DE19731972A1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Verfahren zum Steuern eine Brennkraftmaschine ist aus der DE 44 38 714 A1 bekannt. Eine Steuereinrichtung ist der Brennkraftmaschine zugeordnet, die eine erste und zweite Re­ cheneinheit umfaßt. Ein Steuerprogramm hat eine erste, zweite und eine dritte Programmebene. In der ersten Recheneinheit werden die erste und die zweite Programmebene abgearbeitet. Die dritte Programmebene ist auf die erste und zweite Rechen­ einheit aufgeteilt. In der ersten Programmebene wird minde­ stens ein Stellsignal für ein Stellglied der Brennkraftma­ schine abhängig von einer Betriebsgröße ermittelt. In der zweiten Programmebene wird ein Notlaufbetrieb in der ersten Programmebene aktiviert, wenn eine Unplausibilität des Stell­ signals erkannt ist.

In der dritten Programmebene erfolgt ein Testen von Speicher­ elementen und eine Ablaufkontrolle der zweiten Programmebene. Eine Leistungsbegrenzung wird ausgeführt, wenn die dritte Programmebene einen Fehler erkannt hat.

Wird von der zweiten Programmebene ein Notlaufbetrieb in der ersten Programmebene veranlaßt, so wird der Notbetrieb gege­ benenfalls tatsächlich nicht oder nur fehlerhaft ausgeführt. Dies ist ein hohes Risiko für die Fahrsicherheit eines Kraft­ fahrzeugs mit der Steuereinrichtung, wenn durch das Stell­ glied die Leistung der Brennkraftmaschine beeinflußt wird, da die dritte Programmebene lediglich die zweite Programmebene überwacht.

Aus der DE 44 38 714 ist es darüber hinaus bekannt, daß ein erkannt er Fehlerzustand zu einer Leistungsbegrenzung über die dritte Programmebene führt. In der Praxis verfügt jedoch die dritte Programmebene nur über wenige oder sogar gar keine In­ formationen über die aktuellen Werte der Betriebsgrößen. Dem­ nach kann die Leistungsbegrenzung dann nur durch ein Still­ setzen der Brennkraftmaschine erfolgen. Dies bedeutet aber erhebliche Fahrkomforteinbußen und kann eine unnötig geringe Zuverlässigkeit der Steuereinrichtung zur Folge haben.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, das bekannte Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine derart weiterzubilden, daß ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet ist bei einem gleichzeitig hohen Fahrkomfort.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unab­ hängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Steuerprogramms in einer zweiten Programmebene.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber­ greifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1) umfaßt einen Ansaugtrakt 1 mit einer Drosselklappe 10 und einen Motorblock 2, der einen Zylinder 20 und eine Kurbelwelle 23 aufweist. Ein Kolben 21 und eine Pleuelstange 22 sind dem Zylinder 20 zugeordnet. Die Pleuelstange 22 ist mit dem Kolben 21 und der Kurbelwelle 23 verbunden.

Ein Zylinderkopf 3 ist vorgesehen, in dem ein Ventiltrieb mit mindestens einem Einlaßventil 30, einem Auslaßventil 31 und jeweils ein dem Einlaßventil 30 zugeordneter Ventilantrieb 32a und ein dem Auslaßventil zugeordneter Ventilantrieb 32b angeordnet ist. Die Ventilantriebe 32a, 32b umfassen jeweils eine nicht dargestellte Nockenwelle mit einer Übertragungs­ einrichtung, die den Nockenhub auf das Einlaßventil 30 bzw. das Auslaßventil 31 überträgt. Es können auch Einrichtungen zum Verstellen der Ventilhubzeiten und des Ventilhubverlaufs vorgesehen sein. Alternativ kann auch je ein elektromagneti­ scher Aktor vorgesehen sein, der den Ventilhubverlauf des Ein- bzw. Auslaßventils 30, 31 steuert.

