Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer
Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs
nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Aus der EP 0 788 581 B1 ist bereits ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines
Fahrzeugs bekannt. Dabei ist ein Rechenelement vorgesehen,
welches sowohl die Steuerung der Leistung der Antriebseinheit
als auch die Überwachung dieser Leistungssteuerung
durchführt. Weiterhin weist das Rechenelement wenigstens zwei,
sich zumindest außerhalb des Fehlerfalls gegenseitig nicht
beeinflussende Programmebenen auf, wobei in einer ersten
Ebene wenigstens eine Steuergröße zur Steuerung der Leistung
der Antriebseinheit zumindest in einem Betriebszustand des
Fahrzeugs gebildet wird, wobei in einer zweiten Ebene anhand
von ausgewählten Größen die korrekte Bildung der wenigstens
einen Steuergröße in der ersten Ebene überprüft wird.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit mit den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil,
dass die wenigstens eine erste Steuergröße zur Steuerung des
mindestens einen Aktuators von der zweiten Ebene beeinflusst
wird, wenn die mindestens eine ausgewählte Größe einen
vorgegebenen Wert annimmt oder in einem vorgegebenen Bereich
liegt. Auf diese Weise lassen sich Bedingungen, unter denen
eine fehlerhafte Ansteuerung des mindestens einen Aktuators
umgehend zu sicherheitskritischen Auswirkungen bzw. zu
Schäden am Gesamtsystem bzw. an der Antriebseinheit führen, von
vornherein bei der Ansteuerung bzw. Steuerung des mindestens
einen Aktuators berücksichtigen. Somit wird eine Vorbeugung
vor auftretenden Fehlern bei der Steuerung des mindestens
einen Aktuators in der ersten Ebene realisiert. Dadurch wird
das Auftreten eines Fehlers in der Ansteuerung des
mindestens einen Aktuators verhindert. Somit muss nicht auf einen
aufgetretenen Fehler reagiert und die dafür notwendige
Reaktionszeit eliminiert werden. Dies ist, wie beschrieben,
besonders für Anwendungen vorteilhaft, bei denen eine
fehlerhafte Ansteuerung des mindestens einen Aktuators
umgehend zu sicherheitskritischen Auswirkungen bzw. zu Schäden
an der Antriebseinheit führt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Beeinflussung der
wenigstens einen ersten Steuergröße seitens der zweiten
Ebene die wenigstens eine erste Steuergröße unterdrückt
wird. Auf diese Weise kann beim Detektieren von Bedingungen
anhand der mindestens einen ausgewählten Größe in der
zweiten Ebene, die zu einer fehlerhaften Ansteuerung des
mindestens einen Aktuators führen, die Ansteuerung des
mindestens einen Aktuators durch die mindestens eine erste
Steuergröße seitens der zweiten Ebene gesperrt und somit das
Auftreten eines Fehlers verhindert werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die von der zweiten
Ebene beeinflusste, wenigstens eine erste Steuergröße an die
erste Ebene zurückgemeldet wird. Auf diese Weise kann in der
ersten Ebene festgestellt werden, ob die gebildete
mindestens eine erste Steuergröße an eine Endstufe zur
Ansteuerung des mindestens einen Aktuators im wesentlichen
unverändert weitergeleitet oder ausgehend von der zweiten Ebene
beeinflusst wurde. Im zweiten Fall kann in der ersten Ebene
ein Fehler erkannt werden und in Konsequenz darauf
wenigstens eine zweite Steuergröße zur mindestens teilweisen
Abschaltung der Leistung der Antriebseinheit gebildet
werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn durch die wenigstens eine erste
Steuergröße das Öffnen eines Einlass- und/oder eines
Auslassventils mindestens eines Zylinders der Antriebseinheit
gesteuert wird. Eine fehlerhafte Ansteuerung des Einlass-
und/oder Auslassventils kann zu einer Kollision des Einlass-
und/oder Auslassventils mit dem Kolben eines Zylinders
führen. Ein Fehler in der Ansteuerung kann hier umgehend zu
einer sicherheitskritischen Auswirkung bzw. zu Schäden im
Zylinder führen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
verhindert werden können.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die mindestens eine
ausgewählte Größe von einem Kurbelwinkel mindestens eines
Zylinders der Antriebseinheit abgeleitet ist. Auf diese
Weise lässt sich beispielsweise für den Fall, dass die
wenigstens eine erste Steuergröße das Öffnen des Einlass-
und/oder Auslassventils steuert, eine präzise Vorgabe für
diejenigen Kurbelwinkel machen, für die das Einlass-
und/oder das Auslassventil geschlossen sein müssen bzw.
nicht zum Öffnen angesteuert werden dürfen, um eine
Kollision mit dem Kolben des Zylinders zu verhindern.
Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es zeigen
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Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, das gleichzeitig den Ablauf des
erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht und
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Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Teils der
erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine detailliertere
Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In Fig. 1 kennzeichnet 1 eine Antriebseinheit eines
Fahrzeugs, beispielsweise einen Verbrennungsmotor. Dabei umfasst
der Verbrennungsmotor 1 einen oder mehrere Zylinder mit
jeweils einem Einlassventil zur Frischgaszuführung und einem
Auslassventil zur Abgasabführung. Im jeweiligen Zylinder
bewegt sich beim Betrieb ein Kolben, der eine Kurbelwelle
antreibt. Der aktuelle Kurbelwellenwinkel oder Kurbelwinkel
wird von Sensormitteln 55 erfasst. Die Sensormittel 55 geben
einen Wert für den erfassten aktuellen Kurbelwinkel an eine
Vorrichtung 20 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1, die
im folgenden auch als Steuereinheit bezeichnet wird, ab. Die
Steuereinheit 20 umfasst dabei eine erste Ebene 5 und eine
zweite Ebene 15. In der ersten Ebene 5 sind Mittel 25 zur
Bildung mindestens einer ersten Steuergröße zur Steuerung
mindestens eines Aktuators 10 des Verbrennungsmotors 1
vorgesehen. In der zweiten Ebene 15 sind Mittel 30 zur
Überprüfung der korrekten Bildung der wenigstens einen ersten
Steuergröße in der ersten Ebene 5 vorgesehen. Der Wert für
den aktuellen Kurbelwinkel ist sowohl den Mitteln 25 als
auch den Mitteln 30 zugeführt. Den Mitteln 25, die im
Folgenden auch als Funktionseinheit bezeichnet werden, können
weitere Größen zugeführt sein, wie beispielsweise die
Stellung eines Fahrpedals, die Geschwindigkeitsvorgabe eines
Fahrgeschwindigkeitsreglers, u. s. w.. Die Funktionseinheit 25
kann daraus wenigstens eine zweite Steuergröße zur Steuerung
der Leistung des Verbrennungsmotors 1 ableiten. Die
wenigstens eine zweite Steuergröße kann dabei über jeweils
eine Endstufe und einen Aktuator die Kraftstoffeinspritzung,
die Zündung und/oder die Luftzufuhr für mindestens einen
Zylinder des Verbrennungsmotors 1 ansteuern. Entsprechend
können den Mitteln 30, die im Folgenden auch als
Überwachungseinheit bezeichnet werden, die Eingangssignale der
Funktionseinheit 25 ebenfalls zugeführt werden, um eine
Überwachung der Funktionsfähigkeit der Funktionseinheit 25.
