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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum redundanten Regeln einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine sowie eine entsprechende Vorrichtung.
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Verfahren und Vorrichtungen zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dazu wird ein Stellglied einer Brennkraftmaschine durch zwei redundante Systeme betätigt, von denen das eine als das Hauptsystem und das andere als das Sicherungssystem bezeichnet werden kann. Während davon ausgegangen wird, dass das Hauptsystem, oder auch Mastersystem genannt, im Normalfall das Stellglied zum Regeln der Drehzahl fehlerfrei betätigt, ist das Sicherungssystem, oder auch Backup-System genannt, vorgesehen, um bei Vorliegen eines Fehlers oder unklaren Situation die Betätigung des Stellglieds zu übernehmen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 41 33 558 A1 ist beispielsweise ein Steuersystem für eine elektrische Kraftstoffpumpe bekannt, bei welchem die Drehzahl der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine durch zwei Sensoren gleichzeitig erfasst wird. Die erfassten Daten werden einer Plausibilitätsabfrage unterzogen, bevor sie für die Ansteuerung der Kraftstoffpumpe ausgewertet werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 102 01 166 A1 ist prinzipiell ein ähnliches Verfahren bekannt, wobei hier anstelle einer Drehzahl die Winkelstellung einer Welle redundant ermittelt wird. Dabei sind Gebersensoren vorgesehen, deren Ausgangswerte einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, bevor sie zur Ansteuerung genutzt werden.
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Aus der Patentschrift
US 5 365 904 A geht eine Brennkraftmaschine mit zwei Drehzahlsensoren sowie einem Positionssensor für ein Stellglied zum Einstellen der Drehzahl hervor. Durch die beiden Drehzahlsensoren werden eine erste Ist-Drehzahl und eine zweite Ist-Drehzahl gleichzeitig und unabhängig voneinander erfasst. Hieraus wird eine plausible Drehzahl bestimmt. Das Stellglied für die Drehzahl wird in Abhängigkeit der plausiblen Ist-Drehzahl und in Abhängigkeit der Ist-Position des Stellglieds betätigt.
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Die aus den genannten Druckschriften bekannten Verfahren haben gemein, dass das Stellglied durch eine einzige Stelleinrichtung betätigt wird und lediglich die zum Betätigen notwendigen Daten durch redundante Sensoren ermittelt werden. Wird ein derartiges System zu einem vollständig redundanten System weitergebildet, das zwei voneinander unabhängige Betätigungsstränge aufweist, so wird bisher jedem dieser Untersysteme eine eigene Recheneinheit, insbesondere eine Mastereinheit und eine Backup-Recheneinheit, zugeordnet, die unabhängig voneinander arbeiten. Damit im Betrieb keine Fehlfunktionen ausgelöst werden, müssen die Recheneinheiten auch miteinander kommunizieren. Damit dabei keine Fehler auftreten, muss ein hoher Aufwand betrieben werden, um zu vermeiden, dass die Steuergeräte sich gegenseitig deaktivieren und im Endeffekt die Drehzahlregelung vollständig ausfällt.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur redundanten Drehzahlregelung zu schaffen, die es auf einfache und kostengünstige Art und Weise verhindern, dass die Drehzahlregelung insgesamt ausfällt, und gleichzeitig die volle Funktionalität einer redundanten Drehzahlregelung gewährleisten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der Rechenaufwand des voll redundanten Systems gering gehalten und ein Komplettausfall sicher vermieden wird. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass eine erste Ist-Drehzahl und eine zweite Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine gleichzeitig und unabhängig voneinander erfasst werden, dass eine erste Ist-Position und eine zweite Ist-Position des Stellglieds gleichzeitig und unabhängig voneinander erfasst werden, dass eine plausible Ist-Drehzahl und eine plausible Ist-Position in Abhängigkeit von den erfassten Ist-Drehzahlen und/oder den erfassten Ist-Positionen bestimmt wird, und dass das Stellglied in Abhängigkeit der plausiblen Ist-Drehzahl und der plausiblen Ist-Position zum Einstellen der Drehzahl der Brennkraftmaschine betätigt wird. Bei dem Stellglied kann es sich beispielsweise um eine die Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine bestimmende Regelstange handeln. Die Ist-Drehzahlen und die Ist-Positionen, die unabhängig voneinander erfasst werden, durchlaufen erfindungsgemäß also zunächst eine Plausibilitätsprüfung, die insbesondere durch eine einzige Recheneinheit durchgeführt wird. Aus den erfassten Werten werden plausible Werte herausgenommen, die dann zur Ansteuerung des Stellglieds genutzt werden. Statt dass sich ein Masterstrang und ein Backupstrang gegenseitig in die Quere kommen können, gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren, die dauerhafte Funktion der Drehzahlregelung, zumindest sofern nicht in beiden Strängen ein Fehler vorliegt. Die Plausibilitätsprüfung kann mit wenig Aufwand durch Vergleichen der jeweiligen Werte miteinander oder mit weiteren Werten durchgeführt werden, so dass auch der Rechenaufwand insgesamt gering gehalten wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Drehzahleiner Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs redundant geregelt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Bestimmen der plausiblen Ist-Drehzahl die erfassten Ist-Drehzahlen mit einem zulässigen, vorgebbaren Drehzahlbereich verglichen werden, und dass nur eine innerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs liegende Ist-Drehzahl der erfassten Ist-Drehzahlen als plausible Ist-Drehzahl bestimmt wird. Der zulässige Drehzahlbereich wird beispielsweise in Abhängigkeit einer zuvor erfassten Drehzahl bestimmt, so dass ein Drehzahlgradient zur Plausibilisierung der aktuell erfassten Ist-Drehzahl berücksichtigt wird. Liegt eine der Ist-Drehzahlen zu weit außerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs kann diese nicht plausibel sein und wird zur weiteren Ansteuerung des Stellglieds nicht genutzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Bestimmen der plausiblen Ist-Drehzahl die erfassten Ist-Drehzahlen miteinander verglichen werden, und dass ab einer vorgebbaren Drehzahlabweichung der erfassten Ist-Drehzahlen voneinander nur die erfasste Ist-Drehzahl als plausibel bestimmt wird, die innerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs liegt. Zusätzlich zu dem Vergleich mit dem Drehzahlbereich werden hierbei also die Ist-Drehzahlen insbesondere zuvor auch miteinander verglichen. Weichen die Ist-Drehzahlen nicht so weit voneinander ab, dass sie eine vorgebbare Drehzahlabweichung überschreiten, so können sie beide als plausibel bezeichnet werden, sofern sie innerhalb des Drehzahlbereichs liegen. Weicht eine der Ist-Drehzahlen derart weit ab, dass sie außerhalb des Drehzahlbereichs liegt, so wird nur die innerhalb des Drehzahlbereichs liegende Drehzahl für plausibel erachtet.