In den Ansaugtrakt 1 ist ein Einspritzventil 11 eingebracht, das so angeordnet ist, daß der Kraftstoff in den Ansaugtrakt 1 zugemessen wird. Das Einspritzventil kann alternativ jedoch auch in den Zylinderkopf 3 eingebracht sein und dort so ange­ ordnet sein, daß der Kraftstoff direkt in den Innenraum des Zylinders 20 zugemessen wird.

Eine Zündkerze 34 ist in eine Ausnehmung des Zylinderkopfes 3 eingebracht. Die Brennkraftmaschine kann auch als selbstzün­ dende Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Dann ist keine Zündkerze 34 vorgesehen und statt des Einspitzventils ist ge­ gebenenfalls eine Einspritzdüse vorgesehen. Die Brennkraftma­ schine ist in der Fig. 1 mit einem Zylinder dargestellt. Sie kann jedoch auch mehrere Zylinder umfassen.

Ein Abgastrakt 4 mit einem Katalysator 40 ist der Brennkraft­ maschine zugeordnet. Eine Steuereinrichtung 5 für die Brenn­ kraftmaschine ist vorgesehen, der Sensoren (Geber) zugeordnet sind, die verschiedene Meßgrößen erfassen, jeweils den Meß­ wert der Meßgröße ermitteln und ein Meßsignal erzeugen. Die Steuereinrichtung 5 ermittelt abhängig von mindestens einer Betriebsgröße ein oder mehrere Stellsignale, die jeweils ein Stellgerät steuern.

Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 61, der einen Pe­ dalwert PV des Fahrpedals 6 erfaßt, ein Drosselklappenstel­ lungsgeber 12, der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe er­ faßt, ein Luftmassenmesser 13, der einen Luftmassenstrom MAF erfaßt und/oder ein Saugrohrdrucksensor 14, der einen Saug­ rohrdruck MAP in dem Ansaugtrakt 1 erfaßt, ein Temperatursen­ sor 15, der eine Ansauglufttemperatur erfaßt und ein Dreh­ zahlgeber 24, der eine Drehzahl N der Kurbelwelle 23 erfaßt. Der Steuereinrichtung 5 kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren sein oder es können ihr auch zusätzliche Sensoren zugeordnet sein.

Betriebsgrößen umfassen die Meßgröße sowie von diesen abge­ leitete Größen, wie einen Umgebungsdruck, die über einen Kennfeldzusammenhang oder von einem Beobachter ermittelt wer­ den, der Schätzwerte der Betriebsgrößen berechnet.

Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer An­ trieb, ein elektromagnetischer Antrieb, ein mechanischer oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Drosselklappe 10, als Einspritzventil 11, als Zünd­ kerze 34 oder als eine Verstelleinrichtung zum Verstellen des Ventilhubs der Ein- oder Auslaßventile 30, 31 ausgebildet. Auf die Stellgeräte wird im folgenden jeweils mit dem zuge­ ordneten Stellglied Bezug genommen.

Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise als elektronische Mo­ torsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steu­ ergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbun­ den sind, so z. B. über ein Bussystem.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung 5. Die Steuereinrichtung 5 hat eine erste Recheneinheit 51 und eine zweite Recheneinheit 52, in denen ein Steuerprogramm mit einer ersten, zweiten und dritten Programmebene E1, E2, E3 abgearbeitet wird. Ein Analog-Digital-Wandler 511 ist der er­ sten Recheneinheit zugeordnet, der die Meßsignale digitali­ siert.

In der ersten Recheneinheit 51 wird die erste und zweite Pro­ grammebene abgearbeitet. Die dritte Programmebene E3a, E3b ist auf die erste und zweite Recheneinheit 51, 52 aufgeteilt. In der ersten Programmebene E1 werden Stellsignale für die Drosselklappe 10 , das Einspritzventil 11 und die Zündkerze 34 und vorzugsweise für die übrigen Stellglieder abhängig von den Betriebsgrößen ermittelt. Außerdem werden in der ersten Programmebene Diagnosefunktionen abgearbeitet, wie zum Bei­ spiel eine Diagnose des Pedalstellungsgebers. Die Stellsigna­ le werden Endstufen 53, 54 zugeleitet, die jeweils ein Stell­ signal verstärken.