zu ermöglichen. Für die Bildung des mindestens einen zweiten
Steuersignals können der Funktionseinheit 25 außerdem
Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors 1 und/oder des Fahrzeugs
zugeführt werden, die von in Fig. 1 nicht dargestellten
Messeinrichtungen erfasst werden. Diese Betriebsgrößen
werden für die Überwachung der Funktionseinheit 25 ebenfalls
der Überwachungseinheit 30 zugeführt. Diese Betriebsgrößen
können beispielsweise die Motortemperatur, den
Umgebungsluftdruck, die Stellung einer elektrisch betätigbaren
Drosselklappe, u. s. w. umfassen. Zu Überwachungszwecken kann
die Überwachungseinheit 30 mit der Funktionseinheit 25
kommunizieren und diese gegebenenfalls zurücksetzen, um im
Fehlerfall die Ansteuerung des Verbrennungsmotors zu
steuern. Die von der Funktionseinheit 25 gebildete
wenigstens eine erste Steuergröße wird auf einen ersten
Eingang 70 eines UND-Gatters 60 geführt. Die
Überwachungseinheit 30 bildet in Abhängigkeit des empfangenen aktuellen
Kurbelwinkels ein Beeinflussungssignal der wenigstens einen
ersten Steuergröße. Das Beeinflussungssignal wird auf einen
zweiten Eingang 75 des UND-Gatters 60 gegeben. Es kann den
Wert Null oder Eins annehmen. Für den Fall, dass das
Beeinflussungssignal den Wert Null annimmt, ist auch das vom UND-
Gatter 60 ausgegebene Signal gleich Null. Für den Fall, dass
das Beeinflussungssignal den Wert Eins annimmt, entspricht
das Ausgangssignal des UND-Gatters der wenigstens einen
ersten Steuergröße. Der Ausgang des UND-Gatters 60 wird auf
die Funktionseinheit 25 zu Auswertezwecken zurückgeführt. Er
wird außerdem einer Endstufe 65 zugeführt, die in
Abhängigkeit der wenigstens einen ersten Steuergröße einen Aktuator
10 zur Einstellung des Öffnungsgrades des Einlass- und/oder
Auslassventils eines entsprechenden Zylinders des
Verbrennungsmotors 1 ansteuert. Für den Fall, dass der Ausgang
des UND-Gatters 60 den Wert Null annimmt, wird der Aktuator
10 über die Endstufe 65 veranlasst, das Einlass- und das
Auslassventil des entsprechenden Zylinders zu schließen, um
eine Kollision mit dem Kolben des Zylinders zu verhindern.
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In Fig. 2 ist die Überwachungseinheit 30 detailliert
dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente
kennzeichnen, wie in Fig. 1. Der von den Sensormitteln 55
abgegebene Wert für den aktuellen Kurbelwinkel wird von
Empfangsmitteln 50 der Überwachungseinheit 30 empfangen und an
Vergleichsmittel 40 abgegeben. Weiterhin umfasst die
Überwachungseinheit 30 Vorgabemittel 45 zur Vorgabe eines
Kurbelwinkelwertes oder eines Kurbelwinkelbereiches. Die
Vorgabemittel 45 können als Speicher ausgebildet sein und sind
ebenfalls mit den Vergleichsmitteln 40 verbunden. Die
Vergleichsmittel 40 vergleichen den empfangenen aktuellen
Kurbelwinkel mit dem vorgegebenen Wert oder Bereich für den
Kurbelwinkel. Das Vergleichsergebnis wird von den
Vergleichsmitteln 40 an Beeinflussungsmittel 35 der
Überwachungseinheit 30 abgegeben, die das beschriebene
Beeinflussungssignal bilden und an den Eingang 75 des UND-Gatters
60 abgeben. Entspricht der aktuelle Wert des Kurbelwinkels
dem vorgegebenen Wert oder liegt er im vorgegebenen Bereich,
so geben die Beeinflussungsmittel 35 als
Beeinflussungssignal den Wert Null an den zweiten Eingang 75 des UND-
Gatters 60 ab. Andernfalls geben die Beeinflussungsmittel 35
als Beeinflussungssignal den Wert Eins an den zweiten
Eingang 75 des UND-Gatters 60 ab.
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Der vorgegebene Kurbelwinkelwert bzw. der vorgegebene
Kurbelwinkelbereich, der in den Vorgabemitteln 45 abgelegt ist,
kann vorteilhafterweise so gewählt sein, dass der Kolben des
entsprechenden Zylinders bei diesem Kurbelwinkel oder in
diesem Kurbelwinkelbereich mit einem geöffneten Einlass-
und/oder Auslassventil kollidieren kann.
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Wenn die Vergleichsmittel 40 einen Wert für einen aktuellen
Kurbelwinkel über die Empfangsmittel 50 von den
Sensormitteln 55 erhalten, der dem vorgegebenen Wert entspricht
oder im vorgegebenen Bereich liegt, dann wird die wenigstens
eine erste Steuergröße mit Hilfe des auf Null gesetzten
Beeinflussungssignal über das UND-Gatter 60 ausgeblendet und
somit ein Öffnen des Einlass- und des Auslassventils und
damit eine Kollision mit dem Kolben des entsprechenden
Zylinders verhindert. Andernfalls wird die Ansteuerung des
Aktuators 10 mit dem von der Funktionseinheit 25 gebildeten
wenigstens einen ersten Steuergröße durch die
Überwachungseinheit 30 nicht durch das Beeinflussungssignal beeinflusst, so
dass der Aktuator 10 über die wenigstens eine erste
Steuergröße angesteuert werden kann.
