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Die
Erfindung betrifft eine Steuereinheit zum Betreiben eines Fahrzeugantriebes
sowie die Anwendung der Steuereinheit zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
oder einer elektrischen Maschinen in einem Kraftfahrzeug und ein
Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung.
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Die Überwachung
von Antriebssteuergeräten
ist im Allgemeinen als Drei-Ebenen-Überwachungskonzept ausgeführt. Ein
derartiges Überwachungskonzept
ist aus der Druckschrift
DE
44 38 714 A1 bekannt. Sie beschreibt ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebsleistung eines Fahrzeuges
mit einem Mikrocomputer mit wenigstens zwei voneinander unabhängigen Ebenen,
wobei eine erste Ebene die Steuerfunktionen und eine zweite Ebene
die Überwachungsfunktionen
durchführt. Eine
dritte Ebene bildet eine Kontrollebene, welche die Überwachungsebene
und damit den Mikrocomputer kontrolliert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Steuereinheit für einen Fahrzeugantrieb mit
verbesserter Fehlererkennungsempfindlichkeit anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Dazu
weist die erfindungsgemäße Steuereinheit
eine erste Begrenzungseinrichtung auf, in der ein vorläufiges Sollmoment mit
einem maximalen Grenzmoment auf ein abschließendes Sollmoment nach oben
begrenzbar ist, wenn eine erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder
gleich einer Anfahrgrenzgeschwindigkeit ist. In der Begrenzungseinrichtung
ist dieses vorläufige
Sollmoment mit einem von den Mess-/Stellgrößen des Fahrpedalwertgebers
abhängigen
Grenzmoment auf ein abschließendes
Sollmoment nach oben begrenzbar, wenn die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit
unterhalb einer Anfahrgrenzgeschwindigkeit liegt.
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Die
Anfahrgrenzgeschwindigkeit definiert für die Fahrzeuggeschwindigkeit
eine Grenze. Ab und oberhalb dieser Anfahrgrenzgeschwindigkeit befindet
sich das Fahrzeug im normalen Fahrbetrieb. In diesem Bereich wird
das Sollmoment durch ein maximales Grenzmoment nach oben begrenzt.
Damit wird verhindert, dass der Antrieb im Fehlerfall versucht ein
unerwünscht
hohes Moment zu erzeugen.
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Geschwindigkeiten
unterhalb der Anfahrgrenzgeschwindigkeit werden dem Anfahrbereich des
Fahrzeuges zugerechnet. In diesem Fall wird das Sollmoment mit einem
von den Mess-/Stellgrößen des
Fahrpedalwertgebers abhängigen
Grenzmoment nach oben begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass das Grenzmoment
niedriger als das maximale Grenzmoment gewählt werden kann. Dadurch wird
die Fehlererkennungsempfindlichkeit der Vorrichtung im Anfahrbereich
erhöht.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist eine Begrenzungseinrichtung vorgesehen, durch
die das von den Mess-/Stellgrößen des
Fahrpedalwertgebers abhängige
Grenzmoment mit einem festlegbaren minimalen Grenzmoment nach unten
begrenzbar ist. Bei Brennkraftmaschinen ist es, z.B. wegen der Einhaltung
von Abgasvorschriften, notwendig, eine untere Betriebsgrenze festzulegen,
die im Stillstand oder im Anfahrbetrieb nicht unterschritten werden
soll. Das minimale Grenzmoment stellt diese untere Betriebsgrenze
dar und sichert einen ordnungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugantriebs.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und
den Beschreibungen hervor. Nachfolgend wird die in der Fig. gezeigte schematische
Darstellung einer Ausführungsform der
Steuereinheit näher
beschrieben.
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Die
Fig. zeigt eine Steuereinheit eines Fahrzeugantriebs, typischerweise
einer Brennkraftmaschine. Die dargestellte Steuereinheit ist aber
auch für
andere Antriebe, wie elektromechanische Antriebe, Hybridantriebe
oder Brennstoffzellen geeignet.
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Die
Steuereinheit weist u.a. eine Prozess-Ebene 1 für die Berechnung
von Antriebssteuerungs- und Diagnosefunktionen auf, die im Folgenden
als Funktionsrechner 1 bezeichnet wird, und eine zugehörige Prozessüberwachungs-Ebene 2 zur Überwachung
von drehmomentrelevanten Antriebssteuerungsfunktionen des Funktionsrechners 1,
die nachfolgend als Überwachungsrechner 2 bezeichnet wird.
