DE10321229A1

DE10321229A1 - Gegenkontrollierende Prozessoren für Antriebsstrangsteuerungssysteme, die eine dedizierte serielle Datenleitung verwenden

Info

Publication number: DE10321229A1
Application number: DE10321229A
Authority: DE
Inventors: Kerfegar Khurshed Katrak; Paul Alan Bauerle; Bruce A Rogers; James L Worthing; Mark Henry Costin; Robert J Schaller; James T Purcell; Timothy John Hartrey; Patrick J O'leary
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: DE10321229B4; US20030216848A1; US7269491B2

Abstract

Ein Motor-Managment-System für ein Fahrzeug enthält Motor- und Getriebesteuerungsmodule, die mit einem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden sind. Ein dedizierter serieller Datenbus ist mit dem Getriebesteuerungsmodul und dem Motorsteuerungsmodul verbunden. Die Motor- und Getriebesteuerungsmodule führen über den dedizierten Datenbus Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen aus. Bei einem alternativen Antriebsstrang-Managment-System sind Motor- und Getriebesetuerungsmodule mit einem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Steuerungssysteme für Fahrzeuge, und insbesondere Antriebsstrangsteuerungssysteme für Fahrzeuge.
Fahrer steuern die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Lastkraftwagens oder eines Personenkraftwagens, durch Regulieren eines Gaspedals. Mechanische Gestänge und Ventile steuern auf der Grundlage der Position des Gaspedals den Strom der Luft und des Kraftstoffs zum Motor. Wenn der Fahrer das Gaspedal nach unten drückt, verändert sich der Strom der Luft und des Kraftstoffs zu den Zylindern, um die Motordrehzahl zu erhöhen.
Elektronische Drosselklappensteuerungs-(ETC-)Systeme ersetzen die mechanischen Gaspedalbaugruppen, die gegenwärtig in Fahrzeugen verwendet werden. ETC-Systeme enthalten einen oder mehrere Gaspedalpositionssensoren, einen ETC-Steuerungsalgorithmus und eine Steuerungseinrichtung, wie beispielsweise die Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerungseinrichtungen. ETC-Systeme verbessern das Antriebsstrang-Management, während die Herstellungskosten, die mit mechanischen Pedalsystemen verbunden sind, reduziert werden. ETC- Sensoren eliminieren die mechanischen Gestänge und Ventile, die zur Verbindung des Gaspedals mit dem Drosselklappenkorpus verwendet werden. ETC-Sensoren erfassen die Position des Gaspedals und senden elektronische Signale an die Steuerungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung verwendet das Drosselklappensteuerungssignal als eine Grundlage (neben anderen) für die Steuerung verschiedener Aspekte des Antriebsstrangs, wie beispielsweise die Einstellung des Luft-/Kraftstoffstroms zum Motor, Schalten des Getriebes etc. Bei Fahrzeugen mit ETC- Systemen steuert der Fahrer den Motor und den Antriebsstrang indirekt durch die Steuerungseinrichtung.
ETC-Systeme können ebenfalls die Motordrehzahl mit dem Schalten des Getriebes koordinieren. Direkte mechanische Systeme schalten häufig unter Hochlastbedingungen, was die Lebensdauer des Getriebes herabsetzen kann. Bei ETC-Systemen vermindert die Antriebsstrangsteuerungseinrichtung die Drosselklappe, schaltet und erweitert dann die Drosselklappe. Diese Schaltmethode kann die Lebensdauer des Getriebes erhöhen.
ETC weist auch andere Vorteile auf. Da der Fahrer die Drosselklappe nicht mehr direkt steuert, kann die Antriebsstrangsteuerungseinrichtung Emissionen reduzieren und die Kraftstoffeffizienz erhöhen. Des Weiteren können die Drosselklappeneinstellungen elektronisch modifiziert werden, um Geschwindigkeits- und Traktionssteuerungsfunktionen bereitzustellen.