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Durch die Rückführung des Ausgangssignal des UND-Gatters 60
zur Funktionseinheit 25 kann die Funktionseinheit 25 prüfen,
ob die von ihr abgegebene wenigstens eine erste Steuergröße
von der Überwachungseinheit 30 beeinflusst wurde. Ist dies
der Fall, so erkennt die Funktionseinheit 25 einen
Fehlerfall, der entweder auf einer fehlerhaften Funktion der
Überwachungseinheit 30, einer fehlerhaften Funktion des UND-
Gatters 60 oder einer fehlerhaften Funktion der
Funktionseinheit 25 beruht. Daraufhin kann es vorgesehen sein, dass
die Funktionseinheit 25 wenigstens eine zweite Steuergröße
zur Steuerung der Leistung des Verbrennungsmotors 1 derart
bildet, dass die wenigstens eine zweite Steuergröße eine
mindestens teilweise Abschaltung der Leistung des
Verbrennungsmotors 1 bewirkt. Wenn, wie beschrieben, die wenigstens
eine zweite Steuergröße die Kraftstoffeinspritzung, die
Zündung oder die Luftzufuhr für mindestens einen Zylinder der
Antriebseinheit 1 steuert, so kann für den festgestellten
Fehlerfall beispielsweise die Kraftstoffeinspritzung für
einen Zylinder oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors
1 unterbrochen, die Zündung für einen oder mehrere Zylinder
des Verbrennungsmotors 1 ausgesetzt und/oder die Luftzufuhr
zu einem oder mehreren der Zylinder unterbrochen werden.
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Für den Fall, dass die Funktionseinheit 25 keinen Fehlerfall
detektiert, d. h. eine Übereinstimmung des Ausgangssignals
des UND-Gatters 60 mit der abgegebenen wenigstens einen
ersten Steuergröße feststellt, wird keine solche
Fehlermaßnahme eingeleitet und die wenigstens eine zweite Steuergröße
nicht zur mindestens teilweisen Abschaltung der Leistung des
Verbrennungsmotors 1 verändert.
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Für den oben beschriebenen Fehlerfall kann es vorgesehen
sein, dass die Funktionseinheit 25 mittels der wenigstens
einen zweiten Steuergröße genau denjenigen oder diejenigen
Zylinder des Verbrennungsmotors 1 in der beschriebenen Weise
ausblendet, bei denen eine Beeinflussung der für sie
vorgesehenen jeweiligen mindestens einen ersten Steuergröße
durch die Überwachungseinheit 30 erfolgt. Auf diese Weise
kann der bzw. können die vom jeweiligen Fehlerfall
betroffenen Zylinder ausgeblendet werden.
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Die Funktionseinheit 25 funktioniert bezüglich der
Ansteuerung des Aktuators 10 korrekt, wenn sie nur für solche
aktuell von den Sensormitteln 55 empfangenen Kurbelwinkeln
die wenigstens eine erste Steuergröße bildet, die nicht dem
vorgegebenen Kurbelwinkelwert entsprechen bzw. nicht im
vorgegebenen Kurbelwinkelbereich liegen. Dazu kann die
Funktionseinheit 25 den in Fig. 2 dargestellten Bauelementen
der Überwachungseinheit 30 entsprechende Bauelemente
umfassen, wobei anstelle der Beeinflussungsmittel 35 Mittel
zur Bildung der wenigstens einen ersten Steuergröße
vorzusehen sind, die in Abhängigkeit des
Vergleichsergebnisses wie beschrieben die wenigstens eine
erste Steuergröße bilden oder nicht. Den Mitteln zur Bildung
der wenigstens einen ersten Steuergröße sind natürlich noch
weitere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 1 und/oder
des Fahrzeugs zugeführt, die in Fig. 1 nur angedeutet sind,
aber für die Bildung der wenigstens einen ersten Steuergröße
ebenfalls von Bedeutung sind.