Der Funktionsrechner 1 erhält über externe Verbindungen 3a bis 3d Informationen
von Mess- oder Stellwertgebern über
den Betriebszustand des Kraftfahrzeuges und/oder der Brennkraftmaschine.
Dazu werden Mess-/Stellgrößen an den
Funktionsrechner 1 weitergegeben. Beispielsweise erhält der Funktionsrechner 1 über eine
externe Verbindung 3a Informationen eines Pedalwertgebers
eines Gaspedals, über
eine Verbindung 3b Informationen über die Einstellung eines Fahrgeschwindigkeitsbegrenzers
und über
eine Verbindung 3c eine Momentenvorgabe Md eines elektronischen
Stabilitäts-Programms oder dergleichen.
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Eine
Verarbeitungseinrichtung 4 des Funktionsrechners 1 verarbeitet
die eingehenden Informationen und berechnet aus den unterschiedlichen
eingehenden Mess-/Stellgrößen und
ggf. den ihnen zugeordneten Zusatzinformationen ein vorläufiges Sollmoment
Mvsoll. Außerdem
regelt die Verarbeitungseinrichtung 4 das Anfahrdrehmoment.
Weiterhin passt die Einrichtung 4 das Fahrverhalten des
Kraftfahrzeuges dem vom Pedalwertgeber des Gaspedals angeforderten
Pedalwert an.
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Eine
Zuordnungseinrichtung 5 des Funktionsrechners 1 ordnet
einem ihr von der Verarbeitungseinrichtung 4 zugeführten vorläufigen Sollwert Mvsoll
eine maximale Drehzahl Nmax zu.
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In
einer Einrichtung 6 wird der Wert für Nmax mit einer aktuellen
Ist-Drehzahl Nist verglichen. In der dargestellten Ausführungsform
wird von Nmax der Wert für
die aktuelle Ist-Drehzahl
Nist abgezogen. Dabei kann es sich um die Drehzahl eines Fahrzeugrades
oder eines Fahrzeugantriebes (z.B. einer Brennkraftmaschine) handeln.
Die Einrichtung 6 führt das
Ergebnis dieser Operation einer Einrichtung 7 zu.
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Die
Einrichtung 7 ist typischerweise als ein Drehzahlregler
ausgeführt,
der die Ist-Drehzahl Nist senkt, wenn diese größer als Nmax ist. Die Einrichtung 7 ordnet
der maximalen Drehzahl Nmax einen fahrpedalwertabhängigen Drehmomentgrenzwert MGrenz
zu und führt
diesen Drehmomentgrenzwert MGrenz einer Auswahleinrichtung 8 zu.
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In
einer alternativen Ausführungsform
wird dieser fahrpedalwertabhängigen
Drehmomentgrenzwert MGrenz bereits in der Verarbeitungseinrichtung 4 oder
der Zuordnungseinrichtung 5 aus Mvsoll ermittelt.
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Der
Auswahleinrichtung 8 wird außerdem noch ein Wert für ein minimales
Grenzmoment MGmin zugeführt.
Dieses minimale Grenzmoment MGmin ergibt sich aus den Anforderungen
der Fahrzeugantrieb für
einen ordnungsgemäßen Betrieb.
Beispielsweise sind dies die gesetzlichen Forderungen an die Abgaswerte
einer Brennkraftmaschine.
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Die
Auswahleinrichtung 8 ist beispielsweise als Vergleicher
ausgeführt.
Der Vergleicher 8 ermittelt den größeren der Werte der beiden
Momente MGmin und MGrenz als Maximalmoment und führt dieses Maximalmoment einem
Eingang einer Schalteinrichtung 9 zu.
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Dabei
entspricht das sich ergebende Maximalmoment üblicherweise dem Drehmomentgrenzwert
MGrenz. Nur wenn der Drehmomentgrenzwert MGrenz kleiner als MGmin
ist, gibt die Einrichtung 8 MGmin als Ausgabewert an die
Schalteinrichtung 9 aus.
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Die
Schalteinrichtung 9 weist einen weiteren Eingang auf, dem
ein maximales Grenzmoment Mmax zugeführt wird. Dabei kann es sich
um ein maximales Grenzmoment der Antriebseinrichtung, z.B. einer
Brennkraftmaschine oder um ein maximales Grenzmoment eines Fahrzeugrades
handeln.
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Die
Schalteinrichtung 9 ist mit einer Einrichtung 10 verbunden.
Diese Einrichtung 10 steuert die Schaltposition der Schalteinrichtung 9.