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Liegt die Drehzahlabweichung unterhalb der vorgebbaren Abweichung, so wird bevorzugt auf einen Vergleich mit dem vorgebbaren Drehzahlbereich verzichtet, da dann davon ausgegangen wird, dass beide Systeme fehlerfrei funktionieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenn die Drehzahlabweichung der Ist-Drehzahlen unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt, und beide erfassten Ist-Drehzahlen innerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs liegen, aus beiden Ist-Drehzahlen nur eine, insbesondere die erste Ist-Drehzahl als plausibel bestimmt wird. Liegen beide Ist-Drehzahlen innerhalb des vorgebbaren Bereichs und weichen sie nicht zu weit voneinander ab, ist zu entscheiden, welche der erfassten Ist-Drehzahlen zur Betätigung beziehungsweise Ansteuerung des Stellglieds genutzt werden soll. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Drehzahl, also die des Masterbeziehungsweise Hauptsystems verwendet wird. Natürlich könnte grundsätzlich auch die zweite Drehzahl verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenn die Drehzahlabweichung der Ist-Drehzahlen unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt, aus den erfassten Ist-Drehzahlen ein Mittelwert gebildet und dieser als die plausible Ist-Drehzahl bestimmt wird. Bei dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass nicht einer der beiden erfassten Drehzahlwerte ausgewählt und ausgewertet wird, sondern dass aus den beiden erfassten Drehzahlwerten ein Mittelwert gebildet und dieser als die plausible Ist-Drehzahl bestimmt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erfassten Ist-Positionen miteinander verglichen werden, wobei ab einer vorgebbaren Positionsabweichung der erfassten Ist-Positionen voneinander nur eine der erfassten Ist-Positionen, insbesondere die zweite erfasste Ist-Position als plausibel bestimmt wird. Weichen Ist-Positionen also ausreichend weit voneinander ab, wird der Einfachheit halber bevorzugt zunächst davon ausgegangen, dass die erste Ist-Position fehlerhaft bestimmt wurde.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Ist-Position mit der ersten Ist-Drehzahl und die zweite Ist-Position mit der zweiten Ist-Drehzahl verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs bestimmt wird, ob die jeweilige Ist-Position plausibel ist. Entspricht die erfasste Ist-Drehzahl nicht der Drehzahl, die bei der erfassten Ist-Position zu erwarten wäre, so kann davon ausgegangen werden, dass ein Fehler im System vorliegt. Wurde zuvor festgestellt, dass die erfassten Ist-Drehzahlen nah beieinander liegen, so ist dann davon auszugehen, dass die erfasste Ist-Position fehlerhaft bestimmt wurde. Entspricht die erfasste Ist-Drehzahl jedoch der Ist-Position, so kann diese erfasste Ist-Position als plausibel bestimmt werden.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das redundant betätigbare Stellglied zwei Stelleinrichtungen aufweist, wobei einer ersten der Stelleinrichtungen die erste Ist-Drehzahl und die erste Ist-Position und einer zweiten der Stelleinrichtungen die zweite Ist-Drehzahl und die zweite Ist-Position zugeordnet werden, wobei nur die Stelleinrichtung betätigt wird, deren Ist-Drehzahl und Ist-Position als plausibel bestimmt wurde. Auch wenn, wie bevorzugt vorgesehen, nur eine Recheneinheit vorgesehen ist, kann danach die redundante Ansteuerung beziehungsweise quasi-redundante Ansteuerung des Stellglieds erfolgen. Vorliegend ist dazu vorgesehen, dass nur die Werte des Systems dazu verwendet werden, bei welchem die Ist-Drehzahl und die Ist-Position als plausibel bestimmt wurden. Werden beide Systeme als plausibel bestimmt, so wird gemäß der oben beschriebenen Kriterien eines der Systeme als plausibel ausgewählt. Ergibt die Plausibilitätsprüfung, dass eines der Systeme nicht plausible Werte, beziehungsweise eine nicht plausible Drehzahl und/oder eine nicht plausible Ist-Position enthält, so wird zumindest eine Fehlermeldung generiert, die den Benutzer auf einen Fehler in dem (Teil-)System aufmerksam macht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Diese Vorrichtung zeichnet sich durch ein redundant betätigbares Stellglied aus, wobei zur redundanten Betätigung des Stellglieds ein Hauptsystem, aufweisend einen ersten Drehzahlsensor zum Erfassen einer ersten Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine, einen ersten Positionssensor zum Erfassen einer ersten Ist-Position des Stellglieds sowie eine Recheneinheit, und ein Sicherungssystem, aufweisend einen zweiten Drehzahlsensor zum Erfassen einer zweiten Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine, einen zweiten Positionssensor zum Erfassen einer zweiten Ist-Position des Stellglieds sowie die Recheneinheit, vorgesehen sind. Die Recheneinheit ist insofern sowohl dem Hauptsystem als auch dem Sicherungssystem zugeordnet. Die Recheneinheit ist dabei dazu ausgebildet, gemäß dem oben beschriebenen Verfahren die Ist-Drehzahlen gleichzeitig und unabhängig voneinander zu erfassen, die Ist-Positionen gleichzeitig und unabhängig zu erfassen, eine plausible Ist-Drehzahl und eine plausible Ist-Position in Abhängigkeit der erfassten Ist-Drehzahlen und/oder Ist-Positionen zu bestimmen, und das Stellglied zum Einstellen der Drehzahlen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der plausiblen Ist-Drehzahl und der plausiblen Ist-Position zu betätigen.