Fahrzeuge, die mit ETC-Systemen ausgestattet sind, sind zur Vorbeugung von Fehlfunktionen ausgelegt. Zu diesem Zweck stellen diese Fahrzeuge normalerweise Redundanz bereit und führen periodische Borddiagnoseprüfungen aus. Einige Fahrzeuge steuern das Antriebsstrangdrehmoment über einen oder mehrere Algorithmen, die das sicherheitskritische Drehmoment des Antriebsstrangs überprüfen. Diese Algorithmen werden von einem Motorsteuerungsmodul ausgeführt, das üblicherweise einen Hauptprozessor und einen Motorsteuerungsprozessor enthält. Bei Fahrzeugen, die kein Getriebesteuerungsmodul aufweisen, enthält ein Leistungssteuerungsmodul üblicherweise den Hauptprozessor und den Motorsteuerungsprozessor.
Die Haupt- und Motorsteuerungsprozessoren berechnen redundant die ETC-Sicherheitsalgorithmen und überprüfen das sicherheitskritische Drehmoment des Antriebsstrangs auf Gültigkeit. Es kann sein, dass bei zukünftigen Anwendungen die ETC-Algorithmen nicht für die Antriebsstrangdrehmomentsteuerung zuständig sein werden. Zu den Beispielen, bei welchen ETC-Algorithmen nicht für die Steuerung des Antriebsstrangdrehmoments zuständig sind, gehören koordinierte Drehmomentsteuerung, stufenlose Getriebe und andere Antriebsstrangdrehmomentwandler. Bei diesen Systemen ist es wesentlich, eine Antriebsstrangarchitektur und Steuerungsalgorithmen zu entwickeln, die die Antriebsstrangdrehmomentanforderungen validieren.
Ein erfindungsgemäßes Motor-Management-System für ein Fahrzeug enthält einen Fahrzeugdatenbus. Ein Motorsteuerungsmodul ist mit dem Fahrzeugdatenbus verbunden. Ein Getriebesteuerungsmodul ist mit dem Fahrzeugdatenbus verbunden. Ein dedizierter Datenbus verbindet das Getriebesteuerungsmodul mit dem Motorsteuerungsmodul.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der Fahrzeugdatenbus ein serieller Datenbus. Der dedizierte Datenbus ist ebenfalls ein serieller Datenbus. Ein elektronischer Drosselklappensteuerungssensor ist mit dem Motorsteuerungsmodul verbunden. Das Motorsteuerungsmodul und das Getriebesteuerungsmodul führen die Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen über den dedizierten Datenbus aus.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Motor-Management- System für ein Fahrzeug enthält einen Fahrzeugdatenbus. Ein Motorsteuerungsmodul ist mit dem Fahrzeugdatenbus verbunden und enthält ein Hauptmodul und ein Überwachungsmodul. Ein Getriebesteuerungsmodul ist mit dem Fahrzeugdatenbus verbunden. Ein dedizierter Datenbus verbindet das Hauptmodul mit dem Überwachungsmodul.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der Fahrzeugdatenbus ein serieller Datenbus. Der dedizierte Datenbus ist ein serieller Datenbus. Ein elektronischer Drosselklappensteuerungssensor ist mit dem Motorsteuerungsmodul verbunden. Das Hauptmodul und das Überwachungsmodul führen die Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen über den dedizierten Datenbus aus.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung, die nachstehend gegeben wird, ersichtlich. Es sollte davon ausgegangen werden, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, nur für Erklärungszwecke und nicht für die Begrenzung des Umfangs der Erfindung bestimmt sind.
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich werden, wobei:
Fig. 1 ein Motorsteuerungsmodul darstellt, das einen Hauptprozessor, einen Motorsteuerungsprozessor und einen Datenbus gemäß dem Stand der Technik enthält;
Fig. 2 ein Motorsteuerungsmodul darstellt, das einen Hauptprozessor, einen Überwachungsprozessor und einen Datenbus gemäß dem Stand der Technik enthält;
Fig. 3 ein Antriebsstrang-Management-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, welches ein Motorsteuerungsmodul, ein Getriebesteuerungsmodul, einen seriellen Fahrzeugdatenbus und einen dedizierten seriellen Datenbus enthält; und
Fig. 4 das Antriebsstrang-Management-System aus Fig. 3 detaillierter darstellt.
Die folgende Beschreibung des (der) bevorzugten Ausführungsbeispiels (Ausführungsbeispiele) hat ausschließlich beispielhaften Charakter und beabsichtigt in keiner Weise, die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