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Dazu
verbindet die Einrichtung 10 den Eingang der Schalteinrichtung 9,
an dem maximale Grenzmoment das Mmax anliegt, mit dem Ausgang der
Schalteinrichtung 9, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den
Grenzwert x nicht unterschreitet.
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In
diesem Fall wird Mmax von der Schalteinrichtung 9 an die
Einrichtung 11 ausgegeben.
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Die
Einrichtung 10 verbindet den mit der Einrichtung 8 verbundenen
Eingang der Schalteinrichtung 9 mit dem Ausgang der Schalteinrichtung 9, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Grenzwert x unterschreitet. In
diesem Fall wird der Ausgabewert der Einrichtung 8 (MGrenz
oder MGmin) von der Schalteinrichtung 9 an eine Begrenzungseinrichtung 11 ausgegeben.
Dazu sendet Einrichtung 10 typischerweise ein Steuersignal
an die Schalteinrichtung 9.
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Die
Begrenzungseinrichtung 11 erhält von der Verarbeitungseinrichtung 4 das
vorläufige
Sollmoment Mvsoll. Dieses vorläufige
Sollmoment Mvsoll wird in der Begrenzungseinrichtung 11 auf
ein abschließendes
Sollmoment Msoll begrenzt.
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In
der dargestellten Ausführungsform
erhält die
Einrichtung 11 außerdem
von der Überwachungseinheit 2 einen
Wert für
ein abschließendes zulässiges Moment
Mzul.
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Die
Begrenzungseinrichtung 11 ermittelt aus den unterschiedlichen
zugeführten
Momenten Mvsoll, Mmax bzw. MGrenz oder MGmin und Mzul einen endgültigen Wert
Msoll. Dazu wird das vorläufige Sollmoment
Mvsoll mit dem Grenzwert Mmax bzw. MGrenz oder MGmin und dem abschließenden zulässigen Moment
Mzul auf das abschließende
Sollmoment Msoll begrenzt. Das sich ergebende abschließende Sollmoment
Msoll wird zur Umsetzung von dem Funktionsrechner 1 der
Steuereinheit ausgegeben.
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Der Überwachungsrechner 2 der
Steuereinheit erhält über externe
Verbindungen 3a bis 3d Informationen über den Betriebszustand
des Kraftfahrzeuges und des Fahrzeugantriebes. In der dargestellten
Ausführungsform
werden diese Informationen über
den Funktionsrechner 1 an den Überwachungsrechner 2 weitergeleitet.
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Dabei
handelt es sich beispielsweise um Informationen eines Pedalwertgebers
eines Gaspedals, Informationen über
die Einstellung eines Fahrgeschwindigkeitsbegrenzers und um eine
Momentenvorgabe Md eines elektronischen Stabilitätsprogramms.
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Eine
Einrichtung 12 des Überwachungsrechners 2 verarbeitet
die eingehenden Informationen und berechnet aus den unterschiedlichen
eingehenden Momentenanforderungen und ggf. den ihnen zugeordneten
Zusatzinformationen ein vorläufiges
zulässiges
Moment Mvzul. Außerdem
regelt diese Verarbeitungseinrichtung 12 das Anfahrdrehmoment. Weiterhin
passt die Einrichtung 12 das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs
dem vom Pedalwertgeber des Gaspedals angeforderten Pedalwert an.
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Eine
Zuordnungseinrichtung 13 des Überwachungsrechners 2 ordnet
einem ihr von der Verarbeitungseinrichtung 12 zugeführten vorläufigen zulässigen Moment
Mvzul eine maximale Drehzahl Nmax zu. Dazu ist in der Zuordnungseinrichtung 13 beispielsweise
ein Kennlinienfeld oder eine Umrechnungsfunktion hinterlegt.
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In
einer Einrichtung 14 wird der Wert für Nmax mit einer aktuellen
Ist-Drehzahl Nist verglichen. In der dargestellten Ausführungsform
wird von Nmax der Wert für
die aktuelle Ist-Drehzahl
Nist abgezogen. Dabei kann es sich um die Drehzahl eines Fahrzeugrades
oder eines Fahrzeugantriebes (z.B. einer Brennkraftmaschine) handeln.
Die Einrichtung 14 führt
das Ergebnis dieser Operation einer Einrichtung 15 zu.
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Die
Einrichtung 15 ist typischerweise als ein Vergleicher ausgeführt. Ist
Nmax – Nist >= 0, so wird kein Signal
(bzw. der Wert 0) von der Einrichtung 15 an Einrichtung 16 weitergegeben.
