungsüberwachungseinrichtung ist
hierbei mikroelektronisch in der Überwachungseinheit 16 integriert
(ASIC-Chip) und erfasst den Fall, in welchem diese Betriebsspannung
eine vorbestimmte erste Grenzspannung von 5,5V übersteigt. Auch in einem solchen Überspannungsfall
bewirkt die Überwachungseinheit 16 die
Ausgabe von Disable-Signalen über
die Abschaltpfade 18, wodurch eine Abschaltung der Endstufen 14-1 und 14-2 sowie
ein Zurücksetzen
der 3,3V-Schaltkreise des Mikrocontrollers 12 ausgelöst wird.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die gleichen Abschalt- bzw. Resetfunktionen auch für den Fall
vorgesehen, dass die überwachte Betriebsspannung
unter einen bestimmten Grenzwert absinkt (hier z. B. 4,5V).
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Die
im vorliegenden Beispiel vorgesehene Abschaltung der Endstufen 14 stellt
einen für
den Überspannungsfall
vorgesehenen Fehlerfallzustand der Endstufen dar, in welchen diese
zu versetzen sind. Im dargestellten Beispiel erfolgt dies durch
Ausgabe von Disable-Signalen über
die entsprechenden Abschaltpfade 18.
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Die Überwachungseinheit 16 und
insbesondere deren Spannungsüberwachungseinrichtung 22 ist
in einer mikroelektronischen Schaltungstechnologie ausgebildet,
welche einen zulässigen
Betriebsspannungsbereich bis 7V besitzt. Wenn in einem Fehlerfall
eine an dem die Überwachungseinheit 16 enthaltenden
Chip anliegende Spannung, insbesondere die zu überwachende Betriebsspannung,
die maximal zulässige
Spannung von 7V übersteigt,
so ist die Funktion dieser Überwachungseinheit 16 (wie auch
anderer Steuergerätkomponenten,
die mit dieser Betriebsspannung versorgt werden) nicht mehr gewährleistet.
Abhängig
von der konkreten Höhe
und Dauer der Überspannung
kann es auch zur Zerstörung
dieser technologiebedingt sehr sensiblen Steuergerätkomponenten
kommen.
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Um
die Endstufen 14-1, 14-2 auch in diesem Fall in
den vorbestimmten Fehlerfallzustand zu versetzen, wird die 5V-Betriebsspannung
auch von der zweiten Spannungsüberwachungseinrichtung 24 überwacht,
wobei diese Einrichtung technologiebedingt in einem Betriebsspannungsbereich
arbeitet, der über
den ersten zulässigen
Betriebsspannungsbereich von bis zu 7V hinausgeht, beispielsweise
bis zu einer maximalen Spannung von 36V, für welche auch die Endstufen 14-1, 14-2 ausgelegt
sind. Wenn die zusätzlich
von der zweiten Spannungsüberwachungseinrichtung 24 überwachte
5V-Betriebsspannung einen durch eine Zenerspannung von 5,6V maßgeblich
bestimmten Wert übersteigt,
so werden von der Spannungsüberwachungseinrichtung 24 die Abschaltpfade 18-1, 18-2, 18-3 auf
den Disable-Zustand
gesetzt, um die daran angeschlossenen Endstufen 14-1, 14-2 abzuschalten
bzw. den oben bereits erläuterten
Reset des Mikrocontrollers 12 auszulösen.
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Die
Spannungsüberwachung
besitzt somit eine durch die erste Spannungsüberwachungseinrichtung 22 sehr
präzise
vorgebbare erste Grenzspannung und auf Grund der vergleichsweise
hohen Spannungsfestigkeit der zweiten Spannungsüberwachungseinrichtung 24 einen
großen
Arbeitsbereich, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel für die maximal
in der Umgebung des Motorsteuergeräts 10 zu erwartenden
Spannungen ausgelegt ist.
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In 1 ist
ein beispielhafter Aufbau der zweiten Spannungsüberwachungseinrichtung 24 dargestellt.
Wenn die der Einrichtung eingegebene 5V-Betriebsspannung die Durchbruchspannung
einer Zenerdiode von 5,6V um ein gewisses Ausmaß übersteigt, so fließen Ströme über Widerstände, die jeweils
parallel zur Basis-Emitter-Strecke von Abschalttransistoren angeordnet
sind, so dass der an diesen Widerständen hervorgerufene Spannungsabfall
diese Transistoren leitend macht und die Transistoren die Abschaltpfade 18 mit
der elektrischen Fahrzeugmasse verbindet. Dies entspricht dem gewünschten
Disable-Signal auf den Abschaltpfaden 18-1, 18-2 bzw.
dem Resetsignal auf der Leitung 18-3.