Es wird jetzt auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein erstes beispielhaftes Motor-Management-System gemäß dem Stand der Technik enthält ein Motorsteuerungsmodul 12 mit einem Hauptprozessor 14 und einem Motorsteuerungsprozessor 16. Der Hauptprozessor 14 ist über einen Datenbus 18 mit dem Motorsteuerungsprozessor 16 verbunden. Der Datenbus 18 ist üblicherweise ein serieller Datenbus. Sowohl der Hauptprozessor 14 als auch der Motorsteuerungsprozessor 16 führen redundante Pedal-Drosselklappen- und Prozessorintegritätsprüfungen aus. Das Motor-Management-System kann optional ein Getriebesteuerungsmodul (nicht dargestellt) enthalten, das mit dem Datenbus 18 verbunden ist.
Es wird jetzt auf Fig. 2 Bezug genommen. Ein zweites beispielhaftes Motor-Management-System gemäß dem Stand der Technik enthält ein Motorsteuerungsmodul 22 mit einem Hauptprozessor 24 und einen Überwachungsprozessor 28. Der Hauptprozessor 24 ist über einen Datenbus 30 mit dem Überwachungsprozessor 28 verbunden. Der Datenbus 30 ist üblicherweise ein serieller Datenbus. Der Hauptprozessor 24 führt Prozessorintegritätsprüfungen aus und kann unter Verwendung eines oder mehrerer Prozessoren implementiert sein. Der Überwachungsprozessor 28 führt ebenfalls Prozessorintegritätsprüfungen aus.
Es kann sein, dass bei zukünftigen Anwendungen die Algorithmen für die elektrische Drosselklappensteuerung nicht für die Antriebsstrangdrehmomentsteuerung zuständig sein werden. Die vorliegende Erfindung stellt eine Antriebsstrangarchitektur und Algorithmen bereit, die die Integrität der Antriebsstrangdrehmomentanforderungen überprüfen. Zur Gewährleistung der Integrität des Antriebsstrangdrehmoments sollten das Motorsteuerungsmodul und das Getriebesteuerungsmodul einander gegenseitig auf Prozessorvalidität und -integrität kontrollieren.
Die Gegenkontrolle auf Prozessorvalidität und -integrität muss auf einem dedizierten Datenbus erfolgen, weil der primäre Antriebsstrangdatenbus gemeinsam mit anderen Fahrzeugsteuerungssystemen benutzt wird. Daher ist der primäre Antriebsstrangdatenbus nicht in der Lage, die notwendige Sicherheitsfunktionalität bereitzustellen und den Zeitkriterien für Sicherheitsfunktionen zu entsprechen. Für Anwendungen, die kein Getriebesteuerungsmodul (wie beispielsweise Fahrzeuge mit manuellem oder Handschaltgetriebe) enthalten, kann eine ähnliche Methode mit dem Prozessor in dem Motorsteuerungsmodul eingesetzt werden. Der redundante Prozessor wird für die Gegenkontrolle in dem Prozessor verwendet, um die Prozessorvalidität und -integrität zu bestätigen.
Es wird jetzt auf Fig. 3 Bezug genommen. Es ist ein erstes Antriebsstrang-Management-System 50 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, das ein Motorsteuerungsmodul 52 und ein Getriebesteuerungsmodul 54 enthält. Das Motorsteuerungsmodul 52 ist über einen seriellen Fahrzeugdatenbus 58 mit dem Getriebesteuerungsmodul 54 verbunden. Außerdem ist das Motorsteuerungsmodul 52 über einen dedizierten seriellen Datenbus 60 mit dem Getriebesteuerungsmodul 54 verbunden. Ein Drosselklappensensor ist entweder mit dem Motorsteuerungsmodul 52, mit dem seriellen Fahrzeugdatenbus 58 oder mit einem durch das Motorsteuerungsmodul zugreifbaren anderen Datenpfad verbunden.
Es wird jetzt auf Fig. 4 Bezug genommen. Das Motorsteuerungsmodul 52 enthält einen oder mehrere Prozessoren 70, Speicher 72 [wie beispielsweise einen Read Only Memory (ROM), einen Random Access Memory (RAM), einen Flash-Speicher oder einen anderen geeigneten elektronischen Speicher] und eine Eingabe-/Ausgabe(I/O)-Schnittstelle 74. Ein Drosselklappensensor 62 ist mit der I/O-Schnittstelle 74 verbunden. Die Prozessoren führen die konventionellen Motorsteuerungsalgorithmen 76 aus. Der (die) Prozessor(en) 70 führt (führen) über den externen dedizierten seriellen Datenbus 60 und/oder den seriellen Fahrzeugdatenbus 58 ebenfalls Prozessorintegritätsprüfungen aus.