Ist Nmax – Nist < 0, so ein Signal
(bzw. der Wert 1) von der Einrichtung 15 an Einrichtung 16 weitergegeben.
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Der
Einrichtung 16 ist außerdem
noch mit Einrichtung 17 verbunden. Diese Einrichtung 17 gibt ein
Signal (bzw. einen Wert 1) an die Einrichtung 16, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit v einen Grenzwert x unterschreitet.
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Die
Einrichtung 16 ist typischerweise als Logisches „UND" ausgeführt. Sie
gibt ein Steuersignal an eine Schalteinrichtung 19, wenn
an beiden Eingängen
der Einrichtung 16 ein Signal anliegt (bzw. Einrichtung 17 und
Einrichtung 15 beide einen Wert 1 an die Einrichtung 16 senden).
Zwischen der Einrichtung 16 und einer Einrichtung 19 ist
in der dargestellten Ausführungsform
eine Einrichtung 18 vorgesehen.
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Die
Einrichtung 18 verzögert
die Signale. Damit werden Laufzeitunterschiede zwischen Funktionsebene
und Überwachungsebene,
z.B. durch die Reaktionszeit des Drehzahlreglers 7, kompensiert und
der Datenfluss synchronisiert. Alternativ oder ergänzend ist
vorgesehen, erst dann ein Signal von Einrichtung 18 an
Einrichtung 19 zu senden, wenn die Bedingungen Nist >= Nmax und v < x über eine festgelegte
Zeitspanne vorgelegen haben.
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Die
Schalteinrichtung 19 weist einen Eingang auf, dem das maximale
Moment Mmax einer Fahrzeugrades oder des Fahrzeugantriebes zugeführt wird.
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Die
Schalteinrichtung 19 weist einen weiteren Eingang auf,
dem ein Wert für
das minimale Grenzmoment MGmin zugeführt wird.
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Die
Schalteinrichtung 19 ist mit der Einrichtung 16 verbunden.
Sendet die Einrichtung 16 kein Steuersignal, so wird der
Eingang der Schalteinrichtung 19 mit dem Ausgang der Schalteinrichtung 19 verbunden,
an dem das maximale Grenzmoment Mmax anliegt. In diesem Fall wird
von der Schalteinrichtung 19 das maximale Grenzmoment Mmax
an eine Einrichtung 21 weitergegeben.
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Sendet
die Einrichtung 16 ein Steuersignal, so wird der Eingang
der Schalteinrichtung 19 mit dem Ausgang der Schalteinrichtung 19 verbunden,
an dem das minimale Grenzmoment MGmin anliegt. In diesem Fall wird
das minimale Grenzmoment MGmin von der Schalteinrichtung 19 an
eine Begrenzungseinrichtung 21 weitergegeben.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist zwischen der Schalteinrichtung 19 und der Einrichtung 21 an
eine Einrichtung 20 vorgesehen. Diese Einrichtung 20 erhält von der
Schalteinrichtung 19 einen Wert für das minimale Grenzmoment
MGmin oder einen Wert für
das maximale Grenzmoment Mmax. Weicht der neu eingehende Wert von
dem bisher vorliegenden alten Wert ab, so passt Einrichtung 20 seinen
Ausgabewert über
eine Übergangsfunktion,
z.B. eine Rampe, stetig an den neu eingegangenen Wert an. Die Einrichtung 20 gibt
ihren Ausgabewert an eine Einrichtung 21 aus.
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Der
Einrichtung 21 wird außerdem
von der Einrichtung 12 das vorläufige zulässige Moment Mvzul zugeführt. Aus
den unterschiedlichen zugeführten Momenten
Mmax bzw. MGmin und Mvzul ermittelt die Einrichtung 21 einen
Wert für
ein endgültiges
zulässiges
Moment Mzul.
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Dabei
wird Mvzul durch das maximale Grenzmoment Mmax auf Mzul begrenzt,
wenn die Fahrgeschwindigkeit v den Grenzwert x nicht unterschreitet
und/oder keine zu hohe Drehzahl Nist (>= Nmax) vorliegt. Da im Regelfall das
vorläufige
zulässige
Moment das maximal zulässige
Moment nicht übersteigen
sollte, wird das endgültige
zulässige
Moment Mzul meistens dem vorläufigen
zulässigen
Moment Mvzul entsprechen.