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Die Vorrichtung ist bevorzugt ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist das Hauptsystem eine erste Stelleinrichtung auf. Alternativ oder zusätzlich weist vorzugsweise das Sicherungssystem eine zweite Stelleinrichtung auf.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass dem Stellglied die zwei Stelleinrichtungen zugeordnet sind, wobei eine erste der Stelleinrichtungen dem Hauptsystem und eine zweite der Stelleinrichtungen dem Sicherheitssystem zugeordnet ist, wobei bevorzugt nur die Stelleinrichtung betätigt wird, deren System eine plausible Ist-Position und eine plausible Ist-Drehzahl liefert. Es ergeben sich hieraus die bereits genannten Vorteile.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
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Figur ein vereinfachtes Blockschaltbild einer vorteilhaften Vorrichtung zum redundaten Ansteuern des Stellglieds einer Brennkraftmaschine.
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Die Figur zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Regeln der Drehzahl einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine. Unter der Drehzahl ist hierbei insbesondere die Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu verstehen. Selbstverständlich könnte aber auch die Drehzahl einer Nockenwelle oder dergleichen gemeint sein. Die Vorrichtung 1 weist eine Sensoreinrichtung 2, eine Plausibilisierungseinrichtung 3, eine Recheneinheit 4 sowie eine Betätigungseinrichtung 5 zum Betätigen eines nicht näher dargestellten Stellglieds der Brennkraftmaschine, das insbesondere zum Einstellen eines gewünschten Kraftstoffstroms zu der Brennkraftmaschine beziehungsweise zu Zylindern der Brennkraftmaschine verlagerbar ist.
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Die Sensoreinrichtung 2 weist einen ersten Drehzahlsensor 6 und einen zweiten Drehzahlsensor 7 auf, die unabhängig voneinander eine erste Ist-Drehzahl nMOT1 sowie eine zweite Drehzahl nMOT2 der Brennkraftmaschine erfassen. Dabei sind die Drehzahlsensoren 6 und 7 bevorzugt der gleichen Welle der Brennkraftmaschine, insbesondere der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordnet. Natürlich ist es aber auch denkbar, dass einer der Drehzahlsensoren 6 oder 7 einer Welle und der andere der Drehzahlsensoren 7 oder 6 einer anderen Welle der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Bei einer späteren Auswertung der Sensorsignale müssen lediglich gegebenenfalls vorliegende Übersetzungsverhältnisse zwischen den Wellen zur Auswertung der Daten berücksichtigt werden.
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Weiterhin weist die Sensoreinrichtung 2 einen ersten Positionssensor 8 und einen zweiten Positionssensor 9 auf, die unabhängig voneinander die Position des Stellglieds erfassen. Dazu liefert der erste Positionssensor 8 einen Ausgangswert POS1 und der zweite Positionssensor 9 eine zweite Ist-Position POS2.
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Die Plausibilisierungseinrichtung 3 erhält die von den Sensoren 6 bis 9 erfassten Ist-Werte und wertet diese folgendermaßen aus. Zunächst wird die erste Ist-Drehzahl mit einem vorgebbaren Drehzahlbereich verglichen. Der Drehzahlbereich wird besonders bevorzugt in Abhängigkeit einer zuvor bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgegeben, um durch einen Vergleich der ersten Ist-Drehzahl nMOT1 mit dem Drehzahlbereich zu erfassen, ob der erfasste Drehzahlwert zu einem plausiblen Drehzahlgradienten führen würde und somit als plausibel zu bestimmen wäre.