Das Getriebesteuerungsmodul 54 enthält ebenfalls einen oder mehrere Prozessoren 80, Speicher 82 (wie beispielsweise ROM, RAM, Flash-Speicher oder einen anderen geeigneten elektronischen Speicher) und eine (I/O)-Schnittstelle 84. Der (die) Prozessor(en) 80 führt (führen) die konventionellen Getriebesteuerungsalgorithmen 86 aus. Der (die) Prozessor(en) 80 führt (führen) über den seriellen Fahrzeugdatenbus 58 und/oder den dedizierten seriellen Datenbus 60 Prozessorintegritätsprüfungen aus. Wie Fachleute erkennen können, ist der dedizierte serielle Datenbus 60 in der Lage, die erforderliche Sicherheitsfunktionalität bereitzustellen, während er den Zeitanforderungen für die Kommunikationsverbindung gerecht wird.
Prozessorvaliditätsprüfungen beinhalten Startwert- und Schlüssel-Prüfungen. Das Getriebesteuerungsmodul 54 sendet über den Kommunikationskanal einen Startwert (einen Wert oder einen Satz von Werten) an das Motorsteuerungsmodul 52. Das Motorsteuerungsmodul 52 verwendet den (die) Startwert(e) als eine Eingabe für eine Berechnung oder eine Folge von Berechnungen, welche den Schlüssel ergeben. Der Schlüssel wird dann wieder über den Kommunikationskanal an das Getriebesteuerungsmodul 54 gesendet, welches verifiziert, dass der Schlüssel der erwartete Wert ist. Das Getriebesteuerungsmodul 54 führt eine Abhilfemaßnahme aus, wenn der Schlüssel nicht dem erwarteten Wert entspricht.
Es können ebenfalls Korrelationsprüfungen ausgeführt werden. Sowohl in dem Getriebesteuerungsmodul 54 als auch in dem Motorsteuerungsmodul 52 werden ähnliche Berechnungen ausgeführt. Beide Ergebnisse dieser Berechnungen werden über den Kommunikationskanal verglichen. Wenn die zwei Prozessoren nicht übereinstimmen, wird eine Abhilfemaßnahme ausgeführt. Der Schwellwert für die Entscheidung, dass eine Nichtübereinstimmung (oder ein Mangel an Korrelation) vorliegt, kann ungleich Null sein, da das Getriebesteuerungsmodul 54 und das Motorsteuerungsmodul 52 unterschiedliche Eingangsdaten für den Test verwenden können (wenn beispielsweise jeder Prozessor separate A/D- Leseoperationen desselben Sensors verwendet), oder ein Prozessor (normalerweise das Getriebesteuerungsmodul 54) eine einfachere Berechnung verwenden oder die Berechnung bei einer geringeren Geschwindigkeit ausführen kann.
Es können ebenfalls Prozessorpräsenzprüfungen ausgeführt werden. Das Getriebesteuerungsmodul 54 überwacht, um festzustellen, ob eine Nachricht von dem Motorsteuerungsmodul 52 bei einer vorherbestimmten Häufigkeit empfangen wird. Es können umlaufende Zähler verwendet werden. Diese ähneln den Prozessorpräsenzprüfungen, mit Ausnahme dessen, dass die Nachricht, die an das Getriebesteuerungsmodul 54 gesendet wird, jede Nachricht vorwärts- oder rückwärts zählt. Prozessorpräsenzprüfungen und umlaufende Zähler benötigen keine Nachricht, die von dem Getriebesteuerungsmodul 54 an das Motorsteuerungsmodul 52 gesendet wird. Fachleuten wird klar sein, dass die jeweiligen Rollen der Motor- und Getriebesteuerungsmodule 52 und 54 in der obigen Beschreibung umgekehrt werden können, und dass andere Prozessor- und Validitätsprüfungen ausgeführt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Ein Motor-Management-System für ein Fahrzeug enthält Motor- und Getriebesteuerungsmodule, die mit einem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden sind. Ein dedizierter serieller Datenbus ist mit dem Getriebesteuerungsmodul und dem Motorsteuerungsmodul verbunden. Die Motor- und Getriebesteuerungsmodule führen über den dedizierten Datenbus Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen aus. Bei einem alternativen Antriebsstrang-Management-System sind Motor- und Getriebesteuerungsmodule mit einem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden.