In der zweiten Programmebene werden die Stellsignale über­ wacht und eine erste Notlauffunktion NL1 in der ersten Pro­ grammebene E1 aktiviert, wenn die zweite Programmebene E2 ei­ ne Unplausibilität in einem der Stellsignale, in einem der Meßsignale oder zwischen einem tatsächlichen und angeforder­ ten Drehmoment erkannt hat. Das tatsächliche Drehmoment wird abhängig von mindestens einem Stellsignal ermittelt, vorzugs­ weise abhängig von einem Zündsignal (Zündwinkel) und der Ein­ spritzzeitdauer oder auch abhängig von dem Zündsignal und den Meßsignalen Drehzahl N und Luftmassenstrom. Das angeforderte Drehmoment wird aus einem Verlustdrehmomentbeitrag, der ab­ hängt von dem Luftmassenstrom, der Drehzahl N und/oder einer Kühlmitteltemperatur, aus einem gewünschten Drehmoment, das abhängt von dem Fahrpedalwert PV, aus externen Drehmomentan­ forderungen, wie z. B. von einem Anti-Schlupfregler, einem Leerlaufregler, einem Motorschleppmoment-Regler oder einem Geschwindigkeitsreglers, und unter der Berücksichtigung er­ mittelt , ob die erste Notlauffunktion aktiviert sein sollte oder nicht.

Die erste Notlauffunktion NL1 ist bevorzugt eine Drehzahlbe­ grenzung zum Steuern einer Brennkraftmaschine. Dies gewähr­ leistet einen komfortablen Notlauf, bei dem ein Fahrer eines Fahrzeugs in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit dem Fahrzeug zu einer Werkstatt fahren kann. Die zweite Pro­ grammebene E2 wird weiter unten anhand von Fig. 3 detail­ liert erläutert.

Die dritte Programmebene E3a, E3b ist auf die erste und die zweite Recheneinheit 52 aufgeteilt. Der Teil der Programmebe­ ne E3b, der auf der zweiten Recheneinheit 52 abgearbeitet wird, wird im folgenden als watch-dog bezeichnet. Die dritte Programmebene E3a, E3b überwacht die erste Recheneinheit 51. Dazu testet sie die Speicherelemente der ersten Recheneinheit 51. Außerdem ruft sie periodisch Funktionen auf, die Rechen­ befehle in der ersten Recheneinheit 51 ausführen und über­ wacht deren Ausführung. Eine Ablaufkontrolle der zweiten Pro­ grammebene E2 erfolgt in der dritten Programmebene E3. Dazu wird der aktuelle Wert einer Kontrollvariablen KV jeweils nach einer vorgegebenen Zeitdauer mit einem Vorgabewert ver­ glichen.

Der Wert der Kontrollvariablen wird an vorgegebenen Programm­ stellen in der zweiten Programmebene E2 verändert. Der Vorga­ bewert der Kontrollvariablen ist derjenige Wert, den die Kon­ trollvariable hat, wenn die Softwarefunktionen der zweiten Programmebene während der vorgegebenen Zeitdauer fehlerfrei abgearbeitet werden.

Stellt die dritte Programmebene E3 fest, daß der Wert der Kontrollvariablen von dem Vorgabewert abweicht, so aktiviert sie eine zweite Notlauffunktion. Die zweite Notlauffunktion ist bevorzugt ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine. Dazu werden die Endstufen 53 und 54 deaktiviert. Dies hat zur Fol­ ge, daß das Stellsignal THR_S für den Öffnungsgrad der Dros­ selklappe 10 und das Einpritzsignal INJ_S für das Einspritz­ ventil 11 nicht mehr verstärkt werden und so der Luftmassen­ strom MAF verringert wird und kein Kraftstoff mehr zugemessen wird.