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Weiterhin wird geprüft, ob die erste Ist-Drehzahl nMOT1 der zweiten Ist-Drehzahl nMOT2 entspricht oder zumindest ähnlich ist. Stimmen die erfassten Ist-Drehzahlen überein und liegen diese damit auch innerhalb des vorgebbaren Drehzahlbereichs, so wird davon ausgegangen, dass das System in jeder Hinsicht fehlerfrei arbeitet und die erfassten Werte zur Ansteuerung des Stellglieds beziehungsweise zur Drehzahlregelung genutzt werden können.
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Ergibt die Plausibilisierungsprüfung jedoch, dass die Ist-Drehzahlen voneinander abweichen, wird festgestellt, dass nur eine der Ist-Drehzahlen plausibel ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird festgestellt, dass wenn die erste Ist-Drehzahl nMOT1 innerhalb des Ist-Drehzahlbereichs liegt, der durch einen vorgebbaren minimalen und einen vorgebbaren maximalen Drehzahlgrenzwert bestimmt wird, und die zweite Ist-Drehzahl nMOT2 nicht der ersten Ist-Drehzahl nMOT1 entspricht und insbesondere außerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs liegt, dass dann die erste Ist-Drehzahl nMOT1 als die plausible Ist-Drehzahl nMOT bestimmt wird.
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Ähnlich wird mit den Werten der Positionssensoren 8 und 9 umgegangen. Zunächst werden die Ist-Positionen miteinander verglichen. Weichen die Ist-Positionen POS1 und POS2 zu weit voneinander ab, so wird nur einer der Positionswerte als plausibel bestimmt. Hierzu findet vorzugsweise ein Vergleich mit den erfassten Ist-Drehzahlen nMOT1 und nMOT2 statt. Insbesondere wird der Vergleich mit der für plausibel erklärten Ist-Drehzahl durchgeführt. Entspricht die erfasste beziehungsweise für plausibel bestimmte Ist-Drehzahl nicht einer bei der vorliegend erfassten Ist-Position zu erwartenden Drehzahl, so wird die Ist-Position als unplausibel bestimmt. Stimmt jedoch die plausible Ist-Drehzahl mit einer der Ist-Positionen POS1 oder POS2 überein, so wird die übereinstimmende Ist-Position als die plausible Ist-Position POS bestimmt.
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Vorliegend werden bei der Vorrichtung 1 der erste Drehzahlsensor 6, der erste Positionssensor 8 sowie eine erste Stelleinrichtung 10 zum Betätigen beziehungsweise Verlagern des Stellglieds einem Master- beziehungsweise Hauptsystem zugeordnet, während der zweite Drehzahlsensor 7, der zweite Positionssensor 9 sowie eine zweite Stelleinrichtung 11 zum Betätigen des Stellglieds einem Backup- beziehungsweise Sicherungssystem zugeordnet sind.
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Die plausible Drehzahl nMOT und die plausible Ist-Position POS werden der Recheneinheit 4 zugeführt, die in Abhängigkeit der Werte die eigentliche Drehzahlregelung durchführt und die einzustellende Stellung des Stellglieds in Abhängigkeit der plausiblen Ist-Drehzahl und der plausiblen Ist-Position anpasst beziehungsweise verändert, um eine gewünschte Ist-Drehzahl, beispielsweise eine Leerlaufdrehzahl, einzustellen.
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Die Recheneinheit 4 entscheidet anhand der auszuwertenden Daten, ob die erste Stelleinrichtung 10 oder die zweite Stelleinrichtung 11 oder beide Stelleinrichtungen 10 und 11 betätigt werden. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass wenn das Mastersystem die plausiblen Werte zur Verfügung stellt, die erste Stelleinrichtung 10 betätigt wird. Wird der plausible Drehzahlwert nMOT und die plausible Ist-Position POS durch das Backup-System bestimmt, so wird die zweite Stelleinrichtung 11 angesteuert.
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Das Stellglied wird durch die Stelleinrichtungen 10 oder 11 dabei derart betätigt, dass eine bestimmte beziehungsweise gewünschte Kraftstoffmenge ṁ eingestellt wird, durch welche die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf ein gewünschtes Niveau oder einen bestimmten Wert geregelt wird.