Claims

1. Motor-Management-System für ein Fahrzeug, umfassend:
einen Fahrzeugdatenbus;
ein Motorsteuerungsmodul, das mit dem Fahrzeugdatenbus verbunden ist;
ein Getriebesteuerungsmodul, das mit dem Fahrzeugdatenbus verbunden ist;
und
einen dedizierten Datenbus, der das Getriebesteuerungsmodul mit dem Motorsteuerungsmodul verbindet, wobei das Motorsteuerungsmodul und das Getriebesteuerungsmodul über den dedizierten Datenbus Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen ausführen.

2. Motor-Management-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugdatenbus ein serieller Datenbus ist.

3. Motor-Management-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dedizierte Datenbus ein serieller Datenbus ist.

4. Motor-Management-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektronischen Drosselklappensteuerungssensor, der mit dem Motorsteuerungsmodul verbunden ist.

5. Motor-Management-System für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch
einen seriellen Fahrzeugdatenbus;
ein Motorsteuerungsmodul, das mit dem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden ist;
ein Getriebesteuerungsmodul, das mit dem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden ist;
und
einen dedizierten Datenbus, der das Getriebesteuerungsmodul mit dem Motorsteuerungsmodul verbindet, wobei das Motorsteuerungsmodul und das Getriebesteuerungsmodul über den dedizierten Datenbus Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen ausführen.

6. Motor-Management-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dedizierte Datenbus ein serieller Datenbus ist.

7. Motor-Management-System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen elektronischen Drosselklappensteuerungssensor, der mit dem seriellen Motorsteuerungsmodul verbunden ist.

8. Motor-Management-System für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch
einen Fahrzeugdatenbus;
ein mit dem Fahrzeugdatenbus verbundenes Motorsteuerungsmodul;
ein mit dem Fahrzeugdatenbus verbundenes Getriebesteuerungsmodul;
einen elektronischen Drosselklappensteuerungssensor, der mit dem Motorsteuerungsmodul verbunden ist;
und
einen dedizierten Datenbus, der das Getriebesteuerungsmodul mit dem Motorsteuerungsmodul verbindet, wobei das Motorsteuerungsmodul und das Getriebesteuerungsmodul über den dedizierten Datenbus Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen ausführen.

9. Motor-Management-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dedizierte Datenbus ein serieller Datenbus ist.

10. Motor-Management-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugdatenbus ein serieller Datenbus ist.

11. Motor-Management-System für ein Fahrzeug, umfassend:
einen seriellen Fahrzeugdatenbus;
ein Motorsteuerungsmodul, das mit dem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden ist;
ein Getriebesteuerungsmodul, das mit dem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden ist;
einen elektronischen Drosselklappensteuerungssensor, der mit dem Motorsteuerungsmodul verbunden ist;
einen elektronischen Drosselklappensteuerungssensor, der mit dem seriellen Fahrzeugdatenbus verbunden ist;
und
einen dedizierten seriellen Datenbus, der das Getriebesteuerungsmodul mit dem Motorsteuerungsmodul verbindet, wobei das Motorsteuerungsmodul und das Getriebesteuerungsmodul über den dedizierten Datenbus Prozessorvaliditäts- und -integritätsprüfungen ausführen.