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Bevorzugt
ist die zweite Spannungsüberwachungseinrichtung 24 als
integrierte Schaltung ausgebildet.
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Selbstverständlich können alternativ
oder zusätzlich
andere Spannungen als die 5V-Versorgung überwacht werden.
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Abweichend
vom dargestellten Ausführungsbeispiel
ist es denkbar, die Funktionalität
dieser zweiten Spannungsüberwachungseinrichtung 24 ganz oder
teilweise auf die Endstufen 14 zu verteilen. Im dargestellten
Beispiel könnten
beispielsweise die zur Abschaltung der Endstufen 14-1 und 14-2 vorgesehenen
Abschalttransistoren (jeweils samt einer Zenerdiode) jeweils in
einem Chip integriert sein, welcher die Endstufe 14-1 bzw. 14-2 bildet.
Wesentlich ist, dass die zweite Spannungsüberwachungseinrichtung technologiebedingt
in einem vergleichsweise weit reichenden zulässigen Betriebsspannungsbereich
arbeitet.
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Selbstverständlich kann
das Motorsteuergerät 10 in
der Praxis weitere Endstufen zur Steuerung weiterer Fahrzeugkomponenten
aufweisen, für
welche die vorstehend beschriebene Methode einer besonders sicheren
Abschaltsignalerzeugung im Überspannungsfall
ebenso eingesetzt werden kann.
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Im
dargestellten Beispiel besitzt jede der Endstufen 14-1, 14-2 eine
im Vergleich zum Mikrocontroller 12 und/oder zur ersten
Spannungsüberwachungseinrichtung 22 technologiebedingt
relativ hohe Spannungsfestigkeit von 36V. Die Endstufen können daher
vorteilhaft jeweils auch dann noch zuverlässig geperrt bzw. abschaltet
werden, wenn Schaltungsteile des Steuergeräts 10 durch eine Überspannung
beeinträchtigt
oder zerstört
wurden, die an der Bereitstellung der Freigabesignale beteiligt sind.
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Das
Failsafe-Verhalten des Gesamtsystems ist daher auf Grund der zweiteiligen Überspannungsüberwachung
verbessert, was ei nen durch Überspannung
hervorgerufenen Ausfall von Logikbausteinen wie der Überwachungseinheit 16 oder
dem Mikrocontroller 12 anbelangt. Die technologiebedingt robuster
ausgeführte
zweite Spannungsüberwachungseinrichtung
kann die Abschaltung der Endstufen 14-1, 14-2 auch
nach einem Ausfall der ersten Spannungsüberwachungseinrichtung 22 zuverlässig herbeiführen.
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Mit
dem Steuergerät 10 ist
demnach in kostengünstiger
Weise eine präzise
und dennoch einen großen
Spannungsbereich abdeckende Überspannungsüberwachung
realisiert, welche das Failsafe-Verhalten des elektrischen Gesamtsystems
erheblich verbessert, was insbesondere in einem Kraftfahrzeug aus
Sicherheitsgründen
von großer
Bedeutung ist.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für funktional
analoge Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils
ergänzt
durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform.
Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw.
den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen
eingegangen und im Übrigen hiermit
ausdrücklich
auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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In 1 sind
alternativ für
die Endstufen 14-1, 14-2 zu verwendende Endstufen 14a-1, 14a-2 dargestellt,
mit welchen das Steuergerät
für einen Dieselmotor
implementiert wird. Die Endstufe 14a-1 dient hierbei wieder
zur Ansteuerung einzelner Kraftstoffinjektoren, wohingegen die Endstufe 14a-2 zur Ansteuerung
einer Kraftstoffpumpeinrichtung und/oder zur Regulierung des Kraftstoffdrucks
in einem für
die Diesel-Injektoren
gemeinsam verwendeten Druckspeicher (Common Rail) dient.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Motorsteuergeräts 10b,
bei welcher die zweite Spannungsüberwachungseinrichtung 24b als
separater Chip ausgeführt
ist, der vorteilhaft zusammen mit kommerziell bereits erhältlichen
Chips im Steuergerät 10b kombiniert
ist, die jeweils eine der übrigen Steuergerätkomponenten
ausbilden, wie die dargestellten Komponenten 20b, 12b, 14b-1, 14b-2 und 16b.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Steuergeräts 10c,
bei welchem in der oben bereits erläuterten Weise die zweite Spannungsüberwachungseinrichtung 24c aus
drei Teilen 24c-1, 24c-2 und 24c-3 besteht
und diese Teile jeweils in der Endstufe 14c-1, 14c-2 bzw.
als separate Schaltung 24c-3 angeordnet sind.