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Liegen
die Bedingungen für
eine zu hohe Drehzahl Nist (>=
Nmax) im Anfahrbereich (v < x)
vor, so wird das vorläufige
zulässige
Moment Mvzul durch das, in der Regel sehr niedrige, minimale Grenzmoment
MGmin auf das abschließende
zulässige
Moment Mzul nach oben begrenzt. In diesem Fall ergibt sich ein sehr
niedriges abschließendes
zulässiges Moment
Mzul.
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Der
ermittelte Wert für
das abschließende zulässige Moment
Mzul wird zur Begrenzung von Msoll an den Funktionsrechner 1 weitergegeben. Darüber hinaus
gibt der Überwachungsrechner 2 das abschließende zulässige Moment
Mzul zur Umsetzung eines drehzahlabhängigen Momentenvergleichs und
ggf. zum Auslösen
von Fehlerreaktionen an andere, nicht dargestellte, Funktionsbereiche
des Überwachungsrechners 2 aus.
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Im
Funktionsrechner 1 wird in der Einrichtung 4 aus
vielen verschiedenen Momentenanforderungen ein vorläufiges Sollmoment
Mvsoll ermittelt.
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Im
normalen Fahrbetrieb, ab einer Fahrgeschwindigkeitsgrenze x aufwärts, wird
dieses Sollmoment Mvsoll von einem maximalen Moment Mmax begrenzt.
Zusätzlich
bildet der Überwachungsrechner 2,
wie bereits dargestellt, als weitere Begrenzung einen Wert für ein abschließendes zulässiges Moment
Mzul. Da v < x
nicht erfüllt
ist, bleibt die Schalteinrichtung 19 in der dargestellten
Grundstellung und leitet das Moment Mmax weiter. Entsprechend wird dieser
Wert Mmax bzw. ein in Einrichtung 20 gebildeter Übergangswert
für Mmax
in Einrichtung 21 mit Mvzul verglichen. Der kleinere dieser
beiden Werte wird als aktueller Wert für Mzul ausgegeben.
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Im
Anfahrbereich, unterhalb einer Fahrgeschwindigkeitsgrenze x, schaltet
die Schalteinrichtung 9 um und leitet die von Einrichtung 8 ausgegebenen
Werte weiter. In der Regel wird dabei das fahrpedalwertabhängige Grenzmoment
MGrenz weitergeleitet. Nur wenn der Wert von MGrenz den Wert von
MGmin unterschreitet gibt die Einrichtung 8 MGmin weiter.
Im Überwachungsrechner 2 wird
als weitere Begrenzung der Wert Mzul gebildet. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit
unterhalb des Grenzwertes x und überschreitet
die Istdrehzahl Nist nicht den Grenzwert Nmax, so wird, wie im Normalbetrieb, Mmax
bzw. ein in Einrichtung 20 gebildeter Übergangswert für Mmax in
Einrichtung 21 mit Mvzul verglichen. Der kleinere der beiden
Werte wird als aktueller Wert für
Mzul ausgegeben. Das vorläufige
Sollmoment Mvsoll wird in diesem Fall in Einrichtung 11 in
der Regel durch MGrenz und Mmax auf ein abschließendes Sollmoment Msoll nach
oben begrenzt. Sollte im Anfahrbereich allerdings MGrenz einen Wert
kleiner als MGmin annehmen, so begrenzt der Funktionsrechner 1 das
vorläufige
Sollmoment Mvsoll mit MGmin. Da MGmin ein sehr niedriger Wert ist, bedeutet
dies üblicherweise,
dass in Einrichtung 11 ein auf MGmin nach oben begrenztes
abschließendes
Sollmoment Msoll gebildet wird.
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Wenn
die Überwachungsebene 2 im
Anfahrbereich erkennt, dass die Drehzahl Nist die maximale Drehzahl
Nmax übersteigt,
so sendet Einrichtung 16 ein Signal an die Schalteinrichtung 19.
Nunmehr wird das minimale Grenzmoment MGmin von der Schalteinrichtung 19 oder
ein in der Einrichtung 20 gebildeter Übergangswert an die Einrichtung 21 weitergegeben.
Damit wird in der Begrenzungseinrichtung 21 das abschließende zulässige Moment
Mzul auf MGmin nach oben beschränkt.
Dieses Moment Mzul wird an die Einrichtung 11 des Funktionsrechners 1 Weitergegeben.
Dort wird nunmehr auch das vorläufige Sollmoment
Mvsoll durch Mzul auf den Wert von MGmin beschränkt und dieser Wert als anzusteuerndes Sollmoment
Msoll ausgegeben.