Die zweite Recheneinheit ist bevorzugt als kostengünstiger Micro-Controller ausgebildet.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm der zweiten Programmebene E2 des Steuerprogramms. In einem Schritt S1 erfolgt der Start, bei dem der aktuelle Wert der Kontrollvariablen KV und eines Zählers Z aus einem Speicher ausgelesen wird. In einem Schritt S2 erfolgt ein Verändern des Wertes der Kontrollva­ riablen KV. Die Kontrollvariable KV wird mit dem Wert zwei multipliziert. Die Kontrollvariable KV kann jedoch auch mit einer beliebigen anderen vorgegebenen Rechenoperation in ih­ rem Wert verändert werden. Ein derartiges Verändern des Wer­ tes der Kontrollvariablen KV erfolgt auch an weiteren vorge­ gebenen Programmstellen in der zweiten Programmebene E2.

Die Programmebene E3 stellt anhand des Wertes der Kontrollva­ riablen KV fest, ob alle derartigen Programmstellen korrekt abgearbeitet wurden und schließt damit auf die korrekte oder inkorrekte Arbeitsweise der zweiten Programmebene E2.

In einem Schritt S3 werden die Meßsignale und/oder die Stell­ signale plausibilisiert, die in der ersten Programmebene E1 ermittelt wurden. Dies erfolgt beispielsweise im Rahmen einer Momentenüberwachung. Das von der ersten Programmebene E1 an einer Welle des Antriebsstrangs, vorzugsweise der Kurbelwel­ le, angeforderte Drehmoment wird mit dem tatsächlichen Drehmoment verglichen, das von der zweiten Programmebene E2 ermittelt wird. Weichen die Momente mehr als ein vorgegebener Schwellenwert voneinander ab, so wird auf einen Fehler in der ersten Programmebene E2 geschlossen. Des Weiteren kann auch ein Plausibilisieren des Pedalstellungsgebers 61, der vor­ zugsweise zweikanalig ausgeführt ist, in der zweiten Program­ mebene erfolgen.

In einem Schritt S4 wird geprüft, ob in dem Schritt S3 ein Fehler der ersten Programmebene E1 erkannt wurde. Ist die er­ ste Programmebene E1 fehlerfrei, so wird in einen Schritt S5 verzweigt, in dem der Zähler Z mit einem Initialisierungswert INI belegt wird und die Bearbeitung wird im Schritt S6 been­ det. Ist in dem Schritt S3 jedoch ein Fehler erkannt worden, so wird die Bearbeitung nach dem Schritt S4 in dem Schritt S7 fortgesetzt, in dem überprüft wird, ob der Zähler Z einen Wert hat der größer ist als der weitere Schwellenwert SW. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Schritt S8 die erste Programmebene E1 veranlaßt, die erste Notlauffunktion NL1 auszuführen.

In einem Schritt S9 wird der Zähler Z um eins erhöht oder ei­ nen beliebigen anderen Wert erhöht.

Ist die Bedingung des Schrittes S7 erfüllt, so wird in einem Schritt S10 die Kontrollvariable KV um den Änderungswert DW erhöht. Dies hat zur Folge, daß der Wert der Kontrollvaria­ blen KV bei einer Auswertung durch die dritte Programmebene E3 nicht den Vorgabewert hat und somit die zweite Notlauf­ funktion ausgeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß ohne eine zusätzliche Datenleitung die Programmebene E3 veranlaßt wer­ den kann, die zweite Notlauffunktion durchzuführen und die zweite Notlauffunktion nur dann ausgeführt wird, wenn die er­ ste Notlauffunktion trotz mehreren Anforderungen durch die zweite Programmebene E2 nicht aktiviert ist.