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Zusätzlich zu der hier beschriebenen erfindungsgemäßen
Überwachungstätigkeit kann die Überwachungseinheit 30 die
Funktionseinheit 25 auch in der in der EP 0 788 581 B1
beschriebenen Weise in einem System mit elektrisch betätigbarer
Drosselklappe überwachen, wobei diese elektrisch betätigbare
Drosselklappe ebenfalls von der Funktionseinheit 25
angesteuert werden kann.
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Die Funktionseinheit 25 und die Überwachungseinheit 30
können mittels verschiedenen Recheneinheiten oder
Prozessoren realisiert sein. Die Funktionseinheit 25 und die
Überwachungseinheit 30 können aber auch in der selben
Recheneinheit bzw. im selben Prozessor realisiert sein. Es kann auch
vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Funktionen der
Überwachungseinheit 30 in der Recheneinheit der
Funktionseinheit 25 realisiert ist und der restliche Teil in einem
eigenen Prozessor bzw. in einer eigenen Recheneinheit.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann dem Auftreten potentieller Fehler bei
der Bildung der wenigstens einen ersten Steuergröße durch
das Beeinflussungssignal vorgebeugt werden, so dass nicht
erst auf das Eintreten eines Fehlers reagiert und die dafür
erforderliche Reaktionszeit abgewartet werden muss. Liegt
eine Situation vor, in der ein Fehler auftreten kann, im
beschriebenen Beispiel ein vorgegebener Wert bzw. ein
vorgegebener Bereich für den Kurbelwinkel, dann kann die
Überwachungseinheit 30 wie beschrieben die Ansteuerung des
entsprechenden Aktuators 10 sperren. Damit wird eine
unzulässige Ansteuerung des Aktuators 10 über die Endstufe 65
durch einen möglicherweise fehlerhaften Betrieb der
Funktionseinheit 25 verhindert.
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Zusätzlich kann die Überwachungseinheit 30 mittels
gegenseitiger Kommunikation mit der Funktionseinheit 25 die
Funktionsfähigkeit der Funktionseinheit 25 überprüfen. Dies kann
wie in der EP 0 788 581 B1 beschrieben erfolgen. Sollte über
den Kommunikationspfad zwischen der Überwachungseinheit 30
und der Funktionseinheit 25 ein Fehler festgestellt werden,
so kann die Ansteuerung des Aktuators 10 über die Endstufe
65 unabhängig von den von den Sensormitteln 55 gelieferten
Werten für den Kurbelwinkel gesperrt werden, wie dies
ebenfalls aus der EP 0788 581 B1 hervorgeht. Bezüglich des
beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens gibt die
Überwachungseinheit 30 letztlich vor, zu welchen Zeiten die
Funktionseinheit 25 den Aktuator 10 über die Endstufe 65
ansteuern darf. Der dazu erforderliche Aufwand an
Rechenleistung ist vergleichsweise gering für den Fall, dass die
Überwachungseinheit 30 auch, wie oben beschrieben, eine
Überwachung der Leistungssteuerung des Verbrennungsmotors 1
durch die Funktionseinheit 25 durchführt.
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Eine Überprüfung der korrekten Bildung der wenigstens einen
ersten Steuergröße durch die Funktionseinheit 25 wird also
von der Überwachungseinheit 30 ausgehend vom empfangenen
Wert für den aktuellen Kurbelwinkel dadurch realisiert, dass
die Ansteuerung des Aktuators 10 über die Endstufe 65
mittels der wenigstens einen ersten Steuergröße für den Fall
unterbrochen wird, in dem der Wert für den aktuellen
Kurbelwinkel dem vorgegebenen Wert entspricht oder im vorgegebenen
Bereich liegt.
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Die Erfindung wurde beispielhaft für die Ansteuerung eines
Aktuators für die Ansteuerung der Öffnung eines Einlass- und
eines Auslassventils eines Zylinders des Verbrennungsmotors
1 beschrieben. Entsprechend kann die Ansteuerung für jeden
weiteren Zylinder bzw. jeden beliebigen Aktuator des
Verbrennungsmotors 1 realisiert sein.