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Stand der
Technik
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Die Endung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrauchers.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines Piezo-Aktors
ist aus der
DE 100 33 343 bekannt.
Dort übermittelt
eine Steuereinheit ein Steuersignal an eine Endstufe. Die Endstufe
meldet ein Rückmeldesignal
an die Steuereinheit zurück.
Die Steuereinheit berechnet ausgehend von verschiedenen Größen, wie
beispielsweise der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Zeitpunkt,
bei dem die Kraftstoffmenge einzuspritzen ist, das Steuersignal.
Dieses Steuersignal bestimmt den Zeitpunkt, ab dem der Piezo-Aktor
geladen bzw. entladen wird. Die Spannung, die an dem Piezoaktor
anliegt, wird üblicherweise
erfasst und mit einem Sollwert verglichen. Solang dieser Sollwert
nicht erreicht wird, d. h. der Piezo-Aktor geladen bzw. entladen
wird, wird dies über das
Rückmeldesignal
an die Steuereinheit zurückgemeldet.
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Treten bei der Signalübertragung
und/oder der Signalverarbeitung zwischen der Steuereinheit und dem
Piezo-Aktor Fehler bei der Übertragung oder
der Verarbeitung auf, so kann dies dazu führen, dass eine erhöhte oder
verminderte Kraftstoffmenge zugemessen wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Dadurch, dass bei einer Vorrichtuing
und einem Verfahren zur Steuerung eines Verbrauchers, ausgehend
von dem Vergleich des Steuersignals und des Rückmeldesignals ein Fehler erkannt
wird, können
Fehler zwischen der Steuereinheit und dem Piezo-Aktor sicher erkannt
werden. Dabei sind keine weiteren Bauelemente, insbesondere Sensoren,
erforderlich. Vorzugsweise wird auf Fehler erkannt, wenn das Rückmeldesignal
und das Steuersignal nicht miteinander korreliert sind.
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Vorzugsweise zeigt ein erstes Rückmeldesignal
an, dass der Verbraucher geladen wird und/oder dass ein zweites
Rückmeldesignal
zeigt an, dass der Verbraucher entladen wird. Liegt das Rückmeldesignal
vor, so entspricht die Spannung an dem Verbraucher nicht dem vorgegebenen
Wert. Das heißt
der Verbraucher hat nach Änderung
des Steuersignal und/oder nach der Änderung des Sollwerts der Spannung
noch nicht den neuen Wert erreicht, der dem geänderten Zustand entspricht.
Die Verwendung eines solchen Rückmeldesignals
ist vorteilhaft, da auftretende Fehler einen verzögerten und/oder
beschleunigten Ladevorgang und/oder Entladevorgang zur Folge haben.
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Das Verfahren ist auf beliebige Ladevorgänge und/oder
Entladevorgänge
anwendbar. Stimmt der Abstand zwischen zwei beliebigen Steuersignalen
nicht mit dem Abstand der entsprechenden Rückmeldesignale überein,
so ist von einem Fehler auszugehen.
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Eine besonders einfache und sichere Überwachung
ergibt sich, wenn eine Einspritzung betrachtet wird, dass heißt es wird
auf Fehler erkannt, wenn der Abstand zwischen dem ersten Steuersignal das
Beginn eines Ladevorgangs charakterisiert und dein zweites Steuersignal
den Beginn des Entladevorgangs der selben Einspritzung charakterisiert
mit den entsprechenden Rückmeldesignalen
verglichen wird.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
einer Zeichnung dargestellt in Ausführungsform erläutert.
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1 zeigt
die wesentlichen Elemente einer Vorrichtung zur Steuerung des Verbrauchers.
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2 zeigt
verschiedene über
der Zeit aufgetragene Signale und
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3 zeigt
ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
1 ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
anhand eines Blockdiagramms dargestellt. Eine ähnliche Einrichtung ist in
der
DE 100 33 343 beschrieben.
Eine Steuereinheit
100, die beim Stand der Technik auch
als Steuerrechner D bezeichnet ist, beaufschlagt eine Endstufensteuerung
110 mit
diversen Signalen. Dies sind u. a. ein Signal US, das die gewünschte Spannung,
die am Piezo-Aktor anliegen soll, charakterisiert, sowie ein Steuersignal
S, das insbesondere den Beginn des Ladevorgangs und/oder den Beginn
des Entladevorganges charakterisiert. Die Endstufensteuerung
110 wird
beim Stand der Technik auch als Ansteuer -IC bezeichnet. Die Endstufensteuerung
110 beaufschlagt
wiederum die Steuereinheit
100 mit einem Rückmeldesignal
R. Dieses Rückmeldesignal
R liegt vor, wenn der Piezo-Aktor geladen bzw. entladen wird. Dieses
Signal R liegt vorzugsweise vor, wenn die tatsächliche Spannung UI am Piezo-Aktor
ungleich der Sollspannung US ist.
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Die Endstufensteuerung 110 beaufschlagt wiederum
die Endstufenschaltung 120 mit Signalen. Diese Endstufenschaltung
entspricht im Wesentlichen den in 2 des
Standes der Technik mit A bezeichneten Elementen. Die Endstufenschaltung 120 beaufschlagt
den eigentlichen Piezo-Aktor 130 mit Spannung.
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Die an dem Piezo-Aktor 130 anliegende Spannung
UI wird erfasst und von der Endstufensteuerung 110 ausgewertet
und zur Steuereinheit 100 zurückgemeldet. Die Endstufensteuerung
beinhaltet neben weiteren Elementen einen Komparator 115,
dem der Sollwert US und der Istwert UI der Spannung am Piezo-Aktor
zugeleitet wird.
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Die Funktionsweise dieser Einrichtung
wird im Folgenden anhand der in 2 aufgetragenen
Signale beschrieben. In 2a ist
die Spannung U, die am Piezo-Aktor anliegt, aufgetragen. In 2b ist das Rückmeldesignal
R, das von der Endstufensteuerung 110 an die Steuereinheit 100 zurückgemeldet wird,
aufgetragen. In 2c ist
das Steuersignal S, mit dem die Steuereinheit 100 die Endstufenstufensteuerung 110 beaufschlagt,
aufgetragen.
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Die Steuereinheit 100 bzw.
eine nicht dargestellte Motorsteuereinheit berechnet ausgehend von verschiedenen
Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine und weiteren Größen den Beginn und/oder die
Dauer für
die Einspritzung. Ausgehend von dein gewünschten Beginn der Einspritzung,
die vorzugsweise bei einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle
und/oder zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgen soll und der Dauer
der Einspritzung, die einem bestimmten Winkelbereich oder einer
bestimmten Zeitdauer entspricht, ermittelt die Steuereinheit 100 das
Steuersignal S.
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Ein erstes Steuersignal S1 definiert
den Beginn des Ladevorgangs, und ein zweites Signal S2 definiert
den Beginn des Entladevorgangs. Dies bedeutet, zum Zeitpunkt T1
liegt das erste Signal S1 vor, das den Ladevorgang initialisiert.
Nach einer konstanten Verzögerungszeit
setzt der Ladevorgang des Piezo-Aktors ein. Dieser wird durch die
Endstufensteuerung in Verbindung mit der Endstufenschaltung 120 durchgeführt. Dies
bedeutet, ab dem Zeitpunkt T2 steigt die Spannung U am Piezo-Aktor
an. Ab diesem Zeitpunkt, bei dem der Ladevorgang beginnt, startet
ein erstes Rückmeldesignal
R1, das den Ladevorgang charakterisiert. Das erste Steuersignal S1
legt lediglich den Beginn des Ladevorganges fest. Die Dauer des
ersten Steuersignals S1 ist in erster Näherung beliebig, d. h. es endet
in der Regel bereits vor dem Ende des ersten Rückmeldesignals.
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Der Komparator 115 vergleicht
die Spannung UI, die am Piezo-Aktor anliegt, mit der Sollspannung
US, die von der Steuereinheit 100 vorgegeben wird. Ist
die Soll-Spannung US erreicht, wird der Ladevorgang beendet, und
das erste Rückmeldesignal R1
entfällt.
Dies ist zum Zeitpunkt T3 der Fall.
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Das erste Rückmeldesignal R1 entspricht dem
Zeitraum, während
dem der Piezo-Aktor geladen wird, das heißt es gibt die Dauer des Ladevorgang. Üblicherweise
weichen die Sollspannung und die Istspannung voneinander ab solange
das Rückmeldesignal
R1 anliegt.
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Ist das Ansteuerende erreicht bzw.
die Ansteuerdauer überschritten,
so wird das zweite Steuersignal S2 zum Zeitpunkt T4 aktiv. Nach
einer konstanten Verzögerungszeit
beginnt der Entladevorgang, d. h. ab dem Zeitpunkt T5 fällt die
Spannung ab und das zweite Rückmeldesignal
R2 wird aktiv. Zum Zeitpunkt T6 ist der Entladevorgang beendet,
d. h. die Spannung ist wieder auf ihren Ausgangswert abgefallen
und das zweite Rückmeldesignal
endet.
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Das zweite Rückmeldesignal R2 entspricht dem
Zeitraum, während
dem der Piezo-Aktor entladen wird, das heißt es gibt die Dauer des Entladevorgang. Üblicherweise
weichen die Sollspannung und die Istspannung voneinander ab solange
das Rückmeldesignal
R2 anliegt.
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Die Ansteuerdauer entspricht dabei
dein Abstand zwischen dem Beginn des Steuersignals S1 zum Zeitpunkt
T1 und dem Beginn des Steuersignals S2 zum Zeitpunkt T4. Da die
Verzögerungszeit
zwischen dem Beginn des Steuersignals und dem Beginn des Lade- bzw. Entladevorgangs
konstant ist, entspricht die Ansteuerdauer dem Zeitabstand zwischen
dem Beginn des Rückmeldesignals
R1 Zeitpunkt T2 und dem Beginn des Rückmeldesignals R2 zum Zeitpunkt
T5.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass von der
Steuereinheit 100 die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt
T2 und T4, d. h. zwischen dein Beginn der Ausgabe der beiden Steuersignale
ermittelt und abspeichert. Des Weiteren wird der Abstand zwischen dem
Beginn der beiden Rückmeldesignale
R1 und R2 ebenfalls von der Steuereinheit 100 erfasst.
Bei einem ordnungsgemäßen Betrieb
der Einrichtung müssen
diese beiden Zeitdauern nahezu gleich sein. Ist dies der Fall, wird
von einem fehlerfreien Zustand ausgegangen. Ist dies nicht der Fall,
so wird von einem Fehler im Bereich zwischen der Steuereinheit 100 und
dem Piezo-Aktor ausgegangen und entsprechende Maßnahmen eingeleitet.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ausgehend
von dem Vergleich eines die Steuersignale charakterisierenden Größe und des
Rückmeldesignals
auf Fehler erkannt wird. Dabei zeigt das Rückmeldesignal an, ob der Verbraucher
geladen und/oder entladen wird. Dies bedeutet, das Rückmeldesignal
liegt vor, wenn die Spannung an dem Verbraucher nicht dem vorgegebenen
Wert entspricht. Das Steuersignal legt den Beginn des Ladevorgangs und/oder
den Beginn des Entladevorgangs fest. Der Fehler wird insbesondere
dann erkannt, wenn die Abstände
zwischen dem Beginn der beiden Rückmeldesignale
und dem Beginn der beiden Steuersignale voneinander wesentlich abweichen.
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Ausgehend von der in der Steuereinheit 100 bekannten
Dauer Ansteuerung, die dem Abstand des Beginns der beiden Steuersignale
entspricht, wird ein erwarteter Wert für den Abstand der beiden Rückmeldesignale
vorgegeben. Entspricht das rückgemeldete
Signal nicht dieser Vorgabe, so erkennt die Einrichtung auf Fehler.
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Ist die Ansteuerdauer derart definiert,
dass sie dem Abstand zwischen den Zeitpunkten T1 und T6 entspricht,
so sind die Entladezeit und der Abstand T1, T2 entsprechend zu Brücksichtigen.
Bei einem Vergleich der Ansteuerdauer mit dem Rückmeldesignal ist die Ansteuerdauer
mit dem Abstand zwischen dein Beginn des Signals R1 und dem Ende des
Signals R2 zu vergleichen. Bei einem Vergleich der Ansteuerdauer
mit dem Abstand zwischen dem Beginn des Signals R1 und dem Beginn
des Signals R2 ist die Ansteuerdauer vor dem Vergleich entsprechend
zu korrigieren.
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Die Vorgehensweise ist nicht darauf
beschränkt,
dass die Überwachung
zwischen einem Lade- und Entladevorgang erfolgt. Sie kann zwischen beliebigen
Lade- und/oder Entladevorgängen
erfolgen. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass der Abstand
zwischen zwei Ladevorgängen und/oder
zwischen zwei Entladevorgängen
zwischen zwei beliebigen Einspritzungen erfolgt. Ein Fehler wird
erkannt, wenn der Abstand zweier Rückmeldesignale wesentlich von
dem Abstand der beiden entsprechenden Rückmeldesignale abweichen.
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Erfindungsgemäß wird das rückgemeldete Signal
R mit einem aus der Ansteuerdauer abgeleiteten Größe verglichen.
Weichen diese voneinander ab, so erkennt die Einrichtung auf Fehler.
D. h. es folgt eine Plausibilisierung der Ansteuerdauer mit einem
Rückmeldesignal
der Endstufe.
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In 3 ist
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
an einem Flussdiagramm dargestellt. In einem ersten Schritt 300
erfolgt eine Abfrage dahingehend, ob die erfindungsgemäße Fehlerüberwachung
möglich
ist. Dadurch wird ausgeschlossen, dass die Überprüfung durchgeführt wird,
obwohl bereits ein anderen Fehler vorliegt. Bzw. es wird verhindert,
dass eine Fehlerüberwachung
durchgeführt wird,
wenn Zustände
vorliegen, in denen die Fehlerüberwachung
auch bei ordnungsgemäßem Betrieb Fehler
erkennen würde.
Solche Betriebszustände,
in denen keine Fehlerüberwachung
durchgeführt
wird, liegen insbesondere dann vor, wenn die Endstufensteuerung 110 eine Ansteuerung
nicht ausführt.
Ferner erfolgt die Überwachung
nicht, wenn der Endstufensteuerung 110 bzw. die Endstufenschaltung 120 einen
Fehler im Ansteuerpfad des Piezo-Aktors erkennt. Des Weiteren wird
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
nicht angewandt, wenn fehlerhafte, d. h. zu lange und/oder zu kurze
Ladezeiten und/oder Entladezeiten erkannt werden. Solche fehlerhaften zu
lange oder zu kurze Lade- und/oder Entladezeiten bewirken zu lange
und/oder zu kurze Rückmeldesignale
R1 oder R2.
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Liegt kein solcher Zustand vor, so
wird im Schritt 310 von der Steuereinheit l 00 das Steuersignal
S vorgegeben. Im Schritt 320 wird die Ansteuerdauer DS ermittelt.
Diese entspricht insbesondere dem Abstand zwischen dem Beginn des
ersten Steuersignals und dem Beginn des zweiten Steuersignals S2,
d. h. dem Abstand zwischen den Zeitpunkten T2 und T4. Alternativ
kann auch eine andere Größe, die diese
Ansteuerdauer charakterisiert wie beispielsweise die einzuspritzende
Kraftstoffmenge herangezogen werden. Im nächsten Schritt 330 erfolgt
die Ansteuerung des Piezo-Aktors, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt der Ladevorgang, das Halten der Spannung und der Entladevorgang.
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Im Schritt 340 wird dann das Rückmeldesignal
R1 und R2 an die Steuereinheit zurückgemeldet. Diese berechnet
in Schritt 350 die Dauer DR des Rückmeldesignals. Vorzugsweise
wird hier der Abstand zwischen dem Beginn des ersten Rückmeldesignals
R1 zum Zeitpunkt T2 und dem Beginn des zweiten Rückmeldesignal R2 zum Zeitpunkt
T5 verwendet.
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Im anschließenden Schritt 360 wird dann
Abweichung A zwischen den beiden Dauern DS und DR bestimmt. Hierbei
wird vorzugsweise der Betrag der Differenz der beiden Größen DS und
DR verwendet. Die sich anschließende
Abfrage 370 prüft,
ob diese Abweichung A kleiner als ein zulässiger Wert E ist. Ist dies
der Fall, so erkennt die Einrichtung in Schritt 380 auf fehlerfreien
Zustand. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 390 auf Fehler
erkannt. Bei einem entsprechend erkannten Fehler werden entsprechende Notmaßnahmen
eingeleitet, beispielsweise kann vorgesehen sein, dass alle Piezo-Aktoren
entladen werden. Ferner kann alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass
durch weitere Maßnahmen
und Schaltungselemente die Aktoren entladen werden. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn zusätzlich
oder alternativ der erkannte Fehler gespeichert und/oder dem Fahrer
angezeigt wird.