Alternativ kann jedoch auch eine separate Datenleitung vorge­ sehen sein, über die die dritte Programmebene E3 veranlaßt wird, die zweite Notlauffunktion durchzuführen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbei­ spiele beschränkt. So kann alternativ die zweite Programmebe­ ne auch die Endstufe 53 deaktivieren und lediglich die End­ stufe 54 allein von der dritten Programmebene deaktiviert werden. Die erste Notlauffunktion kann alternativ eine Ge­ schwindigkeitsbegrenzung oder eine Beschleunigungsbegrenzung sein. Die zweite Notlauffunktion kann auch ein Abschalten der ersten Recheneinheit umfassen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Geber, der eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine erfaßt und ein Meßsignal erzeugt, und mit einer Steuereinrichtung (5), die eine erste Recheneinheit (51) und eine zweite Re­ cheneinheit (52) umfaßt, in denen ein Steuerprogramm mit einer ersten, zweiten und dritten Programmebene (E1, E2, E3a, E3b) abgearbeitet wird, wobei

• - in der ersten Recheneinheit (51) die erste und zweite Pro­ grammebene (E1, E2) abgearbeitet werden und die dritte Pro­ grammebene (E3a, E3b) auf die erste und die zweite Rechen­ einheit (51,52) aufgeteilt ist,
• - in der ersten Programmebene (E1) mindestens ein Stellsignal für ein Stellglied der Brennkraftmaschine abhängig von der Betriebsgröße ermittelt wird,
• - in der zweiten Programmebene (E2) das Stellsignal überwacht wird und eine erste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) aktiviert wird, wenn die zweite Program­ mebene (E2) eine Unplausibilität des Stellsignals erkannt hat, und
• - in der dritten Programmebene (E3) die erste Recheneinheit (51) überwacht wird und eine Ablaufkontrolle der zweiten Programmebene (E2) erfolgt und eine zweite Notlauffunktion ausgeführt wird, wenn die dritte Programmebene (E3a, E3b) einen Fehler erkannt hat, dadurch gekennzeichnet,
• - daß die zweite Programmebene (E2) die dritte Programmebene (E3a, E3b) veranlaßt die zweite Notlauffunktion auszufüh­ ren, wenn unter der Annahme, daß die erste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) ausgeführt wird, weiterhin die Unplausibilität des Stellsignals erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in der zweiten Programmebene (E2) die erste Notlauf­ funktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) aktiviert wird, wenn die zweite Programmebene (E2) eine Unplausibili­ tät des Meßsignals erkannt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in der zweiten Programmebene (E2) ein tatsächliches Drehmoment abhängig von dem Stellsignal ermittelt wird, ein angefordertes Drehmoment abhängig von dem Meßsignal und von externen Drehmomentanforderungen ermittelt wird, und die erste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) aktiviert wird, wenn die zweite Programmebene (E2) ei­ ne Unplausibilität zwischen dem tatsächlichen und dem ange­ forderten Drehmoment erkannt hat,
• - daß die zweite Programmebene (E2) die dritte Programmebene (E3a, E3b) veranlaßt die zweite Notlauffunktion auszufüh­ ren, wenn unter der Annahme, daß die erste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) ausgeführt wird, weiterhin die Unplausibilität zwischen dem tatsächlichen und dem angeforderten Drehmoment erkannt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Programmebene (E2) die dritte Programmebene (E3a, E3b) veranlaßt die zweite Notlauffunktion auszuführen, wenn die Unplausibilität länger als eine vorge­ gebene Zeitdauer erkannt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Notlauffunktion (NL1) eine Dreh­ zahlbegrenzung der Brennkraftmaschine ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Notlauffunktion ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der zweiten Programmebene (E2) an vorgegebe­ nen Programmstellen (S2) je ein vorgegebenes Verändern des Wertes einer Kontrollvariablen (KV) erfolgt, daß die zweite Programmebene (E2) den Wert der Kontrollvariablen (KV) zu­ sätzlich verändert, wenn unter der Annahme, daß die erste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) ausge­ führt wird, eine Unplausibilität des Stellsignals oder zwi­ schen dem tatsächlichen und dem angeforderten Drehmoment er­ kannt wird, und daß die Ablaufkontrolle abhängig von der Kon­ trollvariablen (KV) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellglied eine Drosselklappe (10